1、西安廣播電視大學開放教育機械制造與自動化（機電方向）專業（專科）機電一體化系統綜合實訓學生姓名： 范澍萱 學 號： 1461101451464 指導老師： 萬宏強 分 校： 蓮湖分校 推薦精選時 間：2016年5月20日 推薦精選機電一體化系統綜合實訓表面粗糙度測量計實習一、任務目的與要求1.1目 的1.1.1了解表面粗糙度測量計的組成，建立表面粗糙度測量的概念1.1.2 了解表面粗糙度測量計的機械結構和傳動原理1.1.3學習傳感器的工作原理及其正確接線1.1.4學習各單元之間的通信方法和系統調試1.1.5增強團隊合作精神1.2要 求1.2.1 熟悉機械部分的組成、工作原理1.2.2 繪制機械

2、部分的工作原理圖1.2.3 繪制所研究系統的圖1.2.4了解各模塊控制信號的類型1.2.5熟悉各模塊所用傳感器類型、結構、工作原理、性能和使用1.2.6正確分析傳感器信號與其它傳感器信號的傳送過程二、實習內容及過程1 緒論1.1前言 機械加工中，表面特征的研究是控制機械零件表面質量的重要內容，而表面粗糙度是表面特種的重要技術指標之一。隨著機械加工工藝水平的提高，對零件的表面質量提出了越來越高的要求。無論用何種加工方法加工，在零件表面總會留下凹凸不平的刀痕，出現交錯起伏的峰谷現象，粗加工后的表面用肉眼就可以看到，精加工后的表面用放大鏡或者顯微鏡仍能觀察到，這就是零件加工后的表面粗糙度，過去稱為表

3、面光潔度。國家規定表面粗糙度的參數由高度參數、間距參數和綜合參數組成。推薦精選1.2題目背景和意義表面粗糙度是指加工表面上具有較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。它的大小對零件表面的摩擦磨損、疲勞強度、沖擊強度、耐腐蝕性、接觸剛度和抗震性、配合性質、測量精度和密封行等有很大的影響。粗糙度測量有接觸測量和非接觸測量兩大類方法。觸針式接觸測量粗糙度參數的方法具有精度高，穩定性好的優點。該課題就是針對觸針式測量粗糙度的測量系統進行改造。1.3國內外表面粗糙度測量系統的研制情況表面粗糙度與零件表面功能有著密切的關系，因此人們在很早以前就認識到測量表面粗糙度的重要性。但由于技術工藝水平的落后，最早只

4、能單純的依靠人的視覺和觸覺來估計，即通過目測手觸摸試件與標準樣塊進行比較，隨著生產技術的發展，人們又采用了比較顯微鏡進行比對。這些原始的測量方法只能對表面微觀不平度做出定性的綜合評定。自從1927年德國的施馬爾茨（Schmaltz）發明了用光杠桿進行放大的表面輪廓記錄儀后，人們就一直致力于表面質量的研究，從此開始了對表面粗糙度的數量化描述。近年來，由于計算機技術、電子技術、數據處理能力的提高，研制了許多三維表面微觀形貌測量儀，使得在局部表面上三維評定表面粗糙度成為可行，而且國際上方興未艾。2系統方案選擇與論證2.1設計要求本院實驗室有一臺“221-7”型SORTRONIC的粗糙度輪廓儀，本設計

5、就是在對其研究的基礎上，結合新型粗糙度輪廓儀的發展方向對其進行設計改造。如圖2.1所示推薦精選圖2.1表面粗糙度輪廓儀2.2基本要求要求實現其速度在1mm/s5mm/s可調，測量行程可達20mm，在高度方向上傳感器桿上下可調節100mm2.3最終成果（1）設計出測量系統的電路（2）設計出測控程序（3）實現電機正反轉，調速調節測量行程（4）完成Ra、Rz、Ry的測量（5）完成驅動部分的機械設計2.4測量數據說明1.輪廓的平均算術偏差(Ra)如圖2.2所示，通過零件的表面輪廓作一中線 m ，將一定長度的輪廓分成兩部分，使中線兩側輪廓線與中線之間所包含的面積相等，即 圖2.2輪廓的算術平均偏差輪廓的

