基于labview的大型機組激光對中精密檢測系統

唐晨　張茂云　陳風龍

【摘 要】本系統實現了傾角儀測試數據及PSD測試數據的實時跟蹤采集，并采集數據進行擬合處理，方便了工作人員對設備的掌控和操作。

【關鍵詞】激光對中；數據采集；labview

中圖分類號： TH744.5 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0250-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.109

【Abstract】This system realizes the real-time tracking and acquisition of inclinometer test data and PSD test data， and collects data for fitting processing，which facilitates staff control and operation of the equipment.

【Key words】Laser alignment；Data acquisition；Labview

在大型化、規模化工業的今天，大型機組已經是重型機械、船舶行業、熱電行業、石油化工等領域的主要動力傳輸設備，而大型機組的心臟是軸系，軸系的對中技術成熟與否，對這些行業有著深遠的影響。課題組針對大型機組對中找正難的問題，采用了LD/PSD（激光/位置敏感探測器）技術，建立機組長距離激光漂移的修正模型與基準光測量的工程校正模型，研制了大型機組激光對中精密檢測設備（簡稱激光對中設備）[1][2]。本文基于labview研制了配合大型機組激光對中精密檢測設備使用的上位機系統，可解決大型機組對中裝配、調修、找正等測量工藝難題。本系統以電腦作為上位機，激光對中設備作為下位機，采用Zigbee技術進行數據的無線傳輸，用Labview實現傾角儀測試數據及PSD測試數據的實時跟蹤采集。

1 激光對中精密檢測系統的總體設計

激光對中精密檢測設備由激光器發出準直基準光束，PSD接收光點位置坐標、傾角裝置檢測角度信息，根據對中數學模型計算出對中的調整數據。角度數據采用加速度傾角傳感器獲取，其模擬信號需經處理電路讀取并送入本系統中，光點的位置坐標數據利用PSD獲得，PSD輸出的是微弱電流信號，系統通過放大、I/V轉換，將其位置信息轉變為電壓信號，最后將電壓信號送入高精度模數轉換電路，將模擬量的位置信號轉換為數字量，數據量通過ATMEGA8單片機處理后，經過無線傳輸ZAGBE模塊傳送到本系統進行處理。

2 軟件設計

軟件部分主要實現了傾角儀數據采集、PSD數據采集并模擬位置顯示、測試數據擬合曲線及誤差顯示、測試數據excel表格導出等功能。為了實現以上功能，系統設計采用labview2015編寫上位機界面程序，采用模塊化的設計思想進行編程，有利于后續的維護工作。軟件設計流程如圖2所示。

2.1 labview數據采集模塊

系統與下位機的通訊采用的是Zigbee技術，Zigbee通過串口與PC機相連并進行數據交互，如圖3所示

2.2 數據處理模塊

如圖4所示數據處理：首先將接收的數據串進行截取，獲得每個傳感器的的數據，再將子字符串轉化成數字，因為PSD的最大可測范圍為-5mm～5mm（10mm），因此轉化的數字取絕對值最大不能超過5mm，為了留有余量取最大值為4.9。連續采集50組數據進行排序，取10到30的20組數據求平均，從而獲得PSD1的坐標值。PSD2作為數據矯正使用。傾角角度信息采集使用的是SCA100T系列的基于3D-MEMS的高精度雙軸傾角傳感器，可以測量兩軸的角度信息和溫度信息。

2.3 數據擬合模塊

系統可對采集回的多組數據進行曲線擬合，可對數據進行算術平均、均方根、標準差、方差、求最大最小值燈運算，根據應用需求給出多個數據的擬合曲線。

3 試驗與結果

系統界面右側可以進行傾角儀通訊設置，分別對端口號、波特率、數據位、校驗位、停止位等進行設置。建立連接之后，接收激光對中設備的X、Y軸傾角信號及溫度信號在界面的下方進行顯示，同時在坐標圖上相應位置有紅點標識。點擊采集按鈕可以記錄本組數據，多次采集的數據在波形顯示窗口以曲線形式輸出，同時軟件自動計算出算術平均、均方根、標準差、方差、最大值、最小值、范圍以作參考。設備調整結束后，選擇退出按鈕，退回到主界面。對多次采集的PSD數據，點擊擬合按鈕，系統可以用線性擬合、B樣條擬合等方式進行曲線擬合，并且和原始數據曲線進行對比輸出數據曲線及誤差曲線。擬合數據可以導出到excel中，方便進行后期處理。系統界面如圖6所示。

本系統不僅能夠實時采集數據，在測試結束后，還能對采集數據進行擬合處理，并圖形化顯示參數變化曲線，同時計算出誤差曲線，設計了友善的可視化界面。同時本系統可以將實驗數據直接以excel表格形式導出，方便快捷。

4 結論

基于labview的機組激光對中精密檢測系統能夠很好的完成對中過程中數據采集與后期數據處理工作，人機交互界面清晰，測量數據準確，操作方便。該系統不僅能夠監控設備的運行狀態，還能夠對提取的數據進行信號分析與處理，易于導出數據，簡便了工作人員的操作流程，提高了工作效率。該系統工作穩定性高，實用性較強，目前已經成功應用于大型機組激光對中精密檢測設備，取得了很好的應用效果。

【參考文獻】

[1]唐晨，張茂云，曹國華，丁紅昌.基于互相關的大型機組軸系激光對中微弱信號提取方法研究[J].兵工學報，2017，38（10）.

[2]李博.軸系對中系統PSD線性化方法與實驗研究[D].長春理工大學，2013.