一种冲压外圈轴承高度测量装置研究

摘要： 国内轴承生产厂商主要是采用量规、卡尺对轴承高度进行手动测量，测量效率低，容易造成疲劳操作带来经济损失。现设计了一种基于单片机的无内圈、冲压外圈轴承的高度自动测量装置。该装置采用电感式位移传感器，将高度尺寸的变化值转变为传感器输出电压值，由AT89S52单片机作为控制芯片构成的测量系统，很好地适应了快速的生产节拍需求，并利用VB开发人机界面。该测量装置能精确地测量这种轴承的高度，自动化效率高，满足了生产需求，是一款实用的测量装置。

关键词： 轴承高度； 自动测量装置； 电感式位移传感器

中图分类号： TP 216文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.03.017

2测量装置设计

结合一般测控系统的结构组成，测高装置的设计方案见图3。指示仪表采用3个DA系列高精度直流变压器位移传感器，相隔120°对称安装。为防止噪声干扰，经滤波环节[3]后的3组位移信号进入多路选择器，由多路选择器74LS153按次序传送给A/D转换芯片。采用AT89S52单片机作为控制芯片，控制传感器信号流经多路选择器的次序，并控制A/D转换的启动和读取A/D转换的结果，将A/D转换的结果进行分析处理之后送给LCD进行显示，同时由串口向外发送高度值。

实际测量时，3个位移传感器每隔120°对称安装于轴承冲压外圈轴向垂直线上。每测完一面3个测量点的高度值后将轴承翻转，测量另一端面3个高度位置，每个轴承得到6个高度测量数据。

2.1DA0.5位移传感器

国标[4]对冲压外圈滚针轴承的高度（宽度）公差也做了规定。对于任意直径的轴承，其高度公差值为（-0.3，0）mm，其中上偏差为0 mm，下偏差为-0.3 mm。

根据实际测量精度和速度需求选择DA系列高精度直流差动式变压器位移传感器。DA系列位移传感器结构原理见图4，主要由原方绕组1、两个匝数相等的副边绕组4和7、动铁芯6、导磁外壳3、骨架5等六部分组成。其工作原理图如图5所示，当原边绕组通以交流激励电压时，在变压器副边的两个线圈里感应出完全相等同的电动势。由于反向串联，这两个感应电势相互抵消，从而使传感器在平衡位置的输出为零。当动铁芯产生位移，由于磁阻的影响，两个副边绕组的磁通将发生一正一负的差动变化，故导致其感应电势也发生相应的改变，失去平衡，使得传感器有对应于动铁芯位移的电压输出量。差动变压器的输出电压在理想状态下与输入位移成线性关系[5]。

由位移传感器输出的信号为-10～10 V，一般的A/D转换器的模拟输入只有0～5 V，如果选用这些芯片，会存在烧毁芯片的危险。MAX176是12位串行A/D转换器，片内有采样保持器，能将模拟信号快速捕获并转换为数字信号（捕获时间为0.4 μs，最长转换时间为3.5 μs），其模拟输入电压范围为-15～15 V。该芯片是DIP8封装，体积小巧，有利于减少仪器整体体积。

MAX176是12位串行A/D转换器，转换结果分两个字节串行输出，输出数据格式如图6所示。此数据格式不便于后续运算处理，还必须通过程序将其改变成图7所示的数据格式。

2.5界面

显示装置由液晶显示器和计算机界面组成。液晶显示器显示提示信息，如放置标准量块、设置极值等；计算机界面提供极值设置功能，并将测量结果以列表和折线图两种方式显示。PC机显示界面如图8所示。

3结论

设计了一种基于单片机的无内圈、冲压外圈轴承的高度测量装置，它能按轴承装配流水线的节拍连续获取轴承零件的高度尺寸，并做出合格与不合格判断。其优点在于：（1）基于传感器和电子电路的现代检测技术，减少了人工重复劳动，避免了由于工人疲劳操作带来的经济损失；（2）操作便捷，可利用键盘和PC机灵活设置公差极限值，适合不同型号产品的测量；（3）提供了良好的人机界面，并将历史数据保存，便于进行质量控制。

参考文献：

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