1、濟南大學畢業設計畢業設計題 目 鋼球表面質量檢測系統設計 - 1 -濟南大學畢業設計摘 要 軸承的精確度、運動性能和使用壽命, 在很大的程度上都是取決于其中鋼球的質量的, 所以在鋼球的生產中對成品鋼球的表面缺陷進行檢測是十分重要的。目前, 國內各軸承企業以及鋼球廠家對于鋼球表面質量的檢測大多采用傳統的人工目視的方法，這種方法容易受到檢測工人的技術水平、責任心、勞累程度等不穩定因素的影響, 而且其誤檢和漏檢率高, 同時自動化程度又低。國產鋼球的表面質量檢測技術與國外同級別的相比存在著較大的差距，造成這種差距的原因之一就是鋼球表面質量檢測技術的落后。隨著軸承行業對鋼球表面質量要求的不斷提高,開發一

2、種價格適宜，速度及效率高的鋼球表面質量自動檢測裝置就變得非常重要。 本文中提出的基于光纖傳感技術的鋼球表面缺陷檢測研究是以鋼球表面缺陷為研究對象，研究鋼球表面缺陷的自動檢測技術，目的就是為了解決我國在鋼球表面質量檢測方面自動化程度低，效率低的狀況，開發出具有自己獨立知識產權的鋼球外觀檢測儀。 分析鋼球檢測系統的工作流程，鋼球展開機構的實現方法，經緯展開運動軌跡的分析，展開輪的機構及工作原理。基于調制技術和鎖相放大技術，分析并設計了鋼球表面缺陷信號處理系統，包括激光激勵驅動電路、窄帶濾波電路、相敏檢波電路、移相電路、除法運算電路；采用的是c8051f020單片機用來進行信號采集及處理，包括其電源

3、電路、外部晶振電路、復位電路、串口通訊、jtag接口電路、鍵盤及顯示。關鍵詞：鋼球；表面缺陷；系統設計；展開機構 abstract to a large extent,the accuracy, sports performance and service life of bearing, which depend on the quality of the ball in bearings. therefore,detecting the surface defects of the finished ball is really important in the production of

4、 steel balls.currently, for testing the surface quality of the ball,domestic enterprises and ball bearing manufacturers who almost used traditional methods of artificial visual ,in which way is easily affected by the level of detection technology workers, responsibility, fatigue degree of instabilit

5、y, and its high rate of false positives and missed, the low degree of automation.compared the detection technology of surface quality of ball with foreign countries,there is a big gap made in china, causing one of the reasons for this disparity is that the detection technology of surface quality of

6、ball behind.with the continuously requirements of improving the surface quality of the ball in bearing industry ,which becomes very important is developing an affordable, high speed and efficiency, automatic detection device of surface quality of the ball. ball surface defect detection based on opti

7、cal fiber sensing technology research presented in this paper is based on the ball surface defects as the research object, the ball surface defect automatic detection technology, the purpose is to resolve the degree of automation of the ball surface quality detection low, low efficiency situation, d

8、eveloped with its own independent intellectual property rights of the ball appearance detector.analyzing the workflow of the ball detection system, implementation of the ball deployment mechanism,analyzing the trajectory of expansion depends on latitude and longitude. analyzed and designed signal pr

9、ocessing system of ball surface defects based on modulation and lock-in amplification technology ,which included the laser excitation drive circuit, the narrowband filter circuit, the phase-sensitive detection circuit, the phase shifting circuit, the division circuit；c8051f020scm is used for signal

10、acquisition and processing，which included the power supply circuit,an external crystal oscillator circuit, reset circuit, serial communications, jtag interface circuit, keyboard and display.key words：ball;surface defects;system design;expansion mechanism 目 錄摘要. .iabstract ii1 前言.11.1研究背景及意義.11.2 國內外

11、鋼球表面質量檢測裝置的研究現狀.21.3設計內容.32 鋼球表面展開機構分析及設計.42.1 鋼球展開機構的實現方法42.2 經緯展開運動軌跡分析.52.3 展開輪結構及工作原理.52.4展開輪的設計.73 信號處理系統分析及設計.93.1 調制光源激勵電路103.2 光電轉換及前置放大電路.113.3帶通濾波電路.123.4 鎖相放大電路.123.4.1 相敏檢波電路.133.4.2 低通濾波電路.133.4.3移相電路.143.5 除法運算電路.143.6 數據的采集與處理.153.6.1電源電路.163.6.2 外部晶振電路.163.6.3復位電路.163.6.4串口通訊.173.6.5

