圆柱度高精度测量系统的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第卷第1期洛阳工学院学报Vd．23No．12ID吆年3月Joumalofa唱InslituteofbI-0l0March2002文章编号i1000—5080(2002)01—0O46—03圆柱度高精度测量系统的设计勾富华，李济顺，张洛平，夏蔚军(洛阳T学院机械电子T程。河南洛阳471003)■耍：首先通过对现有圈柱度的各种测量方法对比，比较出误差分离技术具有实现圈柱度测量的优势。然后依误差分膏技术为基础，设计了圆柱度高精度测量所需的硬件系统和软件系统。电感测徽仪、数据采集系统以及误差分膏技术的使用从而

2、保证了圆柱度误差测量结果的高精度，此外软件还扩充了网络采集功能。关t司：误差控嗣技术；测量误差；数据采集系统；精度中圈分类号：~；'FHI24文献标识码：A0前言圆柱度误差属于零件的三维、立体空间的形状误差，它比圆度误差显得更重要，尤其在高精度产品中。目前，圆柱度的测量大多是在圆度仪上进行，测量原始数据中既有待测件的圆柱度误差又有圆度仪的误差，因此提高测量精度可从两方面着手：一是提高圆度仪的精度从而减少其对测量结果的影响；二是改进测量方法，使用误差分离技术将工件误差与圆度仪误差分离。前者的潜力不大，靠机加工来提高精度很困难，而且造价贵，后者是通过多

3、传感器测量，援用误差分离技术编制相应的软件将工件圆柱度误差从测量结果中分离。这种方法较易实现而且测量精度高，也相对廉价⋯。本文探讨的问题即是利用误差分离技术，构建一套高精度的圆柱度测量系统。它能实现数据的自动采集、处理、显示并打印测量结果；软件的计算结果，可在判断圆度和圆柱度误差合格性的同时进一步分析误差产生的原因，为加工设备的误差补偿装置提供误差修正依据，对精密和超精密加工的实现具有重要指导意义。1圆柱度误差分离技术简介自从日本学者青木和大园在1966年提出三点法圆度误差分离技术以来，误差分离技术得到了广泛的研究和应用，并取得了很大的进展。其思路

4、为利用被测工件轮廓不变这一特征，应用多个探头进行测量，当然测定的信号中包含有被测工件的形状误差，同时也包含机床或测量机构的运动误差，经过适当的数学运算将被测工件的形状误差和机床或测量机构的运动误差区分开，最终得到被测工件的形状误差以及机床或测量机构的运动误差。本系统采用三点法圆柱度误差分离技术，圆柱度误差分离技术依三点法圆度误差分膏理论为基础。关于圆度、圆柱度误差分离技术的理论，请详参文献r2]。2系统构成工作流程如下：采样一误差分离一圆柱度误差形貌重构一最小二乘评定。考虑利用单片机和PC机的优势，我们构造由PC机、数据采集板和圆柱度仪三部分硬件组

5、成的高精度圆柱度测量系统本系统【3J。三者之间关系如图1所示，数据采集板与Pc机之间为ILS232C串口连接；数据采集板与圆柱度仪之间则靠I，O、^，I)、Dl，A等关联。2．1数据采集板基金项目：河南省自然科学基金(99404l70o)；河南省杰出青年基金(99)；河南省科技攻关重大项目(9虬l彻l3)作者■介：勾富华(1976一)，男。河南省周口市人，硕士生幅日■：硎一∞一oI维普资讯http://www.cqvip.com第1期勾富华等：圆柱度高精度测量系统的设计·47·数据采集板是以AT89C,52MCU为核心，以完成高精度的数据采集为目的

6、的单片机系统。主要由MCUAT89C52、A／D芯片adsl211、D／A芯片MAX531、I／O扩展芯片PCF8574、电源输入及其DC—IX：模块、I~232接口以及看门狗25045、外扩RAM等几部分组成，其模块结构图如图2。舢岫d公司的A1C52有定时，计数器2，可利用-I2的加减计数功能。-I2有两个输入端，-I2(P1．0)为脉冲输入端，T2EX(PI．1)为加减计数控制端。利用90o相差的信号可以实现加减计数。同时本身具有一个全双工的串行口。62256是扩展的外部32Kl叫。MAX232是MAXIM公司的一种BS-232接口芯图1圆柱

7、度测量系统示意图片。利用MAX232实现89C52单片机与Pc机的RS-232三线制串行通讯。图2数采板模型结构图Pc机的串行接口是符合EIARS232C规范的外部总线标准接口。RS232C采用的是负逻辑，而．I-IL电平采用正逻辑，因此在用BS232C总线进行串行通信时需外接电路实现电平转换。在发送端用驱动器将11L电平转换为BS232C电平；在接收端用接收器将RS232C电平再转换为11L电平。在数据采集板中使用了t&kXIM公司的MAX232进行电平转换。ABSI211是一个4信道、高精度、宽动态特性的△型仿真／数字转换器，其差动输入端可以直

8、接与传感器或微小的电压信号相连。其内部的△．结构可确保它的宽动态特性和24位的分辨率。由于采用了低噪声的输人放大器，可以在