嵌入式圆度和圆柱度误差测量装置

　　0 引言

　　在精密检测领域中,圆度测量仪是测量零件的圆度、圆柱度、同轴度或者直线度误差的关键设备。国内目前所使用的圆度仪,有很大一部分测量仪器是以机电或光电为测量手段,虽然测量主体部分精度较高,但其测量结果往往与实际测量值存在较大偏差;不能存储所得数据;测量系统稳定性较差,误差分辨率较低[1]。目前,圆度测量系统都属于离线开环测量系统,这意味着便携性差,检测实时性不够,其接触式的测量方式也易使工件和测量头磨损,造成设备损坏。而国外制造的圆度仪、圆柱度仪、三坐标测量机等,往往体积较大,很难适应各种复杂的测量环境,且造价较高[2]。

　　文中提出的圆度、圆柱度测量系统是为解决上述几个方面的问题而提出的。该系统基于LC/OS-II嵌入式操作系统,结构简单可靠,功能针对性强,以LPC2294微处理器为核心,可扩展性方面获得了显著的提高,其成本也大为降低。

　　1 圆度、圆柱度测量系统的总体设计

　　1.1 系统功能分析

　　圆度、圆柱度测量系统的数据采集模块由电涡流位移传感器、前置放大器及外围电路组成,通过固定传感器使被测工件自转并以非接触被测工件的方式采集电压信号,经信号调理后的信号通过LPC2294执行误差分离(EST)算法分离出主轴回转误差和圆度误差,经数据换算后可以得到所需的圆度、圆柱度误差。

　　1.2 系统总体设计

　　为实现上述功能,根据系统结构等方面具体要求,系统总体设计如图1所示。

　　参数输入:接收传感器的电压信号,被测工件的直径和高度。

　　输出信息:被测工件的圆度、圆柱度误差值。

　　1.3 测量原理

　　系统采用非接触式测量系统,测量原理如图2所示,该图为对圆柱形工件所在截面被放大了的轮廓线。该系统使用了非接触式的电涡流位移传感器,该传感器能静态和动态地非接触测量被测金属导体与测量表面的距离,它是一种非接触的线性化计量工具,测量结果不受被测工件表面的灰尘、油漆、锈迹等影响。测量时将传感器测头对准轴心O且与轮廓线存在一定间隙,当工件以O为轴心旋转时,传感器输出的电平信号即可随着间隙di的变化而变化。因此,一旦确定了间隙与电平信号之间的关系,即可测出该截面下工件在圆周方向上的半径变化,进而通过计算可以得到工件的圆度、圆柱度。

　　2 硬件系统设计

　　2.1 LPC2294模块

　　LPC2294核心模块包括LPC2294微处理器、存储模块、电源模块、系统复位电路和系统时钟电路。LPC2294含有16K字节的静态RAM和256K字节片内Flash程序存储器, 4路10位A/D转换器,转换时间低至2144Ls[3].