軸承徑向游隙檢測裝置軟件設計

鄭曉峰+鄭博文

摘 要：將STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，利用C語言編程技術，設計了控制系統，實現了對步進電機，電磁鐵的控制，以及與傳感器和PC機的通訊；以高精度激光位移傳感器作為測量系統的核心，準確測量軸承徑向游隙；通過Labview可視化編程軟件，編制顯示系統，用于數據顯示與存儲，界面簡潔友好，操作簡單方便。

關鍵詞：STC12C5A60S2單片機 激光位移傳感器 labview

Abstract： The STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main control chip， the control of the stepping motor， the electromagnet and the communication with the sensor and PC are realized with C language program. With the high precision laser displacement sensor as the core of the measuring system，the radial clearance of the bearing is accurately measured. By Labview visual programming software，the display systems is prepared for data display and storage，and the interface is simple and friendly，easy to operate.

Key words： STC12C5A60S2 single chip microcomputer； Laser Displacement Sensor； Labview

軸承正常工作時需具備合理必要的旋轉精度，以及合適的徑向游隙和軸向游隙。其中，徑向游隙過大，會引起振動與噪聲，過小則會使滾動體與套圈之間產生較大的接觸應力而摩擦發熱，以至于影響軸承的使用壽命。因此，軸承徑向游隙是軸承的必檢項目之一[1-2]。為了提升檢測效率，該項目研制出一種新型的軸承徑向游隙動態檢測裝置，可實現對軸承徑向游隙的自動化檢測。該裝置由機械結構、控制系統、測量系統及顯示系統等組成，其整體結構如圖1所示。該文著重介紹控制系統、測量系統及顯示系統。

1 控制系統設計

裝置需要具備送料、軸承內圈夾緊、軸承外圈頂旋、游隙分選、激光傳感器測量及與PC機通訊等功能。為了實現上述動作，由三個步進電機分別驅動送料機構、夾緊機構和分選機構，由電磁鐵和小型步進電機實現頂旋，單片機通過RS232控制激光位移傳感器和PC機的數據采集與傳輸。

為此，項目選擇了STC12C5A60S2單片機作為主控芯片。STC12C5A60S2單片機是一款高速處理芯片，工作頻率為0～35 MHz，處理速度是8051的8～12倍。片上集成1280字節RAM存儲區，用戶程序空間可達62 K，同時具備44個通用IO口，4個16位定時器，2個時鐘輸出口，7路外部中斷IO口，2路PWM/PCA，8路10位精度ADC及雙串口[3]。該芯片功能強大，滿足項目設計要求。

部分程序如下：

main

{ UART_init（）； /*串口初始化 */

S2CON=0x50； /*串口2允許接收 */

BRT=0xfd； /*獨立波特率發生器*/

AUXR=0x91； /*允許獨立波特率發生器*/

IE2=0x01； /*串口2中斷允許 */

ES=1； /*串口1中斷允許 */

IT0=0； /*外部中斷0低電平觸發*/

EX0=1； /*外部中斷0允許*/

EA=1； /*總中斷允許 */

sendc1（zifuchuan）； /*與激光傳感器通訊*/

for（j=0；j<25000；j++）

{

} /*延時 */

m1=DAT2[5]%16；

m2=DAT2[6]%16；

m3=DAT2[7]%16；

t=m3*100+m2*10+m1；

b2=m1*100+m2*10+m3； /*接收數據處理*/

i=0；

while（t>=10）

{

zht[i++]= t%10+0x30；

t/= 10；

}

zht[i] = t+0x30；

void Uart_inter（void） interrupt 4

{ if（RI）

{

if（t==0）

{

DAT[ReceiveCount] = SBUF；

ReceiveCount++；

if（ReceiveCount >10）

{

ReceiveCount = 0；

}

}

if（t==1）

{

DAT2[ReceiveCount2] = SBUF；

ReceiveCount2++；

if（ReceiveCount2 >10）

{

ReceiveCount2 = 0；

}

}

RI = 0；

}

}

2 測量系統設計

該裝置采用高精度激光位移傳感器實現軸承徑向游隙的測量。激光位移傳感器的測量原理如圖2所示。

半導體激光器1發射出激光信號，由凸透鏡2折射后聚焦于被測物體6，并經被測物體6反射，反射光線被凸透鏡3收集，投射于CCD陣列4上，信號處理器5通過三角函數計算陣列4上的光點位置，從而得到被測物體的距離。

軸承徑向游隙測量原理如圖3所示。固定激光位移傳感器，同時夾緊軸承內圈，頂旋桿未作用時，測量初始位置為s1，然后頂旋桿上頂，測量位置為s2，軸承徑向游隙即為s1～s2。

根據項目要求，所選的激光位移傳感器參數如下：（1）測量范圍2 mm（測量距離24～26 mm）；（2）光斑直徑0.025×0.06 mm；（3）精度±1 μm；（4）重復性0.3 μm；（5）分辨率0.1 μm；（6）測量頻率10 kHz；（7）響應時間0.5 ms；（8）溫度漂移% FS/℃。

該激光位移傳感器可通過電壓采集或RS232采集。采集時，主機發送十六進制“02 4D 45 41 53 55 52 45 20 42 03”（即MEASURE A，測量A通道），傳感器收到指令后，返回相應的測量數據，如“02 2B 38 39 2E 31 39 31 03 ”（即89.191）。

3 數據采集界面設計

經激光位移傳感器測量軸承徑向游隙，并經單片機處理后，將數據通過RS232串口發送給上位機進行顯示，即編制數據采集與顯示界面。該文采用Labview進行編程。Labview是一種可視化編程軟件，采用圖形化編程語言，主要用于測量與控制系統的開發[4]。

通過Labview編制的界面如圖4所示。

4 結語

項目研制了新型的軸承徑向游隙檢測與分選裝置，該文著重介紹了該裝置的控制系統、測量系統和顯示系統?？刂葡到y有效實現了軸承的自動送料、自動夾緊、自動分選；測量系統采用高精度激光位移傳感器能夠準確測量軸承徑向游隙；顯示系統實現了數據的顯示與存儲，界面簡潔友好，操作簡單方便。

參考文獻

[1]王學輝，孫如華，劉瑞實.軸承原始徑向游隙的確定[J].軸承，2007（2）：6-8.

[2]陸興邦，袁新，劉瑩.國內軸承裝配設備的發展狀況[J].海爾濱軸承，2004，25（4）：36-40.

[3]李傳偉，王燕妮.單片機的接口電路[J].中國教育設備裝備，2004（6）：17-19.

[4]陳於學，楊曙年.虛擬儀器與PLC串口通信的實現[J].自動化與儀表，2004，19（6）：57-60.