專利名稱：多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到自動(dòng)軸類校直機(jī)校直工件多點(diǎn)跳動(dòng)量信號(hào)的高速、高精度同步測(cè)量，便于上位機(jī)高速計(jì)算、系統(tǒng)自動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)汽車行業(yè)、紡織行業(yè)、軍工行業(yè)等通用機(jī)械制造業(yè)每年所需軸類零件種類繁多，軸類零件在機(jī)械加工或熱處理過程中，不可避免的產(chǎn)生彎曲變形，為了減少后續(xù)工序的加工量和裝配精度，需要對(duì)軸類零件進(jìn)行校直，使其滿足后續(xù)工序的要求。零件校直過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量多通道關(guān)鍵點(diǎn)的跳動(dòng)量，以便計(jì)算零件的直線度，并進(jìn)行高效率校直，這就需要有一套能夠?qū)崿F(xiàn)多通道、高精度、高速實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。目前多數(shù)自動(dòng)類校直機(jī)測(cè)量采用差動(dòng)變壓器，為了提高校直精度和后續(xù)信號(hào)的處理，需要采用精度更穩(wěn)定的筆式光柵，而且需要硬件能夠同時(shí)采集至少10只以上的筆式光柵信號(hào)。由于筆式光柵輸出的是增量式位置信號(hào)，電路要求測(cè)量信號(hào)的實(shí)時(shí)性、同步性，這對(duì)硬件處理電路設(shè)計(jì)提出了一個(gè)極高的要求。目前的解決辦法多數(shù)采用基于PCI總線的采集卡來處理，而當(dāng)采用獨(dú)立控制器的時(shí)候，我們很難同時(shí)高速采集10組以上的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置，以解決軸類零件的多點(diǎn)測(cè)量的高速、并行同步采集中存在的難題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包括兩部分，一部分是工件測(cè)量機(jī)構(gòu)，另一部分是基于 NIOS II軟核處理器的信號(hào)處理電路；
工件測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是主回轉(zhuǎn)中心和從回轉(zhuǎn)中心分別與定位導(dǎo)軌兩端連接，筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)分別與定位導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，其中筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與底座固定連接，筆式光柵與固定架固定連接，固定架與調(diào)整絲杠螺紋連接， 調(diào)整手柄與調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接。信號(hào)處理電路包括通過數(shù)據(jù)線連接的光電隔離器、差分信號(hào)轉(zhuǎn)單端信號(hào)模塊、 增量式位置傳感器IP核、Avalon-MM總線，該Avalon-MM總線還與嵌入式軟核處理器 NIOS II CPU 連接，該 CPU 與 FLASH、SRAM 連接；
該增量式位置傳感器IP核包括通過數(shù)據(jù)連接的鑒向模塊、倍頻模塊、雙向計(jì)數(shù)器、總線信號(hào)處理接口，該雙向計(jì)數(shù)器分別與控制寄存器和狀態(tài)寄存器連接。該Avalon -匪總線掛接多個(gè)增量式位置傳感器IP核。本發(fā)明可固定在軸類校直機(jī)的工作臺(tái)面上。根據(jù)軸類零件校直要求，把各只筆式光柵固定在相應(yīng)位置，根據(jù)變形的范圍調(diào)整筆式光柵測(cè)量行程。把傳感器連接到信號(hào)采集電路接口。設(shè)備開始采集后，軸類零件的各通道的變形量即傳入NIOS II內(nèi)核CPU中，進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)可提供給自動(dòng)軸類校直機(jī)來做校直工作。本發(fā)明在軸類全自動(dòng)校直機(jī)上的應(yīng)用，解決了軸類零件的多點(diǎn)測(cè)量的高速、并行同步采集。而且控制器是基于NIOS II，可以嵌入多個(gè)CPU，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多核控制。這對(duì)全自動(dòng)校直機(jī)的自動(dòng)控制性能、精度指標(biāo)、效率等都大幅提升，促進(jìn)了全自動(dòng)校直機(jī)的發(fā)展。


