提高滾輪法測量大直徑精度的研究
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圖4 氣墊結構簡圖
數據采集由兩部分組成，測量被測件轉數N以及滾輪的轉數n。首先談一下如何得到被測件的轉數N。
在被測件的側面做一標記，當此標記通過光電開關時，光電開關將接收到一個光脈沖，工件每轉一周光電開關都會接收到一個脈沖信號，此信號經光電轉換、電路放大、整形后送入計算機進行計數，工件的轉數N就這樣被記錄下來。
從式（1）中看出，滾輪所轉的圈數n與被測件直徑有著直接的關系，因此滾輪轉數n要力求精確測出，所以采用了莫爾測量技術。把一圓光柵安裝在滾輪軸上，滾輪轉一周，光柵亦轉一周。在圓光柵的前面按裝了照明燈泡、透鏡和指示光柵，在圓光柵的后面則安裝了光電接收裝置，這樣在滾輪與光柵轉動的時候就形成了移動的莫爾條紋。若光柵的周刻線為10 800條的話，由莫爾條紋的性質可知：光柵每轉一周就有10 800個脈沖輸出。當計算機接收到工件的第一個脈沖時，開始對移動的莫爾條紋進行計數，工件的第10個脈沖到時，說明工件已轉了10周（取10周為的是提高測量精度），此時停止莫爾條紋計數。將所計的莫爾條紋的移動數目從計算機中取出，除以10 800即是滾輪所轉的圈數n。若使計算機能準確地將工件的轉數以及光柵所產生的莫爾條紋信號記錄下來，光電轉換及電路放大是必不可少的，因為光電接收裝置接收到的脈沖信號較弱且是模擬變化量，而計算機所能接受的則是數字量，因此需將信號進行放大，且將模擬信號轉變為數字信號。信號放大我們采用了較為常用的反相比例放大電路，此電路結構簡單，由于電壓負反饋的作用，輸入、輸出電阻都很小，所以帶負載的能力較強。另外為了得到數字量，用555定時芯片搭接而成施密特觸發器。此電路的優點在于：①輸入信號從低電平上升時的轉換電平和從高電平下降時的轉換電平不同，以提高電路的抗干擾能力。②在電路進行狀態轉換時，通過電路內部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。利用這兩個特點不僅可以將邊沿變化緩慢的模擬信號（正弦信號）整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形波脈沖信號的高、低電平有效地清除。
用單片機進行計數可以使電路大為簡化，因為8031單片機內部有兩個定時/計數器,即T0與T1。在軟件編程中讓T0與T1工作在計數方式。T0用來記錄工件的轉數N，T1則記錄移動的莫爾條紋數目，當T0記錄的脈沖數為10后，馬上停止T1的計數，隨即將T1的計數取出，用式（1）算出工件的直徑D。另外用8255 A作為單片機的并行接口將算出的直徑D送到LED進行顯示。其中8255 A的A口與C口均作為輸出口，A口用作LED的段控，C口用作位控。
3 程序設計
有了上述的硬件，完成計數與運算直到用LED顯示出被測工件直徑就靠程序來實現了。計數是對被測工件所轉的周數以及由光柵產生的莫爾條紋的移動數目進行記錄。由記錄出的莫爾條紋的移動數目就可算出被測工件的直徑。圖5、圖6分別為主程序流程圖和計數程序流程圖。
圖5 主程序流程圖
圖6 計數程序流程圖
對傳統的滾輪法在線測量大直徑，經過采取有效的提高精度措施，其測量精度和重復性與不采取這些措施相比較，均能提高一個數量級。所以用滾輪法在線測量大直徑仍是一個方便、有效的方法。(end)
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