基于AVR單片機(jī)的輪胎模具內(nèi)徑測量系統(tǒng)

摘要：文中所設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的輪胎模具內(nèi)徑測量系統(tǒng)，采用光柵尺和激光測距儀測量模具內(nèi)徑，單片機(jī)通過接收上位機(jī)的命令控制步進(jìn)電機(jī)改變測量點(diǎn)，同時控制光柵尺數(shù)顯表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)時返回給上位機(jī)。上位機(jī)將光柵尺數(shù)據(jù)和激光測距儀數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算后得到模具的內(nèi)徑，測量精度在4μm以內(nèi)。
關(guān)鍵詞：AVR；步進(jìn)電機(jī)；光柵尺；激光測距儀

輪胎模具用于成型輪胎，其加工質(zhì)量對輪胎的生產(chǎn)非常重要。為了生產(chǎn)出好的輪胎，必須對輪胎模具加工質(zhì)量提出高的要求。傳統(tǒng)的加工質(zhì)量檢測法主要是靠百分表，人為采集數(shù)據(jù)后分析得出加工質(zhì)量報(bào)告。這種辦法的局限性是需要操作者有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，而且取樣過程人為控制，精度受到一定影響。近幾年來，輪胎模具工業(yè)隨著輪胎的大量需求而得到了快速發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測方法不能滿足市場需求。光柵尺是一種數(shù)字位移測量設(shè)備，測量范圍可達(dá)幾十米，測量精確在微米級；激光測距儀是一種非接觸測量設(shè)備，可以對不規(guī)則表面的目標(biāo)位移進(jìn)行測量，但是測量距離較小。將大范同的光柵尺和非接觸測量的激光測距儀結(jié)合起來就可以實(shí)現(xiàn)對不規(guī)則面的目標(biāo)距離進(jìn)行測量。將光柵尺讀頭與激光測距儀固定在機(jī)械橫梁上，運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制橫梁的運(yùn)動，分別對模具不同層面的內(nèi)徑進(jìn)行測量。
系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)和光柵尺數(shù)據(jù)讀取，通過接收上位機(jī)的控制命令，AVR單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動，數(shù)顯表數(shù)據(jù)和激光控制器位移數(shù)據(jù)自動經(jīng)串口發(fā)送給上位機(jī)，從而完成對模具內(nèi)徑的自動測量。

1 系統(tǒng)組成
基于AVR的輪胎內(nèi)徑測量系統(tǒng)主要由AVR單片機(jī)、上位機(jī)、光柵尺、數(shù)顯表、激光測距儀、驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、電子手輪、行程開關(guān)等組成。其功能框圖如圖1所示。

單片機(jī)選用的是愛特梅爾公司的ATmega16；上位機(jī)采用研華公司生產(chǎn)的ARK3360L工控機(jī)，它擁有多個RS232接口；激光測距儀采用的是日本基恩士公司的LK-G85激光測距傳感器和LK-G3001V激光測距控制器，其分辨率為0．1μm，測量范圍-15～+15 mm，測量距離為80 mm；光柵尺采用廣州諾信數(shù)字測控設(shè)備有限公司的KA300型系列光柵位移測量設(shè)備，讀數(shù)由其公司的SDS6型數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)。最終的內(nèi)徑計(jì)算由上位機(jī)接收到激光測距儀數(shù)據(jù)和光柵尺數(shù)據(jù)后完成。

2 系統(tǒng)功能分析
2．1 模具內(nèi)徑測量方法
輪胎模具置于靜止的工作平臺之上，旋轉(zhuǎn)測量平臺處于工作平臺的中心位置，在旋轉(zhuǎn)測量平臺上的橫梁和立柱可以沿徑向和垂直兩個方向移動，激光感測頭置于測量橫粱上。根據(jù)輪胎模具的內(nèi)徑不同，沿徑向移動測量橫梁，將激光感測頭移動至測量范圍內(nèi)，即可測得激光感測頭至輪胎模具內(nèi)圓的距離，再通過利用光柵尺測量橫梁徑向移動的距離，換算出輪胎模具的內(nèi)徑。通過控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)測量平臺，就可以按照節(jié)距逐一測量輪胎模具內(nèi)徑，從而得到輪胎模具的圓度。將測量橫梁沿立柱垂直移動，就可以測量輪胎模具不同垂向高度的內(nèi)徑，從而得到模具的圓錐度。
測量系統(tǒng)一共有3個步進(jìn)電機(jī)控制測量設(shè)備沿3方向運(yùn)動；兩把光柵尺讀取水平和垂直位移數(shù)據(jù)，還有激光測距儀實(shí)現(xiàn)非接觸位移測量，其測量結(jié)構(gòu)如圖2所示。