圖1是本發(fā)明工件測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明基于NIOS II軟核處理器的電控部分原理框圖； 圖4是本發(fā)明增量式位置傳感器信號(hào)。
具體實(shí)施例方式該裝置包括兩部分，一部分是工件測(cè)量機(jī)構(gòu)，另一部分是基于NIOS II軟核處理器的信號(hào)處理電路；
工件測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是主回轉(zhuǎn)中心1和從回轉(zhuǎn)中心5分別與定位導(dǎo)軌4兩端連接，筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)3分別與定位導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，其中筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)3 的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)306與底座301固定連接，筆式光柵302與固定架303固定連接，固定架303與調(diào)整絲杠304螺紋連接，調(diào)整手柄305與調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接。信號(hào)處理電路包括通過數(shù)據(jù)線連接的光電隔離電路、差分信號(hào)轉(zhuǎn)單端信號(hào)模塊、增量式位置傳感器IP核、Avalon-MM總線，該Avalon-MM總線還與嵌入式軟核處理器 NIOS II CPU 連接，該 CPU 與 FLASH、SRAM 連接；
該增量式位置傳感器IP核包括通過數(shù)據(jù)連接的鑒向模塊、倍頻模塊、雙向計(jì)數(shù)器、總線信號(hào)處理接口，該雙向計(jì)數(shù)器分別與控制寄存器和狀態(tài)寄存器連接。該Avalon -匪總線掛接多個(gè)增量式位置傳感器IP核。主回轉(zhuǎn)中心用于驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，從回轉(zhuǎn)中心在工件旋轉(zhuǎn)過程中測(cè)量工件旋轉(zhuǎn)的角度。筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)用來調(diào)整每只筆式光柵測(cè)量工件的位置。當(dāng)工件為非規(guī)則形狀時(shí)，就要求每只傳感器行程可調(diào)整。該裝置上安裝位置可調(diào)整的多只筆式光柵，每只筆式光柵可根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置要求進(jìn)行調(diào)整。多只筆式光柵連接到信號(hào)處理電路。信號(hào)處理電路核心是建立在FPGA上嵌入式軟核處理器NIOS II上的用戶邏輯外設(shè)。功能是實(shí)現(xiàn)基于Avalon-MM總線的增量式位置傳感器信號(hào)采集IP核。該IP核具備增量式光柵信號(hào)的鑒向、倍頻、計(jì)數(shù)以及通過Avalon-MM 總線與NIOS II軟核進(jìn)行通訊。需要采集的通道數(shù)量可任意添加，并且各通道數(shù)據(jù)的處理均是并行的，從而保證各通道數(shù)據(jù)采集的同步性。NIOS II軟核可以對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行配置、處理、和與上位機(jī)進(jìn)行通訊。本發(fā)明能適應(yīng)增量式信號(hào)處理的各領(lǐng)域，具有較好的通用性。筆式光柵信號(hào)經(jīng)光電隔離電路傳送到高速FPGA芯片中，在芯片中嵌入基于 NIOS II的CPU軟核，筆式光柵信號(hào)的鑒向、倍頻、計(jì)數(shù)部分電路均由增量式位置傳感器IP核進(jìn)行處理，該IP核還具備與NIOS II嵌入式軟核進(jìn)行通訊的總線數(shù)據(jù)處理功能。Avalon-MM 接口是內(nèi)存映射系統(tǒng)下的用于主從設(shè)備之間的讀寫接口，可以通過設(shè)計(jì)符合該接口模塊的總線協(xié)議來進(jìn)行通信。筆式光柵信號(hào)為相位相差90度的差分信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)光電隔離電路、差分信號(hào)轉(zhuǎn)單端信號(hào)模塊進(jìn)入該IP核，去除了外界干擾，IP核對(duì)信號(hào)進(jìn)行鑒向、倍頻、計(jì)數(shù)后經(jīng)總線與 NIOS II CPU進(jìn)行通信，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和控制。