12、 jtag接口電路.183.6.6鍵盤及顯示.184 結論.20參考文獻.21致謝.22- iii -1 前言1.1 研究背景及意義球軸承是一種基本的組成部分，在機械行業中是非常重要的，球的滾動軸承，在其運動精度的質量起著決定性的作用，球軸承的壽命，性能等，表面缺陷對鋼球表面質量缺陷的影響是明顯的，因為球會引起軸承振動的脈沖式，球軸承的比較中的噪聲和振動的旋轉時產生的大，軸承轉速和振動脈沖周期成反比，球軸承振動的幅度與鋼球外貌缺陷的尺寸相關，鋼球表面缺陷越大，球軸承的振動幅度就越大。根據統計數據可以知道：在各種各樣的球軸承的失效形式中，由于故障所造成的表面缺陷的鋼鐵高達80%。因此說要想使得球

13、軸承質量提高，減少鋼球表面缺陷是非常重要的。跟著鋼球行業制造工藝水平的不斷提高，在一定程度上，鋼球外貌缺陷的數目和品種有了較好的控制，但為了保證鋼球表面質量不能全球企業只有提高加工工藝的實現，保證鋼球表面質量的最可行的或通過質量測試環節來實現的，因此在鋼球行業中，鋼球表面質量檢測的研究一直是作為一個重要的研究方向。 在通過幾十年的成長進程以后，我國的鋼球制造業，顯然成為鋼球的制造大國，但還不是鋼球的制造強國，與國外同級別的相比國產鋼球表面質量仍舊有較大的差異。依據對海內軸承行業進行了不完全的統計以后，了解到由于鋼球表面損壞而造成球軸承不能使用的比例高達77，而在國外僅為35，因此國內還需大量進

14、口很多高品質鋼球及軸承。鋼球檢測技術的落伍是造就這類差距的重要原因之一：在國外的不少發達國家已經廣泛的使用鋼球表面質量自動檢測儀器，而在國內眾多廠家現在對鋼球表面缺陷進行檢測還只是普遍采用傳統的目測法，由于人的眼睛很容易疲勞在日光燈下長時間觀察光潔度很高的鋼球，不僅誤檢率及漏檢率很高，而且對人眼的健康損傷很大。就現況來看，對球軸承的質量要求也越來越嚴格，在對可靠性要求高的行業以及重載荷、高速度、危險系數高的場合，球軸承需要達到無缺陷標準的要求，最基本的使用條件就是鋼球全面檢查，這就使國內鋼球產品在國外同類高品質產品顯得較弱，也促使這類檢測設備必須要被國內鋼球生產廠家進口，該設備沒有被廣泛介紹，

15、因為其價格昂貴，而且維修不便。可以說是制約中國鋼滾珠和軸承行業是球質量檢測技術落后的發展的重要因素，關鍵是要發展一種鋼球表面質量檢測設備，它不僅是一個價格適中，效率高。為了解決我國在鋼球表面質量檢測方面自動化程度低、效率低的現狀，打破國外檢測設備的壟斷，提高國內鋼球的國際市場競爭力，就要開發出一種鋼球表面質量檢測設備，它是基于光纖傳感技術，具有自己獨立知識產權的。1.2 國內外鋼球表面檢測裝置的研究現狀在鋼球表面質量檢測裝置的研究方面，國外起步得較早，目前已經有很多商品化的儀器。但由于這些儀器一般都是較高的價格，所以難以在國內進行推廣使用。與國外相比，國內還主要停留在檢測鋼球的整體原理或展開方

