回转工件端面跳动测量机构、信号检测装配图说明书

1、一、设计方案1.1端面跳动的定义跳动公差有圆跳动公差和全跳动公差两个特征项冃，端面跳动是指圆跳动公差，即实际 被测要素在无轴向移动的条件下绕基准轴线旋转一周过程屮，由位置固定的指不表在给定的 测量方向上对该实际被测要索测得的最人与最小值之差。1.2端面跳动的测量传统测量端面跳动误差是人工川接触法测量，一方面由于存在测量力带來测量谋差；另 一方面测量效率不高。通常的测量方法是釆川导向套或v型块來体现基准轴线，用顶尖对工 件实现定位。这种方法的缺点是通用性差，有时还需要增设夹紧装置，而且轴向定位的谋差 影响测量结果。随着计算机集成制造（cim）在制造企业的逐步推广，构建集成质量控制系统尤为必要，

2、而这个系统的建立是以各种检测仪器的计算机应用为基础的，因此，开发包括端血跳动误差 在内的新型形位谋差微机化检测仪势在必行。因此本设计在传统端面跳动测量机构的基础上 采用电感式位移传感器实吋的将断而的跳动量送入单片机进行数据处理、显示，操作人员可 直接从显示器中读出回转工件的端面跳动值，这一方法，一来消除了接触法测量力带来的误 差，同时也消除了人工读数时产生的误差。二、测量机构设计2.1总体设计端面跳动测量机构的组成包括三坐标工作台，支承机构，传感器和其他电路部分。 2.2水平导轨的设计端面跳动测量中，需要根据工件及传感器的安装來调节位置，因此要进行导轨的设计。 水平导轨采用如图所示的双矩形组合

3、导轨设计，这种导轨的制造和检测容易，承载能力人, 辅助导轨而用压板调节间隙，导向而用镶条调节间隙。导向而在平导轨的两内侧，导向而的 距离较小，加工测量方便，可取较小的间隙，导向精度高。图1水平导轨23竖直导轨的设计竖直导轨的设计耍考虑到重力的影响，因此需加上紧固螺母。其他部分采用与水平导轨 相同的设计。图2竖直导轨2.4基座的设计为减小测量机构的力变形，需合理选基座的各个参数。假设工件的质量为6-10kg,则 基座的壁厚应至少为8mm,基朋的材料选用铸铁即可。三、电路设计3.1测量电路原理图测量电路原理图见图3。在检测机构电路设计和元器件选烈中既要保证测量精度和测量 效率，又要具有高效的可靠性

4、、稳定性及元器件的恭容性。图3检测机构的测量电路原理图3.2步进电机的选择3. 2. 1相关参数本设计中，步进电机选用永磁式步进电机42by48h07a,它主要用于医疗仪器、工业自 动化和办公白动化等场合，相关参数如下：相数4相步矩角7.5°电压12v相电流0. 2a电阻60 q启动转矩60g. cm最大静转矩400g. cm绝缘等级e额定功率4. 2w表1步进电机参数3.2.2驱动方式步进电机采用4相8拍驱动方式，即a-ab-b-bc-c-cd-d-da导线颜色123456785红+4橙3黄2粉1蓝表2步进电机驱动时序3. 2.3驱动电路u3r p2.7 i | p2?6 2p2.

5、53p2.44厂| i jgnd-|+12tj21 2 3 4 5 6 7 8迎 inininininininzgn0ut1out2out3out4out5out6out7outs181716151413121110i ：uln2803步进电机接口+12图4步进电机少动电路3. 2.4驱动芯片木设计屮选用uln2803作为步进电机的驷动芯片，该芯片具有高电压大电流的特点，广 泛用于计算机、工业和消费产品中o大额定值如下：额定值符号值单位输出电压v050v输入电压vi30v集电极电流-连续1c500ma基集电流连续tb25ma工作环境温度范围ta0至+7°c保存温度范围tsig-55

6、至+150°c结温tj125°c表3 uln2803最人额定值33传感器的选择现假设本测量机构所能测量工件的跳动公差等级为36级，直径为10-70mm,允许的跳 动谋差为2-10 u g测疑最人长度120mm.考虑到测暈工件和传感器分别作匀低速转动和滑动, 震动较轻，根据传感器的选収原则，现选择动态分辨率为03-0.5 u m的ly101系列传感辭。 本检测机构釆用电感式位移传感器，该传感器利用差动电感原理（半桥型）工作，外形小巧， 性能稳定。测最时，测杆和被测物体一起移动，它将带动磁芯一起在传感器的线圈中移动， 从而使差动式传感器的两个线圈的阻抗发牛人小相等但极性相反的变

