管具螺紋在線檢測系統的設計

2013-03-24 06:37:47王瑞

電子測試 2013年5期

王瑞

（江蘇油田鉆井處，江蘇揚州 225202）

1 管具螺紋加工機床

管具螺紋加工機床是一種自動化程度較高的專用機床，機床由動力部件、傳動單元、工作機構和控制裝置四個系統組成。本系統所采用管具螺紋加工機床采用內裝式同軸電動機驅動機床主軸，電主軸帶有內置編碼器，通過大小齒輪減速傳動到夾具，夾具用以夾緊管具并帶動其發生旋轉運動，刀架本身具有換刀功能，工作臺負責刀架地進給運動，自動送料裝置提供管具的自動裝卸功能，采用直流電機驅動軸向和徑向進給，與傳統的旋轉伺服電機+滾珠絲杠副進給相比，其取消了動力部分與工作臺之間的傳動環節，具有快速響應能力強、傳動剛度高、定位精度好、加工效率高等特點。

控制系統選用SKY2000N型開放式數控系統，該控制系統主要由IPC、PMAC控制器、I/0數據接口、伺服控制系統組成。

電主軸進行旋轉運動時，內置編碼器根據相應指令發出脈沖信號送至數控系統作為進給運動的脈沖源，再經過相應的計算處理后發給伺服系統，使進給量與主軸轉數保持相應的比例，通過改變電主軸的旋轉方向便可加工出左旋螺紋和右旋螺紋。

2 在線檢測系統組成

管具螺紋加工質量要求高，所開發的在線檢測系統應具有高速數據采集能力以及高效的數據處理能力，檢測系統由硬件部分、檢測軟件、反饋控制三部分組成。硬件構成主要包括位移傳感器、A/D轉換板，用于實現螺紋輪廓數據的采集功能；檢測軟件負責對所采集的數據進行相應處理；反饋控制負責將處理后的數據與數控系統進行連接，進行相應的誤差補償以指導進一步的加工。

系統工作原理是：通過位移傳感器測量螺紋輪廓數據，通過模數轉換板將采集到的模擬量轉換為計算機能識別的數字量，然后由檢測軟件對轉換后的數據進行相應的處理，最后通過反饋控制部分將處理所得的誤差數據傳送到控制系統以指導進一步的加工，確保管具螺紋的加工精度。

3 硬件組成

在線檢測系統從設計方面看應避免復雜，占據盡量小的空間，同時應盡量提高安全可靠性，以便適應現場環境中的各種干擾因素。

3.1 位移傳感器

位移傳感器用于采集螺紋外徑輪廓數據轉并將其轉換為相應的電信號。它的種類有：小位移測量，通常用電容式、電感式、渦流式、差動變壓器式等；大位移測量，通常用磁柵、光柵、感應同步器等。本系統選用光柵尺位移傳感器。

3.2 模數轉換板

本系統選用PMAC控制器的附件ACC-36P模數轉換板，其J1接口與PMAC控制器的JEXP接口通過扁平電纜連接，J4接口進行模擬信號的接收，本系統需用到J4接口中的三個針腳：1針腳為模擬輸入1通道，18針腳為+12V電源輸出，19針腳為公共地。

4 軟件設計

本系統選用Visual C++6.0編程語言作為軟件開發工具，其中包括四個模塊組成部分，即數據采集模塊、數據處理模塊、圖形顯示模塊和數據管理模塊。

4.1 數據采集模塊

該模塊是用于控制位移傳感器以完成對螺紋輪廓數據的測量，并向主機傳送所采集的數據。

首先要架構起模數轉換板和控制系統之間的信息交流途徑，將模數轉換板所采集的數據導入至PMAC運動控制器的緩存中，該功能通過編寫相應的PLC程序實現。

為了保證測量具有較高的精度，應采集到足夠的數據信息。本系統基于直線電機編碼器的位置信號以觸發對數據的采集。

通過PMAC控制系統中的I變量來設置相應的編碼器，再把該編碼器位置觸發控制函數導入至相應程序中以實現對管具螺紋數據的采集。

通過相應的程序將通過位移傳感器所采集到的經過模數轉換板處理后的數字量導入到系統的數組measuredata中，以便對數據進行再一步的處理。

4.2 數據處理模塊

該模塊負責對數組measuredata中的數據進行誤差計算、標度變換。

由于受到硬件條件的制約和現場環境的影響，測量數據會產生一定的誤差，為了盡可能的減小誤差，本系統對螺紋輪廓數據進行多次采樣，然后取其平均值。

計算機處理的是數字量，要進行相應的標度變換處理，以得到實際的位移值，可將measuredata中的數據代入相應公式計算出實際的位移量，然后再將計算出的數據送入measurement數組中。

4.3 圖形顯示模塊

該模塊的作用是顯示測量數據、誤差數據、測量圖形、誤差圖形。

該模塊的程序設計都在CMyView中OnDraw（CDC*pDC）中完成，需用到MoveTo函數、TextOut函數、LineTo函數、SetPixel函數、CreatePen函數。具體代碼如下：

CDC*pDC=GetDC*（）； // 得到設備環境

pDC-＞MoveTo（100,200）；

pDC-＞Moveto（300,200）；

...//畫出坐標系

pDC-＞TextOut(100,205."180");

...// 輸出圖形文本

int i;

POINT p; //定義點的坐標值

for(i=0;i＜1024;i++) //設置坐標點數量

{ p.x=i; //橫坐標值

p.y=measuredata[i]; //縱坐標值

pDC-＞SetPixel(p,RGB(0,0,0,));

//畫點，坐標位置為p，顏色為黑色

}

4.4 數據管理模塊

該模塊的作用是存儲相應的數據。

程序中所用到的數據并不會存儲在相關介質中，而是隨著程序的運行結束而從內存中消失，因此要將所處理的數據保存起來。本系統將數據保存為文本格式。存儲過程為：打開文件、讀寫文件、關閉文件。通過fstream類成員函數打開文件；使用put（）函數寫入數據；通過＜對象名＞.close()函數關閉文件。

measuredata數組中的元素寫入到measuredata文件中的程序如下所示：

#include"stdafx.h"

#include＜fstream.h＞ //fstream 類頭文件

#include＜iostream.h＞

int main()

{

fstream writefile("measuredata.txt",ios::out);

//定義文件流類fstream的一個對象writefile，并在當前路徑下建立并打開文件"measuredata.txt"

if(！writefile) //判斷該文件是否打開

{

cout＜＜"measuredata.txt 文件沒有打開！"＜＜endl;

return 0;

}

for(int i=0;measuredata[i]！='