基于AVR單片機(jī)的輪胎模具內(nèi)徑測量系統(tǒng)

在保證待測模具的平面度和同心度狀態(tài)下，調(diào)整轉(zhuǎn)動電機(jī)和垂直位移電機(jī)，使得激光感測頭位于被測點(diǎn)上方的已知胎口直徑位置。調(diào)整水平位移電機(jī)，使得激光感測頭與胎口被測點(diǎn)的水平距離為80±0．5 mm，激光傳感器在這個距離下測量精度最高。
根據(jù)胎口半徑RT和胎口被測點(diǎn)的激光測距值、水平光柵尺讀數(shù)，可以得到如下等式：

其中，XL是激光測距值，XR是水平光柵尺讀數(shù)，這兩個值可以多次測量取平均，XS是系統(tǒng)裝配和放置待測模具時的固有值，即如圖設(shè)備中心X0離花紋圈中心X1的距離，相對于垂直方向的每個被測點(diǎn)而言，XS在整個測量過程中是不變的，因此可以得到下式：

當(dāng)測量臂垂直移動至待測模具被測點(diǎn)的垂直位置后，平移激光感測頭至距離被測點(diǎn)80±0．5 mm處，然后讀取被測點(diǎn)的激光測距值XL’和水平光柵尺讀數(shù)XR’，則被測點(diǎn)的半徑滿足：

只要按照上述方法逐點(diǎn)測量和計算出各個被測點(diǎn)的直徑，就可以完成圓度測量了。
在整個測量過程中，由于要避開模具的花紋，因而對測量點(diǎn)有一定的要求。使用ATmega16精確控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行可以找到待測點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上加入手輪控制器微調(diào)步進(jìn)電機(jī)找到合適位置后再采集數(shù)據(jù)，這樣就可以對人為設(shè)定的測量點(diǎn)進(jìn)行測量。
2．3 設(shè)備的行程控制
在測量設(shè)備水平和垂直移動極限位置處放置行程開關(guān)來保證運(yùn)行安全，為了降低成本，通過測量轉(zhuǎn)盤的所有信號沒有采用電滑環(huán)而使用電纜直接連接。因此設(shè)備在旋轉(zhuǎn)時不能總是沿一個方向旋轉(zhuǎn)，否則會扭斷電纜。本設(shè)計中旋轉(zhuǎn)角度不超過360°，為了區(qū)分旋轉(zhuǎn)的0°和36 0°，在測量轉(zhuǎn)盤指定的位置處分別放置兩個并排的行程開關(guān)。通過判斷這兩個行程開關(guān)動作的先后次序來確定旋轉(zhuǎn)的位置，然后決定可旋轉(zhuǎn)的方向。

3 單片機(jī)設(shè)計
主要思路：上位機(jī)對電機(jī)進(jìn)行測量步驟的控制，通過發(fā)送命令使步進(jìn)電機(jī)沿設(shè)計思路正確測量數(shù)據(jù)。而在某些測量點(diǎn)上，需要人工干預(yù)時通過轉(zhuǎn)動手輪即可微調(diào)電機(jī)。而行程開關(guān)可以限制機(jī)械轉(zhuǎn)動的位置，也可以用于復(fù)位設(shè)置。
3．1 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號頻率成正比，步進(jìn)角度與脈沖數(shù)目成正比。步進(jìn)電機(jī)啟動時，必須有升速、降速過程，升降速的設(shè)計至關(guān)重要。如果設(shè)計不合適，將引起步進(jìn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)、失步、升降速過程慢等問題。為了實(shí)現(xiàn)升降速，用階梯型頻率變化來模擬頻率線性變化過程。如圖4所示。