7、化。通过测量电路的处理，就可以得出运动的人小和方向。传感器的主要特征参数见表1测量 范围测杆行程导向形式线性度工作温度温度漂移激励频率输出±0.5mm2.5mm滚动0.15 % fsl°c-40°c0.15um/°c19khz0-10mv表4 ly101系列传感器的特征参数表跳动误差的变化量很小，传感器输出的信号也十分微弱，通常在0到数毫伏范围内变化。 因此选择或设计信号放人滤波装置时需要将低信噪比的有效信号提出來并对噪声进行抑制。 3.4放大电路3.4.1放大原理因为从传感器输出的倍号较微弱，如果不对其进行放人，后而的滤波电路也无法工作, 故应先对信号

8、进行放大再滤波。现将电压发达倍数设査为kp1=50,电路原理图如图5所示。inkii10kr3100kgndr2500k|vcc675d1li358adtvcc图5放大电路原理图3.4.2芯片介绍本设计采用philips公司生产的lm358ad芯片。引脚功能见图3d, fe,n packagesoutput ainverting input anon inverting input av-v+outputbinverting input bnon inverting input bsl00232图6 lm358ad功能引脚图3.5滤波电路精加工工件端面的跳动谋羌经传感器转换后得到的是缓慢变化的

9、信号，即是说传感器采 集到的信号是一个低频信号，由此选择低通滤波。本设计屮采川无限增益型低通滤波器。3.5.1特点分析木设计采用的rc无限增益多路反馈型低通滤波，此滤波电路结构简单，调整方便，易 于集成化；且电路不存在正反馈和负载效应，因而总是稳定的。但该电路的不足之处在于这 种电路对运算放大器要求比较高。3.5.2滤波电路参数100kr5louf 1|r71500k10ufd2vccgndlm358.wvccin01其传递函数为:图7滤波电路图s + cccoqs +电路原理图如图3所示，本低通滤波电路由电容、电阻和运算放人器构成。1滤波器参数为:1 z 1 1 1、- （+ + ） g几&

10、amp;傀改变r6、r4的比值便能使电路具冇一定的放大倍数，起了信号的放大作用。我们取 r6=-100kn, r4=10kq, r5=5kq, r=500kq, c4=c5=10pf,这样本电路便对传感器的输 出信号放大了 10倍，即kp2=10。加上前面的放大电路，整个信号调理电路的放大倍数是 500,即 kp=500o3.6 a/d转换3.6.1接口电路a/d转换电路就是将模拟量转换为数字量的电路。实现a/d转换的方法有很多，如积分 型、逐次比较型、并行比较型等，木设计中，采用集成a/d转换器，芯片采用12位ad转 换芯片ad1674o接口电路图如2gnd'ignd.|r14qt1

11、00kadcs3adao4adrc5adce6+127vcct i2r151ook_12l r13ft)0k i-i212j14oinignd卜12vlogicsts12/8db11csdb10aodb9r/cdb8cedb7vccdb6ref outdb5agnddb4refindb3veedb2bip offdb110vindbo20vtn i)gnd1°卜 ltanad1674-二sts!182827716fgm)plopmpl.2pl3pl4pl5pl6p1t7图8ad1674接口电路3.6.2芯片介绍ad1674数模转换芯片是美国模拟器件公司的新一代产品，它是逐次逼近型的1

12、2位精度 屮高端产品。ad1674有如下特点：（1）有参考电压基准和时钟电路，单/双极性输入；（2）全8位或16位微处理器接口；（3）250ns总线取数时间，能满足-般微处理器的时序要求；（4）高转换率，其采样时间控制在10us以内，速度极快，所以此系统设计时是采用查 询的方式与单片机连接的；（5）片内集成了采样保持器，保持器使数据传送的准确性得到了保证，而且避免了另 加元件使系统复杂化的麻烦。vlogic12812/827cs26%25r/c24ce23vccad167422ref outtop view (not to scale)21agnd920refin19vee18bip off1

13、71620vin15stsdb11(msb)db10db9db8db7db6db5db4db3db2db1dbo(lsb)dgnd图9 ad1674引脚图3.6.3工作原理ad1674采用逐次逼近法将输入的模拟信号转换为数字量，它有多种工作模式，其功能 真值表如下：cecsr/c12/8a0功能0xxxx无x1xxx无100x0启动12位a/d转换100x1启动8位a/d转换1011x12位并行输岀10100高8位数据输出10101低4位数据输出，余下4位为0表5 ad1674功能真值表上表中：ce：芯片使能，高电平激活，用于开始一个转换过程或读取操作cs：芯片选择，低电平有效r/c：高电平吋

