Data Display Reconstruction for Axial Angle
Measurement of Stator Turning and Boring Machine

Liu Fang　Li Ping　Yang Guang

　　Abstract　In this paper,the axis angle index measurement of stator turning and boring machine Tools is realized by using 8031 micro-computer,open a new way to high accuracy the numerical display technical recinstruction.
Key Words:numerical display reconstruction;axis angle absolute value measure;application of micro-computer

1　前言

　　哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司的定子車鏜床主要用于汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座的生產(chǎn)。原來機(jī)座軸角分度的測(cè)量是根據(jù)光學(xué)反射及投影的原理測(cè)量的。人的肉眼分辨率低，加上測(cè)量儀器自身的限制，測(cè)量精度較低，工作起來繁鎖，且易產(chǎn)生錯(cuò)誤。為了提高精度，增加測(cè)量的可靠性，我們選用了SJF-01型數(shù)字式精密分度儀來測(cè)量軸角。該儀器操作簡單，顯示直觀，不僅提高了測(cè)量精度，而且也減少了出錯(cuò)幾率。

2　技術(shù)性能和指標(biāo)

　　定子車鏜床軸角分度測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)顯改造后，操作者只需根據(jù)需要，按動(dòng)電動(dòng)開關(guān)，機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)角度就會(huì)以數(shù)字形式顯示出來。該儀器的顯示方式有度、分、秒和十進(jìn)制兩種，分為上、下兩行顯示，可根據(jù)用戶要求任意選擇；其分辨率為2″，測(cè)量精度達(dá)2.5″；機(jī)床轉(zhuǎn)速應(yīng)小于30r/min；絕對(duì)零點(diǎn)任選；供電電源為AC220V±5%；工作溫度在0℃～40℃之間為最佳。

3　SJF-01型數(shù)字式分度儀的工作原理

3.1　信號(hào)的采集
　　SJF-01型數(shù)字式分度儀的信息采集，采用了JX130型絕對(duì)式軸角編碼器作為角度位移計(jì)量元件，同軸安裝兩臺(tái)，對(duì)裝于分度齒輪軸上。編碼器有24個(gè)插孔，需采集24路信號(hào)。由于編碼器采集到的信號(hào)幅值不夠，我們采用了單電源四運(yùn)算放大器LM324對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)作為電壓比較器LM339的輸入端輸入，經(jīng)比較器處理后，產(chǎn)生所需的信號(hào)送入主機(jī)板。
3.2　數(shù)顯儀器的工作原理
　　SJF-01型數(shù)字式精密分度儀采用了工業(yè)控制中較為先進(jìn)的8031單片機(jī)作為中央處理器，外部配以輔助電路，其中包括地址鎖存器、外部程序存貯器、譯碼器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖器、驅(qū)動(dòng)器等共同完成軸角分度測(cè)量及顯示工作。該儀器的硬件框圖如圖1。

圖1　精密分度儀硬件框圖

　　8031單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存貯器(RAM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行及串行I/O口集成在一塊芯片上做成的計(jì)算機(jī)，它具有較強(qiáng)的通用性，又具有相當(dāng)?shù)膶Ｓ眯裕m合于各種控制系統(tǒng)。片內(nèi)設(shè)有多個(gè)I/O接口，便于系統(tǒng)擴(kuò)展及信息交換，片內(nèi)還帶有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8031單片機(jī)內(nèi)沒有程序存貯器，需外部擴(kuò)展一片程序存貯器EPROM2732。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展是通過單片機(jī)片外引腳進(jìn)行的。8031單片機(jī)片外有40個(gè)引腳，其中V_CC(40腳)和V_SS(20腳)分別接+5V電源和地。XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)分別接晶振的兩端。RST/VPP(19腳)用于單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)。ALE/PROG(30腳)為地址鎖存器74LS373的鎖存允許信號(hào)。PSEN(29腳)是在訪問片外程序存貯器EPROM2732時(shí)輸出負(fù)脈沖作為程序存貯器的讀選通信號(hào)。EA/V_PD(引腳)在8031單片機(jī)中必須接地或接低電平。P_0．0～P_0．7(39腳～32腳)稱為P₀口，在訪問外部程序存貯器EPROM2732時(shí)作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口，它分時(shí)提供8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線。P₂口的P_2．0～P_2．3用作外部程序存貯器EPROM2732的高四位地址總線。P₂口的P_2．4～P_2．7用作譯碼器的輸入端。P₁口的P_1．0腳用作脈沖信號(hào)的發(fā)出端。P_1．3和P_1．4用于控制AD7574。
　　8031單片機(jī)同普通數(shù)字計(jì)算機(jī)一樣只能處理數(shù)字量而不能直接處理模擬量，所以必須進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換。前者供8031單片機(jī)處理，后者用以控制或驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了確保轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性，A/D、D/A轉(zhuǎn)換必須達(dá)到足夠的精度；當(dāng)處理快速檢測(cè)過程時(shí)，還要保證足夠的速度。在該儀器中，AD7574是用來完成A/D轉(zhuǎn)換的。各種型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換芯片均設(shè)有數(shù)據(jù)輸出引腳、啟動(dòng)引腳、轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳等。8031單片機(jī)擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器就是要處理好上述引腳與CPU之間的硬件連接。此外，在SJF-01型數(shù)字式精密分度儀中，還選用了LF398作為采樣保持器，AD7502作模擬開關(guān)，AD581作基準(zhǔn)穩(wěn)壓源，UA1489作電平轉(zhuǎn)換器，74LS04作反向器，8282作驅(qū)動(dòng)器等外圍輔助電路。
3.3　軟件結(jié)構(gòu)
　　該儀器的軟件程序采用的是匯編語言，程序執(zhí)行速度快，節(jié)省存貯空間。采用助記符和標(biāo)號(hào)地址為程序的編寫提供了方便，不必記憶指令的機(jī)器碼，也不必在編寫程序時(shí)進(jìn)行地址計(jì)算。軟件框圖如圖2所示。

圖2　精密分度儀軟件框圖

4　結(jié)論

　　哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司的定子車鏜床經(jīng)過數(shù)顯改造后，操作者工作起來十分方便，只需按電動(dòng)開關(guān)，儀器上就會(huì)顯示出軸角分度，達(dá)到要求后，即可定位鉆孔。改造后的機(jī)床加工一臺(tái)機(jī)座比以前提前了4～5天，節(jié)約了人力，縮短了工期，降低了產(chǎn)品成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的自動(dòng)化控制。由于該儀器采用的是8031單片機(jī)作中央處理器且采樣是通過同軸對(duì)裝兩臺(tái)絕對(duì)式軸角編碼器來完成信號(hào)的采集的，其精度和可靠性比其它數(shù)顯儀器要高。