該增量式位置傳感器IP核必須具備符合Avalon-MM Slave接口規(guī)范的，可以實(shí)現(xiàn)讀寫寄存器接口的時(shí)序邏輯，總線信號(hào)包括時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、讀信號(hào)、寫信號(hào)、地址總線 (2位)、讀數(shù)據(jù)總線(32位)、寫數(shù)據(jù)總線(32位)、信號(hào)A、信號(hào)B ；其中信號(hào)A和信號(hào)B由增量式筆式光柵的信號(hào)產(chǎn)生。筆式光柵信號(hào)為兩組相位相差90度的方波信號(hào)(見圖4)，根據(jù)兩路信號(hào)在每一時(shí)刻的狀態(tài)與上一時(shí)刻的狀態(tài)，可判斷出筆式光柵的運(yùn)動(dòng)方向。兩路方波信號(hào)在每個(gè)周期有四個(gè)邊沿，這樣我們很方便的能對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行四倍頻處理，提高了信號(hào)處理的精度，該IP 核要有一個(gè)32位雙向計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向由鑒向電路部分決定。該增量式位置傳感器IP核還要具備控制寄存器、狀態(tài)寄存器。這些寄存器分別映射到Avalon -匪端口地址空間內(nèi)一個(gè)單獨(dú)的偏移地址。每個(gè)寄存器都可以進(jìn)行讀寫訪問。該IP核代碼在SOPC Builder軟件中經(jīng)自動(dòng)代碼分析成功后，會(huì)生成一個(gè)后綴為 tcl的腳本文件。該增量式位置傳感器IP核通過Avalon - MM總線與NIOS II通訊，而且該總線可掛接多個(gè)增量式位置傳感器IP核，來實(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)的高速、同步采集。
權(quán)利要求
1.一種多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置，其特征在于包括兩部分，一部分是工件測(cè)量機(jī)構(gòu)，另一部分是基于NIOS II軟核處理器的信號(hào)處理電路；工件測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是主回轉(zhuǎn)中心和從回轉(zhuǎn)中心分別與定位導(dǎo)軌兩端連接，筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)分別與定位導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，其中筆式光柵測(cè)量行程調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與底座固定連接，筆式光柵與固定架固定連接，固定架與調(diào)整絲杠螺紋連接， 調(diào)整手柄與調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接；信號(hào)處理電路包括通過數(shù)據(jù)線連接的光電隔離器、差分信號(hào)轉(zhuǎn)單端信號(hào)模塊、增量式位置傳感器IP核、Avalon-MM總線，該Avalon-MM總線還與嵌入式軟核處理器NIOS II CPU 連接，該CPU與FLASH、SRAM連接。
2.一種多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置，其特征在于該增量式位置傳感器IP核包括通過數(shù)據(jù)連接的鑒向模塊、倍頻模塊、雙向計(jì)數(shù)器、總線信號(hào)處理接口，該雙向計(jì)數(shù)器分別與控制寄存器和狀態(tài)寄存器連接。
3.一種多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置，其特征在于=Avalon-匪總線掛接多個(gè)增量式位置傳感器IP核。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道軸類零件跳動(dòng)量高速測(cè)量裝置，屬于自動(dòng)軸類校直機(jī)同步測(cè)量領(lǐng)域。包括工件測(cè)量機(jī)構(gòu)，和基于NIOSⅡ軟核處理器的信號(hào)處理電路；本發(fā)明在軸類全自動(dòng)校直機(jī)上的應(yīng)用，解決了軸類零件的多點(diǎn)測(cè)量的高速、并行同步采集。而且控制器是基于NIOSⅡ，可以嵌入多個(gè)CPU，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多核控制。這對(duì)全自動(dòng)校直機(jī)的自動(dòng)控制性能、精度指標(biāo)、效率等都大幅提升，促進(jìn)了全自動(dòng)校直機(jī)的發(fā)展。
文檔編號(hào)B21C51/00GK102489548SQ20111044765
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者張泳, 張鵬, 楊永賀, 焦健, 王永明, 袁德志, 陳景光 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春匯凱科技有限公司