16、法某一方面的探索階段，目前還沒有針對鋼球表面缺陷無損自動化檢測技術進行真正的系統研究。 （1） 國外相關儀器研制 在鋼球表面質量檢測儀器方面，進行過相關儀器設備的開發研究的有前蘇聯、美國、英國、瑞典、德國、日本、捷克等國家，其中捷克somet公司生產的 aviko 系列鋼球表面自動檢測儀的應用效果可以算是最好的，該產品已成為世界的專利產品，其可對鋼球的表面缺陷進行全面檢測。該產品結構緊湊、操作方便、檢測效率高，同時又可以把各種表面缺陷進行分類統計，形成信息化，因此它也是得到最成功應用的產品。其次是日本大旺鋼球株式會社生產的鋼球表面質量自動檢測儀。aviko 系統鋼球表面自動檢測儀的檢測原理為通

17、過光電、振動和渦流傳感器聯合進行檢測，其由四大部分組成：傳感器的檢測系統、鋼球表面展開系統、信號處理和控制系統和自動送料和執行系統。鋼球表面展開系統是整個機械系統的核心，它是為了確保鋼球的整個表面在受檢過程中都能夠被檢測到而設計的裝置。傳感器部分的作用是進行鋼球表面缺陷的識別，并將識別的結果傳送到控制器中，然后進行合格品和不合格品得分類。aviko 系列產品由于其價格昂貴，核心技術相對封鎖，而且不易維護，檢測成本又很高，所以只能用于檢測部分要求很高的產品。在這個設備中的展開輪是易損件，每檢測1萬粒左右的鋼球就得更換一次展開輪，但是每個展開輪的價格及其昂貴，并且只能從國外進口引用，檢測的成本就顯

18、著增加了，因此國內將此類機器多用于檢測航天、國防等所需的高精度鋼球方面，從而使得大多數時間檢測設備都處于閑置狀態。 日本的大旺鋼球表面缺陷自動檢測機，它是通過非接觸式光學探傷方式來檢測鋼球表面缺陷及其表面粗糙度的，依靠33個傳感器對球面進行全面檢測，這種方式不會產生誤檢，而且產品的質量也很容易保證。機器的檢測原理：接受光照射位置相對于工件的旋轉變換的傳感器，傳感器會慢慢改變反射光的捕獲，繼而通過集成電路來判斷鋼球質量的優劣，并將鋼球進行自動振動使其隔開。該儀器是最大的優勢是，它可以測試成品鋼的球，因為測試可以在注入條件做了。其缺點是成本過高，而且由于檢測方式是點掃描的方式，所以其效率較低。 （

19、2）國內研究現狀 對于鋼球檢測原理和方法的研究，我國開始于1958年，然后由重慶大學、洛陽軸承研究所、南京光學儀器廠、哈爾濱軸承廠、瓦房店軸承廠等單位進行了更系統的探索和研究。近些年來，國內研制的鋼球表面缺陷檢測儀器大都是采用了渦流檢測技術、光電檢測與ccd圖像處理技術以及光電檢測技術等技術。其中渦流檢測技術在對鋼球裂紋的檢測方面靈敏度較高，但對其它缺陷檢測方面靈敏度就相對較低；而光電檢測與ccd圖像處理對鋼球裂紋的檢測方面其靈敏度又較低。因此，在鋼球市場亟待解決的問題是研究出能夠適應鋼球多種缺陷的檢測，而且靈敏度又相對較高的鋼球表面缺陷自動化檢測設備。1.3 設計內容光纖傳感檢測技術是一種新

20、式的傳感技術，它是在光導纖維及光纖通信技術的發展基礎上而迅速成長起來的，它是以光為載體，光纖為介質，感知和傳輸外界信號的。與傳統檢測技術相比，光纖傳感檢測技術具備靈敏度高、響應速度快、動態局限大、抗電磁干擾等優點。基于當前國內外鋼球外貌缺陷檢測方式的研究，聯系企業生產的現實情況，在此將基于光纖傳感檢測技術用來檢測鋼球的表面缺陷，其設計內容包含以下： （1）分析鋼球表面檢測機械系統的工作流程，鋼球展開機構的實現方法，經緯展開運動軌跡的分析，展開輪的結構及工作原理，展開輪的設計。（2） 為了削弱鋼球外貌缺陷檢測體系大概存在的噪聲，使用基于調制技術和鎖相放大技術，分析并設計鋼球表面缺陷信號處理系統，

