基于嵌入式Linux的坐标测量机对凸轮轮廓的检测方法

　　0　引言

　　凸轮检测就是在极坐标系中检测角度和升程或极径之间的关系。目前常用专用的凸轮轴测量仪检测凸轮。另一方面,国内很多厂家计量室内还存在大量老旧的坐标测量机,它们一般不具有数据处理能力,对其进行改造,并研制出专用的凸轮检测软件包,无疑具有明显的经济效益。

　　原测量机是这样测量凸轮的:首先,凸轮被安装在圆分度盘的顶尖和一立柱的顶尖之间,利用千分表检测凸轮轴,使凸轮轴的轴线方向与测量机其中一个机器坐标方向一致。然后在凸轮轴上测几个点,找到凸轮轴的轴线,建立工件坐标系。再利用转折点法找到凸轮桃尖。最后根据凸轮的设计角度测出凸轮对应的升程,与设计升程比较,得出升程误差。这种方法需要花较长时间建立工件坐标系,且只能测凸轮的升程及升程误差,而对凸轮轴的其他参数如基圆位置、基圆偏心、轮廓度误差等只能另选仪器进行检测。这无疑对检测效率、精度带来影响。

　　1　硬件原理

　　对坐标测量机硬件系统的改造包括坐标数据的采集和测头触发信号的采集。如图1所示。

　　1.1　光栅信号处理

　　坐标测量机的测头在机器坐标系x、y、z方向上分别带动一个光栅尺,光栅传感器送出的是四路电流信号:两个互为反相的正弦信号和两个互为反相的余弦信号,幅值在50μA左右。我们改造的这台坐标测量机已将传感器信号经电流/电压变换、细分及整形,输出脉冲信号,分辨力为4μm。

　　为了能将此信号采集到计算机,并使分辨力提高到1μm,我们对其作如图2所示的处理。

　　1.2　测头触发信号处理

　　改造的这台坐标测量机使用的是开关发讯式测头。当测头与工件相接触时,该测头发出一脉冲,这时读取的光栅数据才是被测工件轮廓上的数据。测头发讯信号经串口引入计算机(这样可以使用系统资源而不需要再做块接口卡)。测头发讯信号是TTL电平,而串口的电气信号特性符合RS232-C标准。因此必须将TTL电平转换成EIA电平。我们选用LM741运算放大器实现此功能。

　　该运放的电源也由串口的DTR、RTS供电,测头触发信号经LM741处理后,经CTS线输入串口。如没有触发信号,输入-12V,当测头触发信号出现时,CTS端向串口输入+12V。该脉冲引起串口控制芯片8250的MODEM状态寄存器的变化。从而向中断控制器8259申请中断。脉冲的上升沿和下降沿均将引起MODEM状态的改变,因此一个脉冲将引发两次中断。测头触发时,上升沿有效,因此,读数前须检查MODEM状态寄存器的值,以分辨是脉冲的上升沿还是下降沿。

　　2　关键算法

　　凸轮设计数据一般是在极坐标系下给出的,因此,为利于最后的比较,应将测量机工件坐标系由笛卡儿坐标系换算成极坐标系。设ρM(αi)为角度αi处的极径测量值,ρE(αi)为该角度处的极径设计值,则该处的误差函数为: