专利名称：一种基于dsp芯片系统高精度粗糙仪的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，尤其涉及一种用于生产车间和计量部门对工件的表面粗糙度的高精度测量的粗糙仪。属于机电测控仪器技术领域。
背景技术：
第一，受到全球表面粗糙度测量仪精度测量的重要性日益提高的影响，本公司研发人员在对全球进行了市场调研，对德国、英国、日本、美国、中国等工业发达的国家进行走访调研，针对行业主要为机械、电子、通信、模具、面工程处理几大块进行走访。其中机械、模具、表面工程处理行业由于表面光洁度要求较高，以及对生产成本影响较大的特点，是目前表面粗糙度测量仪需求量最大的行业，行业中所使用产品几乎都来自日本、德国和英国，通过五个区域的走访近百家大型精工企业的调查，已经使用的企业占80%，而其中已使用过的87%以上的客户反应使用精度达不到工件所需求的，测量参数少，测量范围过小、误差较大，携带不方便，成本较高，后期售后维修不便，操作较繁杂，有时没有的零部件还需要等上十天半月才能进行更换，售后服务周期过长等缺点。第二，在表面粗糙度和零件加工这两个相互影响的技术领域中，最重要的问题是零件的生产成本直接受表面粗糙度的要求的影响。为了设法弥补根据零件表面功能提出的对表面的技术要求这一环节的欠缺，从20世纪10、20年代开始，国外已着手对用什么样的仪器能最方便和最经济地测量出被测零件的表面形貌进行了研究。1929年德国人施马尔兹第一次对表面微观不平度的高度进行了定量的评定；1936年美国艾卜特研制成功第一台生产现场使用的测量表面粗糙度的轮廓仪；1940英国公司成功研制表面粗糙度测量仪，从而开启了现代意义的表面粗糙度检测的大门，其后各国又成功研制出多种测量表面粗糙度的现代仪器。目前，测量表面粗糙度常采用比较法、光切法、干涉法、触针法和印模法等，而方便直观、可测量多种粗糙度参数、可测量各种形状工件及内外表面、测量精度高、测量迅速方便、应用最为广泛的就是触针法原理的表面粗糙度测量仪。第三，随着生产的发展和工艺水平的提高，对零件表面质量的要求越来越高。我国目前使用的参数粗糙度仪大多是从国外进口的，而绝大部分工厂和科研单位使用的还是Talysurf-4,2201, MElO等型号的轮廓仪,这几种轮廓仪只能指示Ra值(轮廓算术平均偏差)远远不能满足现代企业对粗糙度测量的要求，哪怕是国内先进的表面粗糙度仪，一般也只能测量Ra，RZ，Rmax三个最常用的评定参数。由此可见，研制出一种高精度、多参数、性能价值比较高、适合于工业现场应用的表面粗糙度测量仪，促进我国机械加工行业的发展，对于加速粗造度国家标准的推行具有重大意义。目前该类产品中，国内主要以时代集团的TR100便携式表面粗糙度仪为代表，可测量Ra，Rz2个参数，可测量外圆、平面、锥面，沟槽等不规则表面，但评定长度不连续、测量范围较小、分辨率较低。国内企业产品市场占有率低，仅限于中低端市场，满足粗糙度数值不算严格的一般测定。国外粗糙度表面测量仪，研究时间早，生产厂家较多，但技术和质量也参差不齐，其中以德国马尔、英国泰勒、日本三丰三家企业的产品最为出名，全球粗糙度仪市场占有率达到55%以上，在我国市场占有率高达73%,几乎完全垄断了我国粗糙度测量仪市场。综上所述，现有技术中的粗糙仪产品种类过少、功能简单、精确度不高、实用性不强、数据处理速度慢、曲面打印不丰富、操作繁琐，系统稳定性较差、安装携带不便、难以在恶劣环境下使用等等缺点。本公司组织人员确定方案，大力研发出“一种基于DSP系统的高性能工业用粗糙度仪”，为提升行业技术水平，改善产业结构、推动机械加工、精密机械制造、表面工程处理等行业技术进步，满足市场需求、解决供给矛盾作出成绩。
发明内容
本发明的为了解决传统表面粗糙度测量仪精度不够、测量范围窄、测量参数少、存储能力差、测量方式不灵活、数据处理速度慢、曲面打印不丰富、测量不规则表面能力弱等缺陷，从而提供一种高技术、高附加值、高性价比的先进数字化智能仪器仪表是基于DSP芯片系统闻精度粗糖仪。本发明是通过如下的方法实现的:一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，所述粗糙仪本体包括传感器、驱动机构、控制电路、放大器相敏整流、A/D转换、I/O接口电路、DSP数字处理芯片及扩展电路；所述传感器通过驱动机构带动，所述传感器采集的信息通过控制电路转换成电信号，该信号经放大器相敏整流处理后，再转换成数字信号由DSP数字处理芯片进行运算。所述传感器为互感式传感器，其利用频率稳定的晶振来作为激励信号的信号源，采用单运放绝对值进行检波，用三极管功率放大电路来驱动负载；所述互感式传感器有I个或I个以上电感线圈；所述互感式传感器2个电感线圈。互感式传感器具有结构简单可靠、输出功率大、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨率较高、示值误差一般为示值范围的0.1% -0.2%、稳定性好。在互感式传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针尖端曲率半径R小于2 μ m，测量时将触针与被测表面垂直接触，用驱动箱以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化，从而将位移量转换成电信号供后续处理。传感器的机械结构如6所示，其原理结构图如图7所示。两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，其等效电路如图8所示。当初级绕组Wl加以激励电压U时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组W2a和W2b中便会产生感应电势E2a和E2b。如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数Ml = M2。根据电磁感应原理，将有E2a = F2b。由于变压器两次级绕组反相串联，因而Uo = E2a_E2b = 0，即差动变压器输出电压为零。当活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使Ml > M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo = F2a_E2b，所以当E2a、E2b随着衔铁位移X变化时，Uo也必将随X而变化。由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，可得:
权利要求
1.一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述粗糙仪本体包括传感器、驱动机构、控制电路、放大器相敏整流、A/D转换、I/O接口电路、DSP数字处理芯片及扩展电路；所述传感器通过驱动机构带动，所述传感器采集的信息通过控制电路转换成电信号，该信号经放大器相敏整流处理后，再转换成数字信号由DSP数字处理芯片进行运算。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述传感器为互感式传感器，其利用频率稳定的晶振来作为激励信号的信号源，采用单运放绝对值进行检波，用三极管功率放大电路来驱动负载； 所述互感式传感器有I个或I个以上电感线圈； 所述互感式传感器2个电感线圈。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，以工件形状不同的多个传感器中至少有一个或多个传感器用于工件，表示其精确的测量值。
4.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述粗糙仪本体与多个传感器为不同的个体。
5.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述多个传感器的其中一个传感器直接位于粗糙仪本体上，所述其它传感器通过光传输设备与粗糙仪本体相连接，传感器将采集到信息转换为数字信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述粗糙仪测量参数为I 30个；所述存储量一次性可以存储多达500个。
7.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述DSP数字处理芯片内置波特率发生器和FIFO缓冲器。
8.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述DSP数字处理芯片集成了 A/D转换器和采样/保持电路，供PWM输出。
9.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述DSP数字处理芯片采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。
10.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其特征在于，所述DSP数字处理芯片内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线；提供了指令集，提高了 FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度；提供了 JTAG接口。
全文摘要
本发明公开了一种基于DSP芯片系统高精度粗糙仪，其本体包括传感器、驱动机构、控制电路、放大器相敏整流、A/D转换、I/O接口电路、DSP数字处理芯片及扩展电路；所述传感器通过驱动机构带动，所述传感器采集的信息通过控制电路转换成电信号，该信号经放大器相敏整流处理后，再转换成数字信号由DSP数字处理芯片进行运算。本发明是一款具有精度高、测量范围宽、数字显示、携带方便、操作简单、速度超快、功耗低、具有通用性、可扩展性等优点。用于加工业、制造业部门，尤其适用于大型工件及生产流水线的现场检验检测。
文档编号G01B7/34GK103185541SQ20111044750
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者韩芬英, 郭勇, 华强, 黄海东 申请人:杭州工具量具有限公司