管具螺紋在線檢測系統(tǒng)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(tǒng)組成。本系統(tǒng)所采用管具螺紋加工機床采用內(nèi)裝式同軸電動機驅動機床主軸，電主軸帶有內(nèi)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(fā)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(tǒng)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(huán)節(jié)，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(tǒng)選用SKY2000N型開放式數(shù)控系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要由IPC、PMAC控制器、I/0數(shù)據(jù)接口、伺服控制系統(tǒng)組成。

電主軸進行旋轉運動時，內(nèi)置編碼器根據(jù)相應指令發(fā)出脈沖信號送至數(shù)控系統(tǒng)作為進給運動的脈沖源，再經(jīng)過相應的計算處理后發(fā)給伺服系統(tǒng)，使進給量與主軸轉數(shù)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(tǒng)組成

管具螺紋加工質量要求高，所開發(fā)的在線檢測系統(tǒng)應具有高速數(shù)據(jù)采集能力以及高效的數(shù)據(jù)處理能力，檢測系統(tǒng)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(xiàn)螺紋輪廓數(shù)據(jù)的采集功能；檢測軟件負責對所采集的數(shù)據(jù)進行相應處理；反饋控制負責將處理后的數(shù)據(jù)與數(shù)控系統(tǒng)進行連接，進行相應的誤差補償以指導進一步的加工。

系統(tǒng)工作原理是：通過位移傳感器測量螺紋輪廓數(shù)據(jù)，通過模數(shù)轉換板將采集到的模擬量轉換為計算機能識別的數(shù)字量，然后由檢測軟件對轉換后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)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(tǒng)從設計方面看應避免復雜，占據(jù)盡量小的空間，同時應盡量提高安全可靠性，以便適應現(xiàn)場環(huán)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(shù)據(jù)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(tǒng)選用光柵尺位移傳感器。

3.2 模數(shù)轉換板

本系統(tǒng)選用PMAC控制器的附件ACC-36P模數(shù)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(tǒng)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(tǒng)選用Visual C++6.0編程語言作為軟件開發(fā)工具，其中包括四個模塊組成部分，即數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖形顯示模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。

4.1 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的測量，并向主機傳送所采集的數(shù)據(jù)。

首先要架構起模數(shù)轉換板和控制系統(tǒng)之間的信息交流途徑，將模數(shù)轉換板所采集的數(shù)據(jù)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(xiàn)。

為了保證測量具有較高的精度，應采集到足夠的數(shù)據(jù)信息。本系統(tǒng)基于直線電機編碼器的位置信號以觸發(fā)對數(shù)據(jù)的采集。

通過PMAC控制系統(tǒng)中的I變量來設置相應的編碼器，再把該編碼器位置觸發(fā)控制函數(shù)導入至相應程序中以實現(xiàn)對管具螺紋數(shù)據(jù)的采集。

通過相應的程序將通過位移傳感器所采集到的經(jīng)過模數(shù)轉換板處理后的數(shù)字量導入到系統(tǒng)的數(shù)組measuredata中，以便對數(shù)據(jù)進行再一步的處理。

4.2 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊負責對數(shù)組measuredata中的數(shù)據(jù)進行誤差計算、標度變換。

由于受到硬件條件的制約和現(xiàn)場環(huán)境的影響，測量數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一定的誤差，為了盡可能的減小誤差，本系統(tǒng)對螺紋輪廓數(shù)據(jù)進行多次采樣，然后取其平均值。

計算機處理的是數(shù)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(shù)據(jù)代入相應公式計算出實際的位移量，然后再將計算出的數(shù)據(jù)送入measurement數(shù)組中。

4.3 圖形顯示模塊

該模塊的作用是顯示測量數(shù)據(jù)、誤差數(shù)據(jù)、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(shù)、TextOut函數(shù)、LineTo函數(shù)、SetPixel函數(shù)、CreatePen函數(shù)。具體代碼如下：

CDC*pDC=GetDC*（）； // 得到設備環(huán)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(shù)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(shù)據(jù)管理模塊

該模塊的作用是存儲相應的數(shù)據(jù)。

程序中所用到的數(shù)據(jù)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(nèi)存中消失，因此要將所處理的數(shù)據(jù)保存起來。本系統(tǒng)將數(shù)據(jù)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(shù)打開文件；使用put（）函數(shù)寫入數(shù)據(jù)；通過＜對象名＞.close()函數(shù)關閉文件。

measuredata數(shù)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]！='