便携式自调心小型圆度仪控制系统设计

　　1 引言

　　国内常见的圆度仪有Talyrond73型圆度仪(传感器回转式)、YD-200A型圆度仪(转台式)等等。它们一般都无法自动调心,必须经过人工调心或者使用快速对心调心之后才可以进行测量。由于普通圆度仪没有自调心功能,安放工件测量时要经过繁琐的找心定心步骤,大大降低了圆度测量效率。因此,本文提出一种简单易行的方案,使圆度仪的调心功能能够自动实现,提高测量效率,节省测量时间。

　　2 系统硬件结构

　　圆度仪的总体结构如图1所示[1],主要由传感器、信号调理模块、AD及单片机模块和电机驱动模块组成。系统采用的传感器为差动电感传感器,获得的信号送入信号调理模块AD598,它能够将差动电感的机械位置转换成单极性或双极性输出的高精度直流电压,通过AD以及单片机获得控制信号,驱动步进电机工作。

　　3 系统软件设计

　　系统软件主要包括电机回转部分、数据采集部分、偏心量计算部分以及电机调心部分。其中最主要的是偏心量的计算部分。

　　软件总体流程图如图2所示:

　　3.1 转台回转电机驱动及AD采样程序

　　电机驱动程序中主要需要考虑的是单片机输出的脉冲频率不可以超过电机的失步频率,也不可以超过AD采样的频率,否则会出现数据的错误或者遗漏[3]。

　　在本系统中,步进电机的转速不需要很高,因此保持小于启动频率的恒定控制脉冲输出频率即可。步进电机的启动频率一般为50Hz,因此脉冲频率不应大于50Hz,相对于单片机来说,50Hz是一个相当慢的速度,这样就需要加入延时程序来确保步进电机不会失步。延时程序使用的是软件延时。

　　3.2 偏心量确定程序

　　偏心量的确定一般使用的方法有离散傅立叶变换(DFT)。

　　有限序列的离散傅立叶变换(DFT)的定义如下[2]:

　　其中,而根据欧拉公式

　　因为信号序列的DFT本身就是信号频谱的采样集,所以DFT可直接用于分析信号的频谱。工件的外形可以由函数f(x)表示,则其中的A0即为工件圆的半径,A1sin(2πt+θ)为工件圆相对转台回转圆的偏心误差。但是单片机处理的数据必须是数字化的离散的量,f(x)函数无法直接由测量得到,需要经过抽样,将模拟信号数字化之后才能使用单片机处理。

　　使用传感器测量N点值,由AD转换为数字量输入单片机,记为x(0),x(1),,,x(N-1)。

　　由式(1)可得:

　　这是一个复数,可以写成A+jB的形式。则偏心量的绝对值为,相对于测量起始位置(也是结束位置)的角度, x方向的偏移量为a, y方向的偏移量为b。