單片機控制表面粗糙度測量系統

摘 要 本文對加工零件的表面粗糙度按檢測要求提出了，由計算機進行控制和測量，從而提高了檢測精度。

關鍵詞 表面粗造度 檢測控制 單片機

一、前言

在實際零件的加工過程中對粗糙度的測定，通常需對R a、Rz 、RY、Sm、tp六個參數進行綜合評定，才能正確反應其表面狀況。但原有的測量儀器不能全面反應各參數的實際值，如采用積分表只能測量Ra，光切顯微鏡是測Rz。而且評定手段落后，檢測精度難以保證。

本文采用單片機控制，并用電感位移傳感器作為檢測裝置，實現了測量控制，誤差評定以及數據輸出。用單片機控制技術代替了人工進行誤差評定。使檢測精度得到了提高。

二、單片機控制系統的組成及測量原理

表面粗糙度的單片機控制測量系統是通過電感式位移傳感器將被測工件的輪廓信號送入ADC0809模/數轉換器。單片機采用8051芯片，將輸入信號通過設計的軟件進行誤差評定。

表面粗糙單片機控制測量系統主要由以下幾部分組成：JDC-Ⅱ型電容或位移傳感器；ADC0809模/數轉換器；8051單片機系統；機械傳動部分。系統組成圖1。

圖1 系統組成及組成原理

被測量表面輪廓信息由觸針拾取，經電感傳感器變成電信號并送入模似信號處理電路，將信號放大、濾波除去噪聲和波度信號，得到與A/D轉換量程匹配的電信號，通過A/D轉換變成數字量，經接口電路進入計算機，根據表面粗糙度各參數的數學模型進行數據處理。

立柱伺服機構控制單元是控制伺服裝置的運動，使其對傳感器的“平衡點”有滿意的跟蹤能力。保證超測時傳感器處于平衡點位置，這樣，可充分利用傳感器線性工作原理。

驅動箱控制電路主要用于控制傳感器的正向和反向滑行，并限制行程的大小，以適應不同的取樣長度。為了使滑行速度均勻，將單片機的時鐘分頻變成50HZ方波，再處理成相位差為90。的兩路正弦波，一路直接送電機的一個繞組，另一路經電機方向盤控制電路轉換后送電機的另一繞組，以控制電機的正反向轉動。

控制面板包括量程選擇、傳感器的正反行程、取樣長度選擇等，均作為開關量與計算機交換信息。

三、系統設計

主程序、數據采集程序、數據處理程序、打印程序、控制與輸出

所有程序均用匯編語言編寫，其它程序均以子程序的形式寫出，以供主程序調用。

（一）數據采集系統

數據采集系統在BCJ-2型輪廓測量儀的基礎上，另增加一個接口電路將儀器與單片機連接起來，構成一個新的數據采集系統，實現六個參數的測量。采樣方式 ，在評定長度內按等間距采樣方式。為了保證間距參數的測量精度，要求滑行速度穩定，拖動電機需采用同步電機。

模似信號中的噪聲濾波和波度濾波仍采用BCJ-2型輪廓儀中的濾波器，即計算機采集的信號由這兩個濾波器濾波后引出。

（二）數據處理系統

該系統由三部分組成：即傳感器模似信號處理與A/D轉換、采集信號的產生、采樣控制。如圖2所示。

模似信號處理與A/D轉換部分 表面粗糙度的模似信號從濾波器后引出用電壓跟隨器進行阻抗變換，然后經放大、電平平移和限幅等環節處理，變為0～+5伏的信號電壓，送A/D轉換器。

A/D轉換電路是該系統的中心環節 由于模似信號輸出的噪聲與信號比約為1%～3%，故選用8BitA/D轉換器即可。本系統的最高采樣時間頻率為1KHZ，即采樣時間最小為1ms。故選用ADC0809芯片。ADC0809芯片與單片機的接口電路見圖3。

圖3 8051擴展ADC0809連接框圖

采樣信號的產生 本系統采用定時采樣，每個取樣長度內的采樣點數定為N=250左右，取樣長度為0，25、0.8、2.5mm，觸針的滑行速度為1mm/s。因此不同的取樣長度，采樣的頻率不同。需設置采樣頻率變換器。可將單片機的時鐘脈沖進行分頻。采用市頻時不同采樣長度的采樣頻率見表1。

表1 采樣頻率

（三）程序設計

主程序用匯編語言編寫，數據采集程序與數據處理程序同樣用匯編語言編寫，且以子程序的形式現，以供主程序調用。數據處理程序是按國標給定的各個參數的數學模型計算出6個參數的數值，并顯示打印輸出，還可顯示tp（c）曲線，幅度分布和表面輪廓曲線，再以圖形的形式打印出來。

四、結論

表面粗糙度的單片機測量系統，用軟件取代了原有輪廓儀中的大部分硬件，用單片機進行控制和數據處理擴輸出。使原來單一參數檢測變為可對六個參數進測量。使整個測量工作自動化、集成化。

參考文獻：

[1]吳勤勤等.微機化儀表原理及設計[M]：上海.華東化工學院出版社，1991.

[2]Zhang G X，Wang R K.Four point mothod roundaessand spiadis error measurement.Annals of the CIRP.1993 （42/1）.

（作者單位：湖南科技經貿職業技術學院）