6、平均算術偏差值Ra，就是在一定測量長度 l 范圍內，輪廓上各點至中線距離絕對值的平均算術偏差。用算式表示為 2.不平度平均高度(Rz)就是在基本測量長度范圍內，從平行于中線的任意線起，自被測輪廓上五個最高點至五個最低點的平均距離(圖推薦精選2.3)圖2.3不平度平均高度3輪廓最大高度Ry就是在取樣長度內，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。2.5影響表面粗糙度測量儀精度的分析1觸針針尖半徑及觸針角度為使觸針的運動能準確的反映被測表面的實際輪廓曲線，觸針應具有最小的尖端半徑和適當的角度，但尖端半徑過小不但難于加工，而且極易磨損和劃傷被測表面，目前可加工出的針尖半徑為1-2um。2測量力為使觸針運動

7、軌跡符合實際的輪廓曲線，還必須保證觸針與被測表面可靠接觸，為避免劃傷被測表面在保證可靠接觸的前提下，選擇盡量小的測力，并使觸針伸出不同長度時測力的變化也要小。3測量基準線通常形成基準線的辦法有兩種：一種是測量頭的移動方向由一個與被測表面無關的導軌，另一種是采用某種形式的滑塊即所謂導頭，直接將測量頭支乘在被測表面上進行滑動的方式來實現。導頭制造簡單，使用方便，此時觸針的位移是以導頭的移動軌跡為基準線，而導頭的移動軌跡又由它的現狀、位置及被測表面的幾何形狀所決定。常用導頭的形狀為弧型，也有用球面或柱面的，導頭多為一個，裝在觸針前方或后方。推薦精選導頭能減弱波度及表面宏觀幾何形狀偏差對測量的影響，其

8、減弱程度與滑塊曲率半徑有關。導頭端部半徑r應不小于截止波長的50倍，導頭工作表面的微觀不平度10點高度Rz值應不大于0.1um。導頭施加于被測表面上的力，對硬質材料不大于0.5N，對軟質材料應取低些。4測頭移動速度測量頭移動速度過慢，影響測量效率；速度過快，會使觸針產生附加的動測力量，而且有可能在測量過程中使觸針與被測表面脫離。測量頭的移動速度受到臨界頻率的限制。2.6評定表面粗糙度的基本原則1測量方向表面粗糙度的數值，是在垂直于被測表面的法向截面上給定的。若技術文件上沒有注明測量方向，則應按能給出最大表面粗糙度數值的方向上進行測量，即應在垂直于痕跡的方向上進行測量。不能明顯確定被測表面的加工

9、痕跡方向和非切削加工表面，應在幾個不同方向上進行測量，取恰當值作為測量結果。2表面缺陷 在表面粗糙度評定中不應該把表面缺陷，如氣孔、劃痕，溝槽等包含進去，也不應該作為判別表面粗糙度合格與否的指標。3測量部位由于種種因素的影響，同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值不會一樣，因此在測量粗糙度數值時，應在不同部位上測量。2.7測量零件表面粗糙度應注意的問題1 每次測量前，將標準樣塊用稠布蘸酒精擦拭干凈，置于被測表面加工紋路與傳感器測頭滑行方向垂直的工作臺并固定，選擇合適的傳感器，對儀器進行校驗并調整。2將被策零件表面擦拭干凈，置于被測表面加工紋路與傳感器測頭滑行方向相垂直的位置。3將傳感

