基于51单片机的轮辋跳动量检测系统

张凤娟，谢 彪

无锡科技职业学院尚德光伏学院，江苏无锡 214028

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，汽车已经越来越多地进入家庭，我国也已经成为全球汽车产业发展最快的国家。轮辋是组成汽车的主要部件之一，轮辋质量的好坏，会直接影响到汽车的整体质量。因此轮辋跳动量自动检测装置具有一定的研究意义。

当前，全世界只有欧美等少数国家具备轮辋自动检测装置[1]，且主要用于对高档轿车车轮的检测，但所需设备造价高昂。而国内车轮行业内，特别是在广大的中小企业中至今还没有统一检测轮辋跳动量的装置，目前我国轮辋生产厂家的检测主要有接触式测量法和非接触式测量法两种[2-4]，但都存在一定的缺陷。本系统涉及一种轮辋跳动量的检测装置，其可对轮辋的径向及辐向的跳动量进行较精确的测量，对跳动量的大小进行判断，并通过LED进行显示，当超过设定的数值时发出声光报警信号，具有较强的数据处理与分析能力；软件上设计了上位机的通信模块，所以可以与计算机进行联接，便于数据的存储与加工。此系统在车轮制造行业中具有很好的应用前景。

1 系统构成及硬件部分

1.1 系统构成

系统主要包括步进驱动、数据监测、信号编码、单片机系统、数据处理和显示输出等部分，系统框图如图1所示。该装置将测头与被测端面充分接触，由步进电机带动轮辋依次转过一定角度，并将每次的端面跳动量通过测杆、齿条、齿轮从而带动高精度编码器转动，所获得的数据经单片机经一定的算法处理后即为被测轮辋的径向、轴向跳动数值，所得参数可通过与设定参数对比，以判定产品合格与否，亦可通过上传至上位机，将所测得的数据绘制出相应的曲线或以文件形式进行存储。

图1 系统框图

1.2 数据检测与信号编码

数据监测部分包括齿条、测杆、复位弹簧、侧头和滚轮等部分，与旋转编码器相连。齿轮齿条机构位于测杆的中部，齿轮齿条机构包括位于测杆上的齿条，齿条与旋转编码器的齿轮相啮合，齿轮安装于旋转编码器的编码器轴上；通过齿轮与齿条间的相互啮合，能够将测杆的直线运动转化为旋转编码器轴的转动，使旋转编码器输出相应的检测信号，能够得到相应的检测结果。

测杆对应于设置测头的另一端设有压紧弹簧，压紧弹簧套在测杆上，且压紧弹簧的两端分别与测杆上的两个定位块相接触当轮辋跳动量检测装置安装于相应的检测夹具上时，能够通过压紧弹簧使侧头的测量头滚轮能够保持与轮辋的滚动接触。

旋转编码器采用位以上的绝对式旋转编码器，通过检测部分的齿条带动齿轮从而使编码器输出一定的编码信号，由于使用的是绝对式编码器，无需校准。齿轮直径为13mm，以目前市场上使用较多的日本多摩川编码器为例，其单圈编码器精度可达20位，若选用精度为12位，故可达212=4096线，故分辨率可达π.R/212，约为0.01mm，完全可以满足轮辋的测量精度要求。

1.3 系统结构及工作过程

轮辋通过轮辋夹具安装于步进驱动平台上，步进驱动平台对应于设置轮辋的另一侧设有步进电机，步进电机的输出轴与步进驱动平台相连，步进电机能够驱动步进驱动平台转动，从而使轮辋跟随步进驱动平台转动。轮辋跳动量检测装置通过检查夹具安装定位，且轮辋跳动量检测装置的测量头滚轮与轮辋滚动接触。当被测钢圈轮辋转动跟随步进电机转动一定角度时，由于轮辋表面的凸凹不平，测量头滚轮驱动测杆直线运动，从而驱动旋转编码器的编码器轴转动，输出一定的编码信息，形成对轮辋跳动量的检测。

为了使步进电机能够驱动步进驱动平台，控制器通过步进驱动模块与步进电机相连，控制器可以采用单片机，从而形成单片机系统；旋转编码器与单片机系统相连后，形成图1中的数据检测模块及信号编码模块。单片机系统还分别与数据处理模块及上位机通讯模块相连，单片机系统的输出端与显示输出模块相连。单片机系统通过上位机通讯模块能够实现与上位机的通讯。显示输出模块可以采用LED模块显示输出检测量及计算数值。

2 软件设计

系统的软件设计采用模块化设计方法。在定时中断中处理任务，从而使得单片机CPU的利用率得到很大提高。主程序中单片机处于低功耗睡眠状态，由看门狗定时中断函数负责数据采集及控制电机转向。

图2 装置测量流程图

3 结论

本文描述了一种轮辋跳动量检测系统的软、硬件设计。通过调试证明了系统的可行性，本系统能有效地对轮辋的径向及辐向的跳动量进行较精确的测量，测量头滚轮与轮辋通过滚动接触测量，所以抗干扰能力强，易于实现，避免了非接触测量中铁屑、毛刺及不同材质等因素的干扰，可广泛应用于铁圈、铝圈等几乎所有材料的轮辋跳动测量；滚动接触测量时，接触面大，摩擦小，可有效减小误差；轮辋转动检测时通过步进电机驱动工作可靠，精度高，实时性好。旋转编码器使用高精度绝对式光电编码器；测量精度高，反应速度迅速，而且容易实现批量化制造，精度也可以得到保证。

[1]Advantech Co.,Ltd.PLC-818 user's manual[Z]，2003.

[2]袁海兵.在线式汽车轮辋跳动检测机的设计[J].测控技术，2011(11)：68-69.

[3]李国忠.浅析影响汽车轮毂跳动的几个因素[J].组合机床与自动化加工技术，2007(5)：35-37.

[4]孙慧平，余红娟，徐新民.智能型铝轮精密检测机检测误差分析及误差分离与补偿技术的研究[J].机床与液压，2005(10)：129-132.

[5]Advantech Co.,Ltd.PLC-818 user's manual[Z]，2003.