周松娣
(上海市激光技术研究所，200233)陈宇峰(上海电气自动化研究所)
关键词激光，自动测轴，控制系统
激光自动测轴机用He一Ne激光通过狭缝衍射作为检测手段，用计算机进行控制。本文重点介绍其控制部分。
一、CCD与计算机的接口
本系统用CCD作为检测元件，接收衍射信号，将其送入计算机.由于CCD和计算机的时钟频率均为4MHz，但互不同步，所以专门设计如下接口电路，以解决这一问题。
如图1所示，在C点产生的峰值检出信号经单稳Ic 1形成窄脉冲。参阅CCD的时序可知，在CCD的起始脉冲过后，触发器JK:置1.由图可知，JK 2几乎与JK 1，同时置l，当计算机接收数据的脉冲到达时，JK 3也置1.从而使两个峰值脉冲间的CCD脉冲由F点输出.当第二个峰值脉冲来到时，JK 1置O，JK 2不动.这时F点无脉冲输出.若有第三、四”一个峰值脉冲到来时，JK 1也不再翻转。这就保证了F点输出的是一个条纹宽度的脉冲。第二个CCD起始脉冲将JK 2、JK 3置。。此一取数周期结束.到下个计算机取数脉冲到来时，再开始下一取数周期。
F点翰出的脉冲由LS163组成的16位(即2字长)计数器计数。并在计算机控制时序的情况下，通过三态门，将数据取到PIO口中。
二、计算机的计算及控制原理粕径计茸的数学方法因为激光测轴机是He一Ne激光束通过由刀口和轴组成的狭缝产生衍射，由CCD侧量衍射条纹宽度来计算出狭缝宽度，从而计算出轴径。根据夫郎和费衍射，缝宽:式中:k是红光在空气中的传播常数;L是CCD到狭缝的距离，设计中取为l米，，为两个相邻条纹在CCD位置上的距离，单位为拌m。14为每个单元宽度，s’是计数所得的单元数，k为常数，在计算机中用一个3字长数来表示。对于300线或1500线的CCD，s’在计算机中用2字长表示就足够了.由上可知，在Z一80单板机上，只须完成一个分子是3字长，分母是2字长的除法。由于刀口形成了两个狭缝，所以，实际狭缝宽度为商取2字长，即为狭缝宽度.(狭缝1和狭缝2的信号由同一个CCD接收，所以在CCD与狭缝间放入一档板，其开启由继电器控制，而继电器的吸合和开启由计算机控制。)
下面解决轴的直径的绝对值如何确定的问题.首先，我们所测轴的直径约为△△.XXXmm，其公差均在小数点后，Z一80单板机是8位字长的机器。由于机器太小，要把直径数据以料m为单位全部轴入是不可能的，又由于实际测量的公差不大于lmm，所以将直径值分为以十进制数送入即可，这样两字长就够了.因此，除了做除法时被除数是3字长外，其它所有均为2字长运算。上述计算只能求得狭缝宽度，要想求得轴的实际直径，必须用长度传递的方法。即在侧蚤某一轴之前，必须用同型号的经计量局定标过的轴作标准。将此轴先行测试得出狭缝宽度x:，，设标准轴直径为x:，则总的缝宽为(即两刀口之间的总距离为x)。此后决定狭缝宽度的刀片绝对不能再移动。将该型号的待测轴放入缝中，测出缝宽x3，则，即为轴直径.该测量机还可检查轴的椭圆度是否合格。只须测量相互垂直的两条直径值
2.耘检浏的主流程根据要求要在一根轴上检测出10段数据。每测定一点数据后，电机步进到下一检侧点。由程序通过计算机来控制长度步进电机动作:电机定位，连续步进和点动及前进方向等。
因为要检侧轴在每一检测点上的椭圆度，所以对每一检测截面，在正常情况下至少必须侧两条直径.但为了数据的可靠性，实际上是测了6条直径，为达到这一目的步进角度电机将两次转一小角度，而如果测得数据中有4条直径超差，则步进角度电机可将轴转450，重新侧这一截面的所有数据，而将前面的全部数据作废。该机的这一功能虽给编程增加了许多麻烦，但却可以智能地剔除许多因轴表面垃圾、油污等原因引起的测量及判断的不准确性。
程序在计算机启动后，首先完成了内存初始化及接口初始化，手工输入的10进制原始数据的10翻2运算，及对打印要求的设置。
3.对步进电机的撞制在测轴机中，有走角度及走长度两个步进电机，走角度步进电机有走三种功能，走长度步进电机有自动进给及手动定位两种功能并可越限停机.
Z一80通过8255对步进电机进行非中断式控制。每一时序的变化均由Z一80产生，步进电机的速度的变化亦直接由Z一80决定。
计算机对电机的控制采用三相单六拍的脉冲分配法，其真值表如下:
由于在测量过程中电机是走走停停，所以特别要注意电机状态的连续性，即每次进必须取出上一次电机停下来时各相的状态，每次进给后，必须将电机停时各相状态储存。
4.对打印机如技制因为测轴要在车间环境中工作，电网的不稳定性较大.为了提高系统稳定性，所以在微机工作方式的设计中尽量避免中断方式。本系统对打印机的控制也采取非中断方式.
系统对合格轴和不合格轴均采用10进制数，表格式打印。因此在数据要打印前，首先须对计算机中的2进制数进行2翻10运算，然后翻成ASCI码，并将数据列成原始表格式，使得打印时较为方便。
本机对待测轴打印数据存储如下:
合格轴数(4位)，不合格轴数(4位)，键深(4位)，直径(lO个，每个4位)，键深(4位)，键宽(4位)，椭度(2位，10个)，键宽(4位)，超限标志(lO个，每个1位)。打印格式的布局为:
Z一80通过数据格式如前所述，该数据打印目的有两个:其一是在调试机器时，核准精度必须用标准轴检测，且必须将其所有的数据列出.其二，标准轴数据也可当做狭缝的原始数据保存，在测所有这一型号的轴进行调试或检查时，狭缝原始数据都是分析的依据。
综上所述，本系统由于使用了激光，所以精度高，又由于用微机控制，案有较大的灵活机动性，价格也很便宜，所以在生产中很有实用价值。
