提高滚轮法测量大直径精度的研究

图4 气垫结构简图

2 数据采集

数据采集由两部分组成，测量被测件转数N以及滚轮的转数n。首先谈一下如何得到被测件的转数N。

在被测件的侧面做一标记，当此标记通过光电开关时，光电开关将接收到一个光脉冲，工件每转一周光电开关都会接收到一个脉冲信号，此信号经光电转换、电路放大、整形后送入计算机进行计数，工件的转数N就这样被记录下来。

从式（1）中看出，滚轮所转的圈数n与被测件直径有着直接的关系，因此滚轮转数n要力求精确测出，所以采用了莫尔测量技术。把一圆光栅安装在滚轮轴上，滚轮转一周，光栅亦转一周。在圆光栅的前面按装了照明灯泡、透镜和指示光栅，在圆光栅的后面则安装了光电接收装置，这样在滚轮与光栅转动的时候就形成了移动的莫尔条纹。若光栅的周刻线为10 800条的话，由莫尔条纹的性质可知：光栅每转一周就有10 800个脉冲输出。当计算机接收到工件的第一个脉冲时，开始对移动的莫尔条纹进行计数，工件的第10个脉冲到时，说明工件已转了10周（取10周为的是提高测量精度），此时停止莫尔条纹计数。将所计的莫尔条纹的移动数目从计算机中取出，除以10 800即是滚轮所转的圈数n。若使计算机能准确地将工件的转数以及光栅所产生的莫尔条纹信号记录下来，光电转换及电路放大是必不可少的，因为光电接收装置接收到的脉冲信号较弱且是模拟变化量，而计算机所能接受的则是数字量，因此需将信号进行放大，且将模拟信号转变为数字信号。信号放大我们采用了较为常用的反相比例放大电路，此电路结构简单，由于电压负反馈的作用，输入、输出电阻都很小，所以带负载的能力较强。另外为了得到数字量，用555定时芯片搭接而成施密特触发器。此电路的优点在于：①输入信号从低电平上升时的转换电平和从高电平下降时的转换电平不同，以提高电路的抗干扰能力。②在电路进行状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅可以将边沿变化缓慢的模拟信号（正弦信号）整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形波脉冲信号的高、低电平有效地清除。

用单片机进行计数可以使电路大为简化，因为8031单片机内部有两个定时/计数器,即T0与T1。在软件编程中让T0与T1工作在计数方式。T0用来记录工件的转数N，T1则记录移动的莫尔条纹数目，当T0记录的脉冲数为10后，马上停止T1的计数，随即将T1的计数取出，用式（1）算出工件的直径D。另外用8255 A作为单片机的并行接口将算出的直径D送到LED进行显示。其中8255 A的A口与C口均作为输出口，A口用作LED的段控，C口用作位控。

3 程序设计

有了上述的硬件，完成计数与运算直到用LED显示出被测工件直径就靠程序来实现了。计数是对被测工件所转的周数以及由光栅产生的莫尔条纹的移动数目进行记录。由记录出的莫尔条纹的移动数目就可算出被测工件的直径。图5、图6分别为主程序流程图和计数程序流程图。

图5 主程序流程图

图6 计数程序流程图

4 结论

对传统的滚轮法在线测量大直径，经过采取有效的提高精度措施，其测量精度和重复性与不采取这些措施相比较，均能提高一个数量级。所以用滚轮法在线测量大直径仍是一个方便、有效的方法。(end)