21、其中包含調制光源激勵電路，光電轉換及前置放大電路，帶通濾波電路，相敏檢波及低通濾波電路，移相電路，除法運算電路，信號的采集及處理電路等。2 鋼球表面展開機構分析及設計 鋼球外貌檢測機械系統大致能夠分為進球、展開和分選三個部分的工作流程。鋼球表面質量檢測機械系統的工作流程如圖2.1所示，其中最為關鍵的是鋼球表面展開機構部分。圖2.1. 鋼球表面質量檢測機械系統工作流程2.1 鋼球展開機構的實現方式對于鋼球表面進行展開，這里選用的是單驅動經緯的展開方法，如圖2.2所示。由于展開輪的作用，在驅動輪帶動鋼球做定向高速轉動的時候，在與轉軸垂直的方向鋼球會受到拔動，這將會使鋼球表面得以展開。那么經過一定的

22、時間間隔，展開機構底部的探測區域使得鋼球表面上的每一點都能夠被通過，從而鋼球就可以得到全面的展開。圖2.2 單驅動經緯展開機構2.2 經緯展開運動軌跡分析做個設想，激光掃描經線是由西邊往東邊鋪滿整個鋼球表面的，激光掃描斑點開始移動于沿著經度為l的經線，從南極點往北極點，穿越北極點后再沿著l+n經線運動，從而鋼球表面的完全展開就能被實現，然而這種方式是步進形式的運動，換句話說，每當激光掃描完一條經線，鋼球就要沿著緯線旋轉一定角度，這將會造成不連續的進給運動，此方式比較難實現。圖2.3 經緯展開軌跡示意圖為了保持連續的進給運動，那么進行掃描的時候就不能只完全沿著經線。如圖2.3所示：激光掃描斑點開

23、始移動于沿著經度為l的經線，從南極點出發，當經過赤道的時候，掃描斑點已經偏移到經線l和l+n的中間位置，掃描斑點在到達北極點的時候其運動方向向量正好與l+n經線相切，穿越到北極點后，其運動方向向量正好與l+n180的經線相切，然后再穿過赤道，沿著l+2n180經線到達南極點，如此循環，最終將實現鋼球表面的完全展開。2.3 展開輪結構及工作原理 在展開輪機構中，它的運動件包括展開輪、被測鋼球和主動輪。展開輪的結構如圖2.4所示。圖2.4 展開輪結構 其中a、b分別為鋼球與展開輪的接觸點，oa、ob分別為展開輪的瞬時母線，oa垂直于ob(即展開輪的兩個側面夾角保持固定的90度)，ab的連線與轉動軸

24、的夾角為a。隨著展開輪的繞著轉軸的轉動，oa、ob將會產生偏轉，即展開輪側面發生偏轉，這會使得兩個接觸點ab的連線與展開輪轉動軸之間的夾角a發生改變，a又為時間的正弦函數，它可以表示為： （2-1）接觸點a和b的瞬時速度分別表示為： （2-2） （2-3）相對鋼球旋轉軸，作為展開輪，它的的角速度分別表示為： （2-4） （2-5） 當t=0，則展開輪與鋼球的旋轉軸二者是平行的，即a等于0，wa=wb。隨著t的增大，使得a增大，a大于0，wa大于wb，鋼球旋轉軸將逐漸發生傾斜，最終其到達最大極值的傾斜角度，然后傾斜角a開始減小，直到到達反向的平衡位置，a=0，wa=wb；接著反向傾斜，a小于0，

25、wa小于wb，最終其到達最大極值得傾斜角度，繼而傾斜角度將會漸漸地減小，最終回到原來的正向初始位置，這樣地往復運動。在鋼球檢測中a轉動一周存在的變化范圍，展開輪的兩個側面為非對稱的v型錐面就是由于這種夾角的變化而形成的，展開輪兩側與鋼球的接觸線分別為余弦和正弦曲線。有了這種特殊的結構，在展開輪的作用下，被檢測鋼球既做正旋轉運動，又做側旋轉運動，從而實現鋼球的全面展開。2.4 展開輪的設計 如圖2.5所示，為鋼球表面展開機構的機械圖。圖2.5 鋼球表面展開機構 從圖中可以看出，鋼球表面展開機構中有驅動輪、展開輪、壓緊輪、激光器、振動傳感器，壓緊輪支架，激光器支架及底座，展開輪支架，機器支架，還有

