基于工控机控制的轮对数控车床检测装置.docx

基于工控机控制的轮对数控车床检测装置wangtao导语：轮对数控车床检测装置是用于车辆轮对外形几何尺寸在镟修前后的检测。目前，车辆轮对在镟修前后的检测主要是靠传统的手工尺进展检测，然后将检测的数据手动输入数控车床系统进展车辆轮对镟修，且数控车床的对刀需靠操作工手动进展，不能实现自动对刀。由于传统方式检测方法落后，测量精度低，操作不够便捷，不适应当代化车辆轮对的加工及信息的管理与维护。为此，我们研制了一套与轮对数控车床配套的非接触式检测装置。该装置是集光学、精细机械、电控技术、数据处理、计算机技术于一体的高技术精细检测装置。采用完全非接触测量方式，实现数控车床在镟修前后对车辆轮对的在线检测，并将检测数据经工控机交融处理后传递给数控车床，以指导数控车床自动对刀，自动对车辆轮对的镟修，保证车辆轮对机械加工的外形几何尺寸及加工精度。1、各需测参数分布需要检测的车辆轮对几何尺寸参数及其分布如图1所示。轮缘高度Sh，轮饼直径D，轮缘厚度Sd，轮辋宽W，轮辋内侧面到数控车床参考零点的间隔Ri。重复测量的平均值误差小于±0.1mm。由于各车辆轮对的轮饼直径尺寸大小不一，故确定测量方法尤为重要。根据对轮对的分析及轮对数控车床镟修的特点，以选择数控车床高精度顶尖顶紧轮对轴中心孔时作为检测轮对的定位基准，通过此基准可以确定如图1所示的理论中心轴线进而得到基于此理论中心轴线及数控车床参考零点的标定值然后经过将标定值与各测量值进展交融处理换算得到所需的车辆轮对几何参数值。得到车辆轮对的几何尺寸参数后，工控机与数控车床的PLC之间进展串口通信，将数控车床镟修轮对时所需的所有参数传送给数控系统，数控系统便可根据接收到的参数实现自动镟修轮对。2、系统的根本组成及测量控制方式该检测装置主要包括测量与控制系统、数据收集系统、计算机处理系统等。根本构造如图2所示。2.1测量与控制系统测量与控制系统是检测装置的核心局部，主要包括测位传感器、测量操作控制面板。测位传感器包括激光传感器、涡流传感器及编码器。激光传感器采用检测范围为60140mm，分辨率为0.01mm的PSD型位移传感器；涡流传感器采用工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰才能强、非接触测量、响应速度快的电压型位移传感器；编码器采用11位绝对式编码器，进步对现场环境的抗干扰才能。另外，在安装激光传感器时为防止复杂的轮对外外表对测量的不良影响，让激光传感器倾斜一定角度，使其轮对反射面的反射角变小，尽量让漫反射光进入到接收器中，根本知足接收传感器对光通量的要求，这样可以大大进步测量精度和可靠性。控制系统主要由测量操作控制面板与PLC控制系统组成，采用两者相结合的方式控制数控车床二维滑台运动，带动各传感器进展数据扫描，并将扫描的数据传输给数据收集系统。测量操作控制面板采用AT89C51单片机作为处理器，将各种操作信息通过PCI型I/O数据收集卡传入工控机。工控机采用研华IPC-610机箱，PCA-600LV主板。工控机的测量软件对传入的数据及控制信号进展处理，并将处理结果传递给数控车床PLC，由PLC控制数控车床二维滑台运动，实现车辆轮对的检测与自动镟修。2.2数据收集系统数据收集系统是检测装置的核心局部，主要包括模拟量的收集、数字量的收集、和数字量控制信号的输入输出等。模拟量的收集采用PCI型250KS/s16位A/D转换的数据收集卡，用于对激光传感器、涡流传感器输出信号的收集。激光传感器、涡流传感器输出的模拟信号经各自的放大器放大后直接输入A/D数据收集卡的模拟输入端口上，经数据收集卡A/D转换后从PCI总线输入工控机。数字量的收集采用PCI型96路TTL数字量I/O数据收集卡，用于对编码器输出信号的收集，同时也用于控制信号的输出。为了减轻工控机的工作负担，每个编码器的输出都由一个AT89C51单片机数据处理板对其输出信号进展预处理，输出数控车床的实时绝对位置，再由工控机通过I/O数据收集卡从PCI总线读入。2.3计算机处理系统计算机处理系统包括测量控制、数据处理、数据传输等。测量控制主要是工控机接收测量操作控制面板传入的控制信息，并输出相应的控制信息给测量操作控制面板。数据处理主要是各传感器输出的模拟信号经高精度A/D转换后，输入到计算机进展数据存储、数字滤波和进一步数据交融处理，最终将处理的数据结果显示在控制测量软件操作界面的相应位置上，供操作人员查看。并将测量的结果数据进展存储及打印。数据传输主要是工控机将测量的结果数据传输给数控车床的PLC控制系统，指导数控车床对车辆轮对的镟修。3、控制测量软件设计控制测量软件设计主要包括两局部：1单片机控制程序设计；2工控机的测量软件设计。3.1单片机控制程序在本系统中，有两个地方使用了单片机控制，都采用AT89C51单片机作为处理器。一个是用于测量控制操作面板，在该面板上共有5个按键，分别是“启动涡流测量、“启动激光测量、“测量结果确认、“传输左轮数据和“传输右轮数据。每按下一个按键，其相应的LED指示灯点亮，其余按键锁定，并通过数据收集卡将该按键信息传入工控机，工控机接收到信息后执行其相应的任务，任务完成后，工控机通过数据收集卡去除按钮信息并熄灭相应的LED指示灯。另一个是编码器数据处理板，它读入绝对式编码器的数值，判断其正反转，并实时给出编码器的圈数及其单圈读数，输出数控车床的实时绝对位置，然后传送到数字I/O卡上，工控机可直接从数字I/O卡上读取数控车床的实时位置。在圈数计算时，采用电平中断处理的方式，当编码器转到零位时，即十一位输出均为低时，单片机INT0.引脚产生中断，再判断编码器上一个数值，是“1那么编码器反转，圈数减1，是“2047那么编码器正转，圈数加1。单片机INT1引脚接到工控机中的数据收集卡上，当工控机发出一个清零脉冲信号时，编码器数据清零，重新开场计数。3.2工控机的测量软件设计工控机的测量软件设计是本系统中的重点，它实现了5个功能：一是提供用户界面并承受用户输入的指令，二是提供数据的存储、显示、查询、打印等功能，三是根据扫描的数据实时绘制车辆轮对的轮廓图形，并与标准轮对轮廓图形进展比照；四是与PCI数据收集卡、数字I/O卡驱动程序通信，实现实时数据的读入，五是与数控车床PLC系统通讯，实现自动测量与车辆轮对自动镟修。为此选用VC作为开发平台，进展可视化图形设计，测量软件的程序流程图如图3所示。考虑到轮对外表状况的极端差异及现场环境的干扰，在测量软件中针对轮对的不同状况进展实时的补偿，并对各种干扰进展数据交融处理，消除对测量数据的影响。软件中还对误操作、掉电等情形进展了自动诊断与保护。该设备于2005年度5月研制成功，目前运行状况良好，经过实际测试，装置在测量的稳定性、可靠性、测量精度均优于设计要求。就目前情况看，这是国内第一台应用于轮对数控车床的检测装置，具有较广阔的开展前景。