10、器輕輕放在被測零件表面上，調整傳感器位置，使傳感器桿軸線行于被測零件表面，且使傳感器測頭與被測零件表面垂直。推薦精選4測量時需要判定測量的正確性（可靠性），被測零件的任何局部缺陷，測量時應注意避開。3電路原理圖設計3.1鍵盤控制電路1.鍵盤采用3*3矩陣式鍵盤（如下圖3.1所示）圖3.1鍵盤形式2.鍵盤輸入參數包括9種（1）測量行程S1=Ln1=3mm，S2=Ln2=6mm，S3=Ln3=14mm因為L=取樣長度，L1=0.25、L2=0.8、L3=2.5，評定長度=Ln=5L，通過計算Ln1=0.255再加上兩邊1左右的余量3，Ln2=0.85再加上兩邊1左右的余量6，Ln3=2.55再加上

11、兩邊1左右的余量14。（2）S4：開始測量，S5：測量停止，S6：復位（3）S7：Ra，S8：Rz，S9：Ry3.1.1鍵盤設計需要解決的幾個問題鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統提供操作人員干預命令的接口設備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。前者能自動識別按下的鍵并產生相應的代碼，以并行或串行方式送給CPU。它使用方便，接口簡單，響應速度快，但價格較高。后者則通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快，但它價格便宜，組態靈活，因此得到了廣泛的應用。鍵盤是計算機應用系統中一個重要的組成部分，設計時必須解決以下幾個問題。推薦精選1.按鍵的確認鍵盤實際上是一組按鍵開關的集合，

12、其中每一個按鍵就是一個開關量輸入裝置。鍵的閉合與否，取決于彈性開關的合、斷狀態，反應在電壓上就是呈現出高電平或低電平，若高電平表示斷開，則低電平表明鍵閉合。所以，通過電平狀態（高或低）的檢測，便可確定相應按鍵是否已被按下。在工業控制和智能化儀器系統中，為了縮小整個系統的規模，簡化硬件線路，常常希望設置最少的按鍵卻獲取更多的控制功能。2.重鍵與連擊的處理實際按鍵操作中，若無意中同時或先后按下兩個以上的鍵，系統確認哪個鍵操作是有效的完全是由設計者的意志決定的。如視按下時間最長者為有效鍵，或認為最先按下的鍵為當前按鍵，也可將最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過微機控制系統畢竟是資源有限，交互能力不強，通常

13、總是采用單鍵按下有效，多鍵同時按下無效的原則。3.按鍵防抖動技術鍵盤操作為向系統提供操作人員的干預命令的接口，以其特定的按鍵序列代表著各種確定的操作命令。所以，準確無誤的地辨認每個按鍵的動作及其所處的狀態，是系統能否正常工作的關鍵。多數鍵盤的按鍵均采用機械彈性開關。一個電信號通過機械觸點的斷開、閉合過程，完成高、低電平的切換。由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關的閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動，其波形圖3.2所示。抖動過程的長短由按鍵的機械特性決定，一般為1020ms。圖3.2鍵盤抖動為了使CPU對一次按鍵動作只確認一次，必須排除抖動的影響。可以從硬件和軟件兩方面著手解決。推薦精選（1

14、）硬件防抖動技術通過硬件電路消除按鍵過程中抖動的影響是一種廣為采用的措施。這種做法工作可靠，且節省機時。濾波防抖電路利用RC積分電路對于干擾脈沖的吸收作用，只要選擇好時間常數，就能在按鍵抖動信號通過此濾波電路時，消除抖動的影響。雙穩態防抖電路用兩個與非門構成一個RS觸發器，即可形成雙穩態防抖電路。（1）軟件防抖動方法如前所述，若采用硬件防抖電路，則N個鍵就必須有N個防抖電路。因此，當鍵的個數比較多時，硬件防抖將難以勝任。在這種情況下，先用軟件延時（10ms到20ms），然后再確認該按鍵電平是否仍維持閉合狀態電平。若保持閉合狀態電平，則確認此鍵已按下，從而消除了抖動的影響。3.1.2矩陣鍵盤接口

