特殊型号的万能工具显微镜数字化改造

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近年来，新研制的长度几何量计量仪器，普遍实现了测量结果的数字化显示和测量数据的自动化处理。但在机械加工行业，有大量的旧式仪器尚在使用，特别是上世纪六、七十年代，国外生产的光学仪器，存在机械结构完好，但光学读数系统因年久无法使用的现象。对传统的光学仪器进行数字化改造，可有效解决此类问题，延长仪器的使用寿命，带来-定的经济效益。

本单位现有-台原西德莱茨的 UMM型万能工具显微镜，已不能满足测量要求。我们通过对仪器进行机械结构的改造，加装了金属光栅尺；通过加装数据采集卡实现了坐标点的数字化显示；通过编制测量程序，完善仪器的数据处理功能，可以对两点间的距离、直线度、圆度等进行计算，并最终输出测量结果。

l 总体设计思路在仪器纵横向滑板上安装读数头，当移动纵横向滑板时，读数头相对金属光栅尺移动，读数头输出的光电信号 ，经系列转换，通过多级细分、辩向，成为逻辑波形，再经计数器，译码器，在数显表上以十进制数字形式显示。

坐标点可以在数显表上以数字形式显示，同时信号输人计算机，通过程序的计算功能，可以对两点问的距离、直线度、圆度等进行计算，将结果在屏幕显示，或经打愈输出，如图 1所示。

/ . Y口口口口口口 计算机X口口口口口口 测量程序- 数显表l圈 1 总体设计示意图2 机械部分的改造机械部分的改造设计是本项目的基础工作，本型号有着结构紧凑，光路封闭的特点，这就对机械改造部分提出了特殊的设计要求。

国产型号的万能工具显微镜纵、横向线纹尺安装在外部，可以很方便的更换光栅尺进行相应的改造。本型号仪器的结构紧凑，所有光路系统封闭在仪器纵横向滑板内部，况且内部空间狭小，给改造工作造成困难。由于本型号仪器结构所限制，只能拆除原来的读数系统。我们所使用的金属光栅尺需要安装在加工好的基板上，这样可以方便调整光栅尺与滑板移动方向平行度和直线度。读数头同样也要安装在加工好的基板上，方便调整与光栅尺的距离和平行度。

我们设计将横向光栅尺安装在原线纹尺的位置，但是原来安装线纹尺的位置因空间狭小无法直接安装光栅尺。为了安装横向光栅尺，我们扩大了原线纹尺位置的空间。纵向光栅尺无法在原线纹尺位置安装，我们设计将光栅尺安装在基座的右侧。在安装位置需将表面漆层刮除，露出金属表面，将纵向滑板的下部铣出足以容纳光栅尺的空间，在检测铣槽平面度后加装金属光栅尺。

机械部分改造完成后，实现了以下三个目的：-是可以方便调整，二是使测量轴线尽量靠近标准轴线的位置，减少阿贝”误差的影响，三是可以不破坏仪器的外观结构。

3 硬件部分x，Y坐标光栅传感器装置分别将万工显”两坐标的机械位移量变为光信号，然后通过读数头输出的四路相位差为 9O。的正弦信号送到数显箱，数显箱将电信号进行整形电路整形后，通过电子细分形成电子脉冲和方向信号，并由计数器记录下来，然后经单片机(8032)处理后输出。-路在数显箱的 LED显示器显示出坐标值。另路信号由采数控制器通过接I：1电路板，应用数据采集软《计量与鼬斌技本》2013年第4o卷第1期件将数显箱中显示的数据由串行通信口(RS232)传送到微机，通过软件的数据处理系统对测量结果进行分析计算和数据文件管理工作，如图2所示。

图 2 硬件结构 示意图4 软件部分软件方面需要解决的问题主要有：Pc机系统(上位机)与万工显数据采集盒(下位机)之间的数据通信。对采集来的数据进行数学建模再处理。

(1)数据通信采集问题。综合比较各种实现方法，决定采用VB语言编写串口通信程序实现数据的采集，-方面 VB语言应用广泛 ，基于Windos可视化环境，可移植性较好；另-方面，在实验室和工业应用中，串口是常用的计算机与外部串行设备之间的数据传输通道，由于串行通信方便易行，所以应用广泛。而且根据不同的条件可以通过 VB语言强大的扩展性实现对串口的灵活编程控制(本项目设计中，所应用的软件开发环境为VB6.0)。

根据项目设计要求，由数据采集盒中单片机进行光栅读数，对数据进行实时采集，所采集数据以串行方式进人主机，以-定时间间隔向主机发送数据，PC机进行串行数据的接受、处理、存储、显示及其他扩展需求。由于本项目设计不要求上位机(PC机)对下位机(数据采集单片机)的控制，所以考虑软件资源的利用效率，可以相对简化串口通信程序的复杂程度，已实现数据传输的高效、稳定，串口数据处理方式见图3。

i1 竺 竺 H 竺! 兰I图3 串口数据处理方式(2)对采集来的数据进行数学建模再处理。

对于采集来的数据的建模处理，采用坐标转换的方式，以仪器的坐标为绝对坐标，采集到的点的坐标为相对坐标，通过两坐标系相对位置的计算与多点定位，实现各种尺寸形状的测量。

坐标转换的问题解决后，便可以确定点的位置，从而进-步计算出点、线、圆、平行度等各种测量量。

此外，程序还可实现测量数据的存储，检定人员的管理，测量报告的整理打印等多种功能。

软件总体框图如下：采样输入设置串口参数(串151号、通讯协议)数据输人数据计算数据查询数据处理委 l囊l l 蓁l 蓁图4 软件总体框图数据文件转换5 结论仪器改造完成后，我们依据《JJG56-2000工具显微镜检定规程》中规定的技术要求对仪器进行了检定。仪器分辨力为 0.1ima，最大示值误差小于2tma，满足规程中对于万能工具显微镜示值误差的技术要求。

对万能工具显微镜进行数字化改造后，提高现有工具显微镜的i贝0量精度和自动化水平，扩展其工程测量能力，减轻人员读数疲劳，提高了劳动效率，达到了预期目的。