專利名稱：一種基于dsp芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，尤其涉及一種用于生產(chǎn)車間和計(jì)量部門對(duì)工件的表面粗糙度的高精度測(cè)量的粗糙儀。屬于機(jī)電測(cè)控儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
第一，受到全球表面粗糙度測(cè)量?jī)x精度測(cè)量的重要性日益提高的影響，本公司研發(fā)人員在對(duì)全球進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)德國(guó)、英國(guó)、日本、美國(guó)、中國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家進(jìn)行走訪調(diào)研，針對(duì)行業(yè)主要為機(jī)械、電子、通信、模具、面工程處理幾大塊進(jìn)行走訪。其中機(jī)械、模具、表面工程處理行業(yè)由于表面光潔度要求較高，以及對(duì)生產(chǎn)成本影響較大的特點(diǎn)，是目前表面粗糙度測(cè)量?jī)x需求量最大的行業(yè)，行業(yè)中所使用產(chǎn)品幾乎都來(lái)自日本、德國(guó)和英國(guó)，通過(guò)五個(gè)區(qū)域的走訪近百家大型精工企業(yè)的調(diào)查，已經(jīng)使用的企業(yè)占80%，而其中已使用過(guò)的87%以上的客戶反應(yīng)使用精度達(dá)不到工件所需求的，測(cè)量參數(shù)少，測(cè)量范圍過(guò)小、誤差較大，攜帶不方便，成本較高，后期售后維修不便，操作較繁雜，有時(shí)沒有的零部件還需要等上十天半月才能進(jìn)行更換，售后服務(wù)周期過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。第二，在表面粗糙度和零件加工這兩個(gè)相互影響的技術(shù)領(lǐng)域中，最重要的問(wèn)題是零件的生產(chǎn)成本直接受表面粗糙度的要求的影響。為了設(shè)法彌補(bǔ)根據(jù)零件表面功能提出的對(duì)表面的技術(shù)要求這一環(huán)節(jié)的欠缺，從20世紀(jì)10、20年代開始，國(guó)外已著手對(duì)用什么樣的儀器能最方便和最經(jīng)濟(jì)地測(cè)量出被測(cè)零件的表面形貌進(jìn)行了研究。1929年德國(guó)人施馬爾茲第一次對(duì)表面微觀不平度的高度進(jìn)行了定量的評(píng)定；1936年美國(guó)艾卜特研制成功第一臺(tái)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的測(cè)量表面粗糙度的輪廓儀；1940英國(guó)公司成功研制表面粗糙度測(cè)量?jī)x，從而開啟了現(xiàn)代意義的表面粗糙度檢測(cè)的大門，其后各國(guó)又成功研制出多種測(cè)量表面粗糙度的現(xiàn)代儀器。目前，測(cè)量表面粗糙度常采用比較法、光切法、干涉法、觸針?lè)ê陀∧７ǖ?，而方便直觀、可測(cè)量多種粗糙度參數(shù)、可測(cè)量各種形狀工件及內(nèi)外表面、測(cè)量精度高、測(cè)量迅速方便、應(yīng)用最為廣泛的就是觸針?lè)ㄔ淼谋砻娲植诙葴y(cè)量?jī)x。第三，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工藝水平的提高，對(duì)零件表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高。我國(guó)目前使用的參數(shù)粗糙度儀大多是從國(guó)外進(jìn)口的，而絕大部分工廠和科研單位使用的還是Talysurf-4,2201, MElO等型號(hào)的輪廓儀,這幾種輪廓儀只能指示Ra值(輪廓算術(shù)平均偏差)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)粗糙度測(cè)量的要求，哪怕是國(guó)內(nèi)先進(jìn)的表面粗糙度儀，一般也只能測(cè)量Ra，RZ，Rmax三個(gè)最常用的評(píng)定參數(shù)。由此可見，研制出一種高精度、多參數(shù)、性能價(jià)值比較高、適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的表面粗糙度測(cè)量?jī)x，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于加速粗造度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的推行具有重大意義。目前該類產(chǎn)品中，國(guó)內(nèi)主要以時(shí)代集團(tuán)的TR100便攜式表面粗糙度儀為代表，可測(cè)量Ra，Rz2個(gè)參數(shù)，可測(cè)量外圓、平面、錐面，溝槽等不規(guī)則表面，但評(píng)定長(zhǎng)度不連續(xù)、測(cè)量范圍較小、分辨率較低。國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率低，僅限于中低端市場(chǎng)，滿足粗糙度數(shù)值不算嚴(yán)格的一般測(cè)定。國(guó)外粗糙度表面測(cè)量?jī)x，研究時(shí)間早，生產(chǎn)廠家較多，但技術(shù)和質(zhì)量也參差不齊，其中以德國(guó)馬爾、英國(guó)泰勒、日本三豐三家企業(yè)的產(chǎn)品最為出名，全球粗糙度儀市場(chǎng)占有率達(dá)到55%以上，在我國(guó)市場(chǎng)占有率高達(dá)73%,幾乎完全壟斷了我國(guó)粗糙度測(cè)量?jī)x市場(chǎng)。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的粗糙儀產(chǎn)品種類過(guò)少、功能簡(jiǎn)單、精確度不高、實(shí)用性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理速度慢、曲面打印不豐富、操作繁瑣，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差、安裝攜帶不便、難以在惡劣環(huán)境下使用等等缺點(diǎn)。本公司組織人員確定方案，大力研發(fā)出“一種基于DSP系統(tǒng)的高性能工業(yè)用粗糙度儀”，為提升行業(yè)技術(shù)水平，改善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動(dòng)機(jī)械加工、精密機(jī)械制造、表面工程處理等行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，滿足市場(chǎng)需求、解決供給矛盾作出成績(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的為了解決傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x精度不夠、測(cè)量范圍窄、測(cè)量參數(shù)少、存儲(chǔ)能力差、測(cè)量方式不靈活、數(shù)據(jù)處理速度慢、曲面打印不豐富、測(cè)量不規(guī)則表面能力弱等缺陷，從而提供一種高技術(shù)、高附加值、高性價(jià)比的先進(jìn)數(shù)字化智能儀器儀表是基于DSP芯片系統(tǒng)聞精度粗糖儀。本發(fā)明是通過(guò)如下的方法實(shí)現(xiàn)的:一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，所述粗糙儀本體包括傳感器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路、放大器相敏整流、A/D轉(zhuǎn)換、I/O接口電路、DSP數(shù)字處理芯片及擴(kuò)展電路；所述傳感器通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，所述傳感器采集的信息通過(guò)控制電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大器相敏整流處理后，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由DSP數(shù)字處理芯片進(jìn)行運(yùn)算。