26、很多的螺釘、螺栓和螺母。圖2.6為展開輪的結構。圖2.6 展開輪圖2.7 為激光器的支架及底座。圖2.7（a） 激光器側向支架圖2.7（b） 激光器底座3 信號處理系統分析及設計 在鋼球檢測系統中，鋼球支撐件以及傳感器周期性微弱振動對信號的影響非常大，這會使信號很容易被這種環境噪聲所淹沒，導致光電轉換后的測量信號信噪比非常小，因此說僅僅對信號進行前置放大是遠遠不夠的，必須采取微弱光電信號處理方法來增強信號，減弱噪聲，改善信噪比。常用的改善信噪比方法有：取樣積分技術、光子計數技術、鎖相放大技術。其中鎖相放大技術，處理電路比較簡單，它只對被測信號與參考信號相同頻率相同相位的信號分量有響應，可以很大

27、程度上抑制無用的噪聲，提高信噪比。本節將利用鎖相放大技術設計來鋼球表面缺陷信號處理系統。 為了實現鎖相放大，必須對光源發出的光進行斬光或者調制，因此與靜態試驗中使用的恒功率驅動不同，本論文設計的光源發出的是脈沖光，通過發射光纖照射到被測鋼球表面(調制區)，反射后，表面形貌(紋理粗糙程度等因素)引起光的強度幅值發生變化，從而將此脈沖光變成了被調制的信號光并被探測器接收，接下來只要對此信號進行解調就可以獲得與表面形貌相對應的信號。這樣就將信號由低頻范圍遷移到設定的高頻范圍，從而避開低頻噪聲的不利影響，檢測系統也就變為交流系統，接下來就可以利用鎖相放大技術對其進行檢測。 信號處理系統總體方案如圖3.

28、1所示，激勵光源調制電路可以產生固定頻率的方波，將此方波作為系統的載波信號，通過驅動電路提供足夠大的電流，驅動光源發出穩定的脈沖光進入發射光纖。三個相同的pin光電探測器分別接收三路光信號由接收光纖束發出出的，轉換為微弱電壓信號再經過前置放大后。在各自的鎖相放大器中，三路信號分別經過濾交流放大、帶通濾波、相敏檢波、低通濾波后，再通過一個除法器將其中的兩路信號得到兩路信號的比值，然后和第三路信號共同送到cpu中進行采集及處理。 圖3.1 鋼球表面質量檢測信號處理系統總框圖3.1 調制光源激勵電路 調制光源激勵電路是用來為光電管提供一個100khz的矩形方波信號的，此信號一方面可以作為光源的激勵信

29、號，最終被轉換為脈沖信號從而作為載波信號；另一方面是作為后面相敏檢波的參考信號。在此選用ne555時基集成芯片，用它組成的脈沖振蕩電路，占空比是可調的。如圖3.2所示，ne555芯片3腳為輸出端，輸出電流大約20ma左右，此電流不能直接驅動發光二極管，因此必須要加入驅動級或者功放級。在這里選用的是門驅動電路75451來實現的，通過驅動級后，能夠獲得的輸出電流大概為100ma，而后再接入發光部件，經由改變電位器r100，進而就可以改變發光的強弱。此處所用的發光部件是采用惠普公司的hfbr-15x7發光模塊，其內部含有一個波長650nmled。圖3.2 調制光源激勵電路3.2 光電轉換及前置放大電

30、路相對與發光模塊，選用的是惠普公司的hfbr-25x6接收模塊作為光電轉換器件，在內部，有跨阻前置放大電路和一個pin光電二極管。能夠將接收到的光信號經過hfbr-25x6接收模塊改變為模擬電壓信號，繼而此模擬電壓信號再通過選用t型反饋網絡的反相比例放大電路。選用t型反饋網絡，是為了代替反向比例放大電路的，避免大阻值電阻穩定性差帶來放大比例不穩。其等效阻值為： （3-1） 放大比例為： （3-2） 電路圖如圖3.3所示。圖3.3 光電轉換及前置放大電路3.3 帶通濾波電路相對噪聲的功率譜密度，有效信號的功率譜密度較窄，而帶通濾波器只會讓一部分噪聲經過，于是說噪聲濾波器能夠在一定程度上優化信噪比