15、技術矩陣式鍵盤常應用在鍵盤數量比較多的系統中。這種鍵盤由行線和列線組成、按鍵設置在行、列結構的交叉點上，行列線分別連在按鍵開關的兩端。列線通過上拉電阻接至地，以使無鍵按下時列線處于低電平狀態。矩陣鍵盤可分為兩大類，非編碼鍵盤和編碼鍵盤。編碼鍵盤內部設有鍵盤編碼器，被按下鍵的鍵號由編碼器直接給出，同時具有防抖和解決重鍵的功能。非編碼鍵盤通常采用軟件的方法，逐行逐列檢查鍵盤狀態，當發現有鍵按下時用計算或查表的方法得到該鍵的鍵號。鍵盤矩陣與微型機的連接，應用最多的方法是采用I/O接口芯片，有時為簡單起見，也可采用鎖存器。在單片機運行過程中，何時執行鍵盤掃描和處理，可以有以下3種情況（1）隨機方式，每

16、當CPU空閑時執行鍵盤掃描程序。（2）中斷方式，每當有鍵閉合時才向CPU發出中斷請求，中斷響應后執行鍵盤掃描程序。（3）定時方式，每擱一定時間執行一次鍵盤掃描程序，定時可由鍵盤的定時器完成。推薦精選鍵盤處理程序的關鍵是如何識別鍵碼，微型機對鍵盤控制的辦法是“掃描”。根據微型機進行掃描的辦法又可分為程控掃描法和中斷掃描法兩種。1 程控掃描法圖3.1所示為3*3矩陣組成的9鍵盤與單片機接口電路。在圖3.1中在每一個行與列的交叉點上接一個按鍵，故共3*3共9個鍵。為了說明鍵的具體位置，事先按一定順序給每一個鍵編一個號，如圖中，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9，稱其為鍵值。程控掃描

17、法是由程序控制鍵掃描的方法。程控掃描的任務是：（1）首先判斷是否有鍵按下。其方法是使所有的行輸出為高電平，然后從P0端口讀入列值。如果沒有鍵按下，則讀入值為FFH，則不為FFH。（2）去除鍵抖動。若有鍵按下，則延時10ms20ms，再一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認為鍵盤上確實有鍵處于穩定閉合期。（3）若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值。（4）為保證鍵每閉合一次，CPU只做一次處理，程序中需等閉合鍵釋放后才對其進行處理。2中斷掃描法在程控掃描法中，無論有沒有鍵入操作，CPU總要占有一定的時間進行掃描，無疑將占用CPU的大量時間，這對于微型機控制系統和智能化儀器都是很不利的。為了更進一步

18、節省CPU的時間，可采用中斷掃描法。這種方法的實質是，當沒有鍵入操作時，CPU不對鍵盤進行掃描，以節省出大量的時間對系統進行監控和數據處理。一旦鍵盤輸入，則向CPU申請中斷。CPU響應中斷后，即轉到相應的中斷服務程序，對鍵盤進行掃描，以便判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并作相應的處理。推薦精選3.2顯示部分電路圖3.3顯示部分電路3.2.1單片機系統的擴展結構 1.擴展結構(如圖3.4)推薦精選圖3.4圖3.4擴展系統是以單片機為核心進行的,擴展內容包括ROM、RAM和 I/O接口電路等；擴展是通過系統總線進行的，通過總線把各擴展部件連接起來，并進行數據、地址和信號的傳送，要實現擴展首先要構造系統總線

19、。系統總線總線：連接計算機各部件的一組公共信號線。AT89S52使用的是并行總線結構，按其功能通常把系統總線分為三組，即地址總線、數據總線和控制總線。（1）地址總線AB在地址總線上傳送的是地址信號，用于存儲單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向的，地址信號只能由單片機向外送出。 地址總線的數目決定著可直接訪問的存儲單元的數目，例如n位地址可產生2n個連續地址編碼，因此可訪問2n個存儲單元，即通常所說的尋址范圍為2n個地址單元。（2）數據總線(Data Bus,簡寫DB)數據總線用于在單片機與存儲器之間或單片機與I/O端口之間傳送數據。單片機系統數據總線的位數與單片機處理數據的字長一致。例如AT89S52是8位字長，所以數據總線的位