高精度自动外径测量仪的开发和应用_蔡锦达

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【摘要】仪器主要用途为管接头外径的高精度自动测量。通过定点测量,波峰波谷值测量两
种测量方案相结合,可对沟、槽等复杂外径尺寸进行精确测量,满足了应用要求。通过PC机的串口
通信功能,协调和同步伺服电机及激光测径仪,实现了对管接头的自动和多尺寸的精确测量及外形
轮廓测量。并在
PC
机上显示,保存和处理所采集的数据。

关键词:管接头;外径;检测仪;
VC
【Abstract】
Thisinstrumentismainlyusedformeasuringexternaldiameterofthepipejoint.we
laidoutapracticalcombiningschemeofposition-measuringandpeakandbottom-measuring,
especiallyforexternaldiameter’smeasurementofplowgrooves,whichansweredpracticalneeds;
ThroughcommunicationswithRS232portsofPC,theinstrumentcanautomaticallyandmulti-
diametricallymeasuretheexternandprofilediameterofpipejoint.Thedatameasuredbydigital
micrometersareusedfordisplaying,savingandprocessing.
Keywords:Pipejoint;Externaldiameter;Measuringinstrument;VC

中图分类号:TH124文献标识码:

高精度自动外径测量仪的开发和应用
蔡锦达徐铁
(上海理工大学数据数显实验室,上海200093)
Developmentandapplicationoftheautomaticallyhigh-precision
instrumentformeasuringexternaldiameter
CAIJin-da,XUTie
(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

文章编号:1001-3997(2008)
08-0221-02


来稿日期:
2007-10-16

MachineryDesign&Manufacture机械设计与制造第8期2008年8


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1概述
本仪器主要用途为管接头外径的高精度自动测量。
在运动控制方面,采用了台达公司的ASDA-A系列伺服电
机以实现轴向位置的精确性

在测量仪器方面,采用了KEYENCE公司LS-7600系列激光
测径仪,可实现每秒2400次的高速采样,重复精度为±0.15μm。
两者都具备串口通信功能,并提供串口指令以实现对其基
本功能的控制。
2测量方案

测量对象示意图,如图1所示。

图1测量对象
Fig.1Thepipejoint
根据图1可知,管接头的径向方向上存在很多倒角和沟槽。

在测量上,要结合伺服电机的精确运动和激光测径仪的最优测
量方法来实现管接头外径的精确测量。由伺服电机带动管接头
轴向运动,伺服电机采用位置模式,在所要求轴向尺寸上精确定

,待测量外径完成后,走到下一个位置。

这里出现了一个难题。根据图

可知,由于外径尺寸复杂多

变,所以要求操作者能够精确地指定所测位置的轴向尺寸是相
当困难的。很多的尺寸都是规定在一定区域内的最大值和最小
值,又由于激光测径仪提供了相应的串口通讯指令———可测量
波峰值和波谷值
,所以可对管接头的外形轮廓进行精确测量。

所以最终采用了两个方案



)在操作者需要对某个精确轴向位置处径向尺寸进行测

量时,采用方案一,定点测量;


)在操作者只需对图纸所要求的外形轮廓进行测量时,采

用方案二
,波峰波谷值测量。

根据要求
,应使轴向尺寸和该尺寸处的径向尺寸严格对应。
由于激光测径仪可实现每秒
2400
次的高速采样,所以这里使伺

服电机走到指定位置后
,再进行径向测量。
这里我们使用
PC机作上位机,通过使用PC的RS232
端口

分别与激光测径仪、伺服电机连接,串口通信发送相应硬件可识
别的指令,接收硬件的响应指令,实现伺服电机带动管接头走到
预定的一些轴向位置的同时,激光测径仪对管接头的外径进行
测量。原理图如图2所示。