31、。其電路圖如圖3.4所示：圖3.4 帶通濾波電路3.4 鎖相放大電路 鎖相放大技術是基于互相關原理的一種微弱信號檢測技術，鎖相放大器由輸入信號通道，參考信號通道以及相敏檢波三部分組成。輸入信號通道首先對初始信號進行初步的選頻放大和窄帶濾波，參考信號通道通過移相和鎖相提供與輸入信號相同頻率和相同相位的參考信號，然后由乘法器實現輸入信號和參考信號的相乘，得到兩者的和頻等差，經過低通濾波器后得到與輸入信號幅值正相關的直流輸出信號。3.4.1 相敏檢波電路 鎖相放大技術的核心部分就是相敏檢波電路，它的作用是實現參考信號和輸入信號的相乘運算。在此選用集成芯片ad630，它是一種高精度平衡調制解調器，利用

32、它組建了開關型相敏檢波器。它由運算放大器，比較器，和積分放大器等幾個部分構成。在采用其組建的開關型相敏檢波器中，管腳9接參考方波信號方波，它與恒定電壓（接在管腳10）做比較，為了控制電子驅動開關c。當參考信號電平高，電子驅動開關c連接x(t)；當參考信號電平低，電子驅動開關c連接-x(t)，從而完成了輸入信號x(t)與參考方波信號r(t)的乘法運算。其電路圖如圖3.5所示。圖3.5 相敏檢測及低通濾波電路3.4.2 低通濾波電路 低通濾波電路選用了二階壓控電壓源低通濾波電路，它是由rc濾波電路與同相比例放大電路所構成的，將負反饋加在反相輸入端，正反饋加在同相輸入端入。當信號是直流，cl趨于無窮

33、大；信號頻率越大，c2電抗越小，up(s)就越小，于是能夠確保當時，增大電壓的放大倍數值，又不會由于正反饋過強而引發自激振蕩。其電路圖如圖3.5所示。3.4.3 移相電路 移相電路是鎖相放大技術關鍵電路之一，它的作用是改變參考信號(方波信號)的相位，由于輸入的信號與參考信號雖然具有相同頻率但存在一定相位差時，輸出信號的大小與相位差隨相位差的余弦而變化，通過移相電路進行相位調整呵以讓輸出信號達到最大。其電路圖如圖3.6所示。圖3.6 移相電路 此處選用的是鎖相環集成芯片cd4046，由它構成連續可調的移相電路，其結構相對比較簡單，只需要兩個運算放大器及少量的外圍器件。它的工作原理是：在鎖相環的環

34、路濾波器輸出上疊加一個外加的控制電壓，再作用于壓控振蕩器上，得到輸出信號，在環路鎖定的情況下，改變控制電壓，可以使得輸入/輸出信號的相移與控制電壓成線性關系。3.5 除法運算電路經過鎖相放大以后，能夠獲得三路直流信號，在這里將其中的兩路送入除法器中完成雙光纖補償法，得到最后的信號。在此采用芯片ad534，這是一個高速，低成本的放大器和tl074ac優良的直流參數的優化，它是一四型低噪聲輸入通用運算放大器，從而構成一個分頻電路，如圖3.7所示： 圖3.7 除法運算電路圖中的第一環通過相敏檢波和低通濾波后的信號，連接芯片x1；sc2為第二圈通過相敏檢波及低通濾波后的信號，與芯片z1管腳連接。該ad

35、534芯片的y2輸入管腳與輸出管腳相連，輸出信號將滿足以下關系： （3-3）然后接地z2/x2，輸出信號為： （3-4）為了實現兩路信號的除法運算，實現輸出信號幅度的調整可以使用y1引腳外接可調電壓，信號從輸出引腳通過隨后的擴增可作為cpu的輸入信號。3.6 數據的采集與處理 在此選用cygnal公司的c8051f020系統級單片機 ，它含有一個12位的a/d轉換器和一個8位的a/d轉換器和一個雙12位的d/a轉換器，8個i/o端口共64根i/o線，4352b的ram，5個16位的通用定時器。c8051f020還支持時鐘。經過除法電路后的信號以及第三圈光纖經過相敏檢波及低通濾波之后的信號，需要