14、为读操作，低电平时为转换操作12/8：决定数字输出数据的格式，为低则为两个8位的字节，为高则为一个12位的字a0：在转换过程中，a0为低则为12位转换，否则为8位转换；在以8位字节为单位的 读数过程中，a0为0时输出高8位(db11db4), a0为1时输出db3db0, db7db4为0000 3.7单片机本设计选用p89c51作为主控芯片，该芯片具有低功耗、高性能的特点，拥有丰富的碾 件资源，芯片价格便宜，且易于更换，其接口电路如下：3.7.1复位电路图10复位电路3.7.2时钟电路图11时钟电路3.8显示单元木设计中采用lcd1602作为显示单元，其主要技术参数如下： 显示容量：16x2

15、个字符芯片工作电压：4.55.5v工作电流：2.0ma字符尺寸:2.95x4.35 (wxh) mmlcd1602 nj*显示两行，每行止个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ascii字符 集字库，并有并行接口，无串行接口。与单片机的接口电路如下：gndgnd.|j2lcd 1602w110ku二 c:c;二二二9二vcc|-gnd图12 lcd1602接丨丨电路3.9电源设计单片机供电采用lm78l05三端线性稳压芯片配合宜流稳压电源构成。宜流输入低于18v 的直流电，输出为5v (误差小于5%),完全满足单片机及其他芯片的要求。供电系统原理 图如下：芯片lm78l05的相关参数如下:

16、symbolparameterconditionsmintypmaxunitsvooutput voltage4855.2v7v < vin < 20v1 ma lo < 40 ma (note 3)4.755.251 ma m i。w 70 ma (note 3)4.755.25av。line regulation7v s % s 20v1875mv8v < vin < 20v1054avoload regulation1 ma s i。s 100 ma20601 ma m i。w 40 ma530iqquiesce nt current35maaiqquies

17、cent current change8v w vin w 20v1.01 ma lo < 40 ma0.1vnoutput noise voltagef = 10 hz to 100 khz (note 4)40pvav)n avqujripple rejectionf 二 120 hz 8v s vin s 16v4762db'pkpeak output current140ma表6lm78l05参数屮断处理&to_num 口加 1中断返回4.2程序设计（见附录）四、程序设计4.1流程图设计主程序流程图：中断程序流程图:五、结束语高精度高效率的现代制造技术必然要求与其

18、和适应的检测手段。目而我国许多机械制造 企业的检测装备还不能适应高精度产品检测的要求，部分设计图上标注的形位公差缺乏相应 的检测手段，使质疑控制变成制造链屮的开环，影响了我国制造业的竞争力。开发出应用传 感器和微机（单片机或pc机）技术结合的新型形位公差检测仪器，不仅是改造传统检测手 段的需要，也将为企业逐步实现集成质量控制提供技术基础，为更广泛更有效的应用微机技 术提供有利的支撑。参考文献：甘永立，儿何量公差与测量，第九版，上海科学技术岀版社，2005叶湘滨，熊飞丽，传感器与测试技术，国防科技人学出版社，2006张国雄，测控电路，第四版，机械工业岀版社，2006李朝青，单片机原理及接口技术，

19、第三版，北京航空航天大学出版社，2006赵跃进，何献忠，精密机械设计基础，北京理工大学出版社，2003李爱军，陈国平，画法儿何及机械制图，中国矿业大学岀版社，20027浦昭邦,王宝光，测控仪器设计,机械工业出版社,2007孙宝元，杨宝清，传感器及其应用手册，机械工业出版社，20049郭天祥,51单片机c语言教程,电子工业出版社,2009附录:*回转工件端面跳动测msj¥*#in clude<reg51 h>#in clude<intrins.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit

20、adcs=p2a0;sbitsts=p3a4;sbit adao=p3a5;sbitadrc=p3a6;sbitadce=p3a7;sbitlcdrs=p2a1;sbitlcdrw=p2a2;sbitlcden=p2a3;uchar code tableq=包含头文件包含nop空指令函数_nop_();定义ad芯片片选端口/ad转换状态端口/ad位数选择端口/ad工作模式选择端口/ad芯片使能数据/命令选择端读写选择端定义lcd1602片选端口/电机转向控制平台：keil u4+ p89c51晶振:12mhz编写：日期:2012-11-20*0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0

21、x0c,0x08,0x09;uchari=o,to _num 二 0; *100 gq2*void delay(uintxms)延时程序uintij;for(i=xms;i>0;i-) foro=110;j>0;j-);void write_com(uchar com)/lcd写地址lcdrs=o;lcdrw=o;p0=com;p0为lcd并行数据端口delay(5);lcden=1;delay(5);icde n=0; delay(5);void write_dat(uchardat)/lcd写数据lcdrs=1;lcdrw=o;po=dat;delay(5);icde n=1;delay(5);icde n=0;delay(5);void lednit()icde n 二 0;write_com(0x38); 设置16x2显示，5x7点阵，8位数据接口write_com(0x0c); 开显示，不显示光标write_com(0x06); 写一个字符后地址指针加1write_com(0x01); 清屏*ad转换*/void ad_transform()启动ad转换选择12位转换模式ada0=0;adrc=0