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LS-7601
PC
ASDA-A

LS
指令格式
指令
响应格式
响应
cr

cr

第8期
蔡锦达等:高精度自动外径测量仪的开发和应用
图2测量原理
Fig.2Theprincipleofmeasurement
3具体实现

3.1
串口通信部分

典型地,串口用于ASCⅡ码字符的传输。通信使用3根线
完成
:地线,发送,接收。由于串口通信是异步的,端口能够在一
根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手

但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率,数据位,停止
位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口
,这些参数必须匹配。

3.1.1PC
相关串口通信部分

由于PC要与伺服电机,激光测径仪同时进行串口通信,所
以要使用两个串行通讯控件MSComm分别对其进行控制。
串口通信通过四个步骤来完成:打开串口,配置串口,读写
串口,关闭串口。在本程序中,利用MFCClassWizard添加
C****View::OnInitial
函数加入打开串口和配置串口的程序后,

就可以分别和伺服电机,激光测径仪进行串口读写(发送和读取
串口指令)。
3.1.2LS-7600
相关串口通信部分

KEYENCE公司的LS-7600
系列激光测径仪从外部设备接

收到指令后,就对收到的指令做出响应,并将响应返回给外部设备。
其串口通信相对简单
,指令本身不存在校验位,校验通过串口通信

协议实现。下面将介绍有关的指令格式。如图
3、4
所示。

图3指令与响应格式
Fig.3Theinstructionformatandresponsrformat

图4指定格式概要
Fig.4Thegeneraloftheinstructionformat

通过以上的指令格式和响应格式,PC软件可对激光测径仪
进行测量模式和环境变量的更改
,读取相应的测量值。

3.1.3ASDA-A
相关串口通信部分

伺服电机的串口通信采用ASCII模式,指令本身存在校验位。
下面将介绍有关的指令格式(ASCII模式),如图5所示。

图5指令响应格式
Fig.5Theinstructionformatandresponseformat

ASCII模式采用LRC(LongitudinalRedundancyCheck
)侦误

值。LRC侦误值乃是从ADR至最后一笔数据内容加总,得到之
结果以256为单位,超出之部分予以去除(例如加总后得到
8-10的结果为十六进制之128H则只取28H
),然后计算二的补

码,之后所得到的结果即为LRC侦误值。
通过上述的命令格式,PC软件可对伺服电机进行起停、定
位、读取其所在位置等一系列操作。
3.1.4
通过串口实现自动测量动作过程

在开始程序后,伺服电机自动回原点。由操作者指定要测量
管接头的一系列轴向位置
,开始测量。

(1)通过串口向伺服电机走到下一个指定的位置的指令;
(2)PC读取伺服电机位置,判断是否为操作者指定的位置,如

,执行(3),如否,执行(4);(3)测量该轴向位置的径向尺寸后,

执行(6);(4)判断标志位iReadTimes是否小于10,如是,执行
(2),如否,执行(5);(5)提示操作者出错,回原点。(6)判断是否
是最后一个位置:否,执行(7),是,执行(8);(7)执行(1);(8)提
示操作者已完成测量,回原点。
当伺服电机接收到指令“走到下一个位置”时,要从当前位
置走到指令要求的“下一个位置”。而在走到“下一个位置”后
,由
于伺服电机处于从属位置
,不会主动发送“到位置信号”回PC,

这就要求PC循环发指令“读取伺服电机的当前位置”,直到“伺
服电机的当前位置”与“指定的位置”相同时才执行下一步操作。
而在PC循环发指令“读取伺服电机的当前位置”的过程

,该进程中的主线程始终处于阻塞状态。程序界面不再响应任
何其它消息
,用户无法停止、暂停和进行其它操作。

解决该问题的方法有两种:(1)是采用多线程方式,而本程
序使用的串口ActiveX控件,需要一个容器来容纳控件本身,而
一般的多线程方式为工作者线程,不存在界面和消息循环。(2)
是使用MFC提供的后台型计时器,本程序就采用了这种方式。通过
计时器来实现循环发指令“读取伺服电机的当前位置”,这样既不影

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