所述傳感器為互感式傳感器，其利用頻率穩(wěn)定的晶振來(lái)作為激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)源，采用單運(yùn)放絕對(duì)值進(jìn)行檢波，用三極管功率放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載；所述互感式傳感器有I個(gè)或I個(gè)以上電感線圈；所述互感式傳感器2個(gè)電感線圈?；ジ惺絺鞲衅骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、輸出功率大、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境要求不高、分辨率較高、示值誤差一般為示值范圍的0.1% -0.2%、穩(wěn)定性好。在互感式傳感器測(cè)桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑R小于2 μ m，測(cè)量時(shí)將觸針與被測(cè)表面垂直接觸，用驅(qū)動(dòng)箱以一定的速度拖動(dòng)傳感器。由于被測(cè)表面輪廓峰谷起伏，觸針在被測(cè)表面滑行時(shí)，將產(chǎn)生上下移動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)經(jīng)支點(diǎn)使磁芯同步地上下運(yùn)動(dòng)，從而使包圍在磁芯外面的兩個(gè)差動(dòng)電感線圈的電感量發(fā)生變化，從而將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)供后續(xù)處理。傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如6所示，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。兩個(gè)次級(jí)線圈反相串聯(lián)，并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下，其等效電路如圖8所示。當(dāng)初級(jí)繞組Wl加以激勵(lì)電壓U時(shí)，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組W2a和W2b中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E2a和E2b。如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵處于初始平衡位置時(shí)，必然會(huì)使兩互感系數(shù)Ml = M2。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將有E2a = F2b。由于變壓器兩次級(jí)繞組反相串聯(lián)，因而Uo = E2a_E2b = 0，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為零。當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，由于磁阻的影響，W2a中磁通將大于W2b，使Ml > M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小。因?yàn)閁o = F2a_E2b，所以當(dāng)E2a、E2b隨著銜鐵位移X變化時(shí)，Uo也必將隨X而變化。由于次級(jí)兩繞組反相串聯(lián)，且考慮到次級(jí)開路，可得:
權(quán)利要求
1.一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述粗糙儀本體包括傳感器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路、放大器相敏整流、A/D轉(zhuǎn)換、I/O接口電路、DSP數(shù)字處理芯片及擴(kuò)展電路；所述傳感器通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，所述傳感器采集的信息通過(guò)控制電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大器相敏整流處理后，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由DSP數(shù)字處理芯片進(jìn)行運(yùn)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述傳感器為互感式傳感器，其利用頻率穩(wěn)定的晶振來(lái)作為激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)源，采用單運(yùn)放絕對(duì)值進(jìn)行檢波，用三極管功率放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載； 所述互感式傳感器有I個(gè)或I個(gè)以上電感線圈； 所述互感式傳感器2個(gè)電感線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，以工件形狀不同的多個(gè)傳感器中至少有一個(gè)或多個(gè)傳感器用于工件，表示其精確的測(cè)量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述粗糙儀本體與多個(gè)傳感器為不同的個(gè)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述多個(gè)傳感器的其中一個(gè)傳感器直接位于粗糙儀本體上，所述其它傳感器通過(guò)光傳輸設(shè)備與粗糙儀本體相連接，傳感器將采集到信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述粗糙儀測(cè)量參數(shù)為I 30個(gè)；所述存儲(chǔ)量一次性可以存儲(chǔ)多達(dá)500個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述DSP數(shù)字處理芯片內(nèi)置波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述DSP數(shù)字處理芯片集成了 A/D轉(zhuǎn)換器和采樣/保持電路，供PWM輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述DSP數(shù)字處理芯片采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其特征在于，所述DSP數(shù)字處理芯片內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線；提供了指令集，提高了 FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度；提供了 JTAG接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP芯片系統(tǒng)高精度粗糙儀，其本體包括傳感器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路、放大器相敏整流、A/D轉(zhuǎn)換、I/O接口電路、DSP數(shù)字處理芯片及擴(kuò)展電路；所述傳感器通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，所述傳感器采集的信息通過(guò)控制電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大器相敏整流處理后，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由DSP數(shù)字處理芯片進(jìn)行運(yùn)算。本發(fā)明是一款具有精度高、測(cè)量范圍寬、數(shù)字顯示、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、速度超快、功耗低、具有通用性、可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。用于加工業(yè)、制造業(yè)部門，尤其適用于大型工件及生產(chǎn)流水線的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B7/34GK103185541SQ20111044750
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者韓芬英, 郭勇, 華強(qiáng), 黃海東 申請(qǐng)人:杭州工具量具有限公司