36、通過cpu上的寄存器通道ain0.0和ain0.1把信號傳入cpu，以供cpu進行a/d轉換處理。3.6.1 電源電路如圖3.8所示。 圖3.8 電源電路3.6.2 外部晶振電路 c8051f020單片機有一個里面振蕩器和一個外部振蕩器驅動電路，每個驅動電路都能夠形成系統時鐘。外部晶振必需一個外部諧振器或者并行形式的晶振或電容或rc網絡，連接到xtal1和xtal2之間。兩引腳不耐+5v電壓，電壓應保持在av+與agnd之間。如圖3.9所示。 圖3.9 外部晶振電路 3.6.3 復位電路 如圖3.10所示。圖3.10 復位電路3.6.4 串口通訊 單片機的串口是ttl電平，所以在實際應用時，需

37、要將ttl電平轉換成rs232電平。選定的max232acpe芯片，+5v電源電壓，額外的電源供應的需要，除了該芯片包含兩個輸入輸出，但這里只有一條路。電路圖如圖3.11所示。 圖3.11 rs232串口通訊接口電路 3.6.5 jtag接口電路 c8051f020單片機具備片內jtag邊界掃描和調試電路，4引腳的jtag接口和使用產品的裝置安裝在最終應用系統可以調試系統的非侵入性，全速。jtag接口4腳為：tms、tck、tdi和tdo，它們表示測試模式、測試時鐘、測試數據輸入和測試數據輸出。其接口電路如圖3.12所示。圖3.12 jtag 接口電路3.6.6 鍵盤及顯示 在此用四位一體的共

38、陽級數碼管作為顯示，通過并行的4路開關來控制。采用74hc138解碼作為4輸出多路復用器，未使用的使能端必須在他們的相應的高電平或低有效狀態。如圖3.13所示。圖3.13 鍵盤及顯示 4. 結 論 （1）鋼球表面檢測機械系統的工作流程大體可以分為進球，展開及分選三大部分，其中鋼球的展開機構是最為重要的步驟，在此主要是對鋼球的展開機構進行了分析研究：鋼球展開機構的實現方法，采用了單驅動經緯展開方式；經緯展開運動軌跡的分析，用激光束進行掃描，掃描點在水平方向做擺動，同時又在垂直方向上做旋轉運動；分析了展開輪的結構以及工作原理，展開機構的運動件包括展開輪、被測鋼球以及主動輪，展開輪的兩側面為非對稱分

39、布，從而使得被測鋼球的運動包絡成橢圓錐面；展開輪兩側面的加工原理，用圓臺形砂輪來代替被測鋼球，實現展開輪兩側面的加工, 就可以轉變到設計砂輪形狀以及實現其主運動與擺動的運動機構上。 （2）在此利用基于調制技術和鎖相放大技術，分析并設計了鋼球表面缺陷信號處理系統，其中包括激勵光源驅動電路，光電轉換及前置放大電路，窄帶濾波電路，相敏檢波電路及低通濾波電路，移相電路，除法運算電路，還有利用c8051f020單片機進行數據的采集及處理，設計了電源電路、外部晶振電路、復位電路、串口通訊、jtag接口電路、鍵盤及顯示等。通過鎖相放大技術，可以大大提高信噪比，從而消除掉由于展開機構的振動等因素而產生的噪聲，

40、進而能夠實現鋼球表面缺陷的自動檢測。參 考 文 獻1 yue yang, kazuo yamazaki, hideki aoyama, sadayuki matsumiya.fiber optic surface topography measurement sensor and its design studyj.precision engineering ,2000,24 : 32402 s. binua, v.p. mahadevan pillai, n. chandrasekaran. fiber optic displacement sensor for the measurement of amplitude and frequency of vibrationj.optics & laser technology , 2007,39 :153715433劉橋方，嚴楓我國軸承制造技術的現狀及其發展趨勢j軸承，2005(6)：42-454中國鋼球網信息中心我國鋼球制造技術現狀與展望dhttp：/china.tooclecorn/cbna/item/20081017/3945818html,20085楊欣，胡景姝. plc在鋼球表面檢測系統中的應用d.一重技術，計算機