液壓油缸內(nèi)壁參數(shù)測量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

摘要 介紹一種基于PCI-1711高速液壓油缸內(nèi)壁參數(shù)測量的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)后，利用VB6．0數(shù)據(jù)處理軟件，將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值，根據(jù)最小二乘擬合，擬合出被測油缸截面的圓心坐標(biāo)和半徑。再根據(jù)相關(guān)算法，計算出油缸內(nèi)壁的直徑、直線度、圓柱度等參數(shù)，以用于出廠產(chǎn)品的檢測。
關(guān)鍵詞 PCI-1711；數(shù)據(jù)采集；最小二乘法

液壓傳動在車輛、起重運(yùn)輸機(jī)械、工程機(jī)械、礦山設(shè)備及其他機(jī)械中具有廣泛的應(yīng)用。油缸作為液壓傳動中不可或缺的組成部分，其內(nèi)徑各參數(shù)的精度，將直接對傳動系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。
對類似于油缸內(nèi)壁的孔徑測量方法，一般分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是利用兩點(diǎn)或三點(diǎn)定位，直接測量出孔徑的方法。其常用測量工具包括內(nèi)徑干分尺、萬能測長儀、臥式測長儀等，通用長度測量工具和內(nèi)徑測微儀、柔性坐標(biāo)測量機(jī)等專用的孔徑測量工具，但此類測量方法效率低、誤差大，且不易用于深孔徑和高精度產(chǎn)品的在線測量。間接測量法是利用三點(diǎn)定一圓原理，測出被測孔圓周上任意三點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后根據(jù)相關(guān)算法，求出圓心坐標(biāo)，再換算出孔徑尺寸和其他參數(shù)。此類方法效率高、誤差小，可用于在線檢測，本檢測系統(tǒng)采用的就是間接測量法。

1 測量系統(tǒng)概述
測量系統(tǒng)的設(shè)計思想是，將4個高精度位移傳感器安裝在所設(shè)計的傳感器夾具上，并將其放入被測油缸的內(nèi)部，在氣浮導(dǎo)軌的牽引下，平穩(wěn)通過被測量油缸。將所獲得的位移傳感器的信號變化量，傳送至上位機(jī)，應(yīng)用間接測量方法的原理，將所測得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)變化量，通過最小二乘擬合數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，進(jìn)而獲得油缸內(nèi)壁所需的多項參數(shù)。

本檢測系統(tǒng)主要由硬件與軟件兩部分組成。其中，硬件部分主要由4個高精度位移傳感器、4通道電感箱、數(shù)據(jù)采集卡、氣浮導(dǎo)軌及上位機(jī)組成，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。電感位移傳感器一端接至4通道電感箱，然后將其4路電壓信號的輸出端連接至數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入通道口，數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部的A／D功能模塊對信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過PCI總線接口傳輸至上位機(jī)，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。與此同時，上位機(jī)通過PCI總線向數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部傳送各種氣浮導(dǎo)軌的控制信號，進(jìn)而控制氣浮導(dǎo)軌的運(yùn)動，這樣就實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對現(xiàn)場4個位移傳感器信號的采集和氣浮導(dǎo)軌控制信號的傳輸。軟件部分主要是基于VB 6．0的上位機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理軟件的開發(fā)設(shè)計。

2 硬件部分簡介
檢測系統(tǒng)主要目的是檢測油缸內(nèi)壁的圓柱度、直線度和直徑等參數(shù)，因該檢測系統(tǒng)測量精度要求范圍是(-15μm，+15μm)，且為動態(tài)測量，所以所選傳感器必須是精度高、響應(yīng)速度快的位移傳感器。根據(jù)以上要求，系統(tǒng)選用瑞士TESA公司的電感位移傳感器，也稱電感測頭，其為半橋型傳感器，將位移變化轉(zhuǎn)化為電信號，測量范圍是±0．5mm，軸向行程1．25mm，靈敏度是73．75±0．5mV(V／mm)，是線性誤差0．2％，重復(fù)度0．2μm。
由于所選的傳感器的供電電源要是13 kHz的5 V交流電壓源，為保證傳感器輸出信號的高穩(wěn)定性和傳輸?shù)谋憬菪?，為其配備了通道電感箱?br /> 因在檢測過程中，需要接受大量的傳感器信號傳入上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時處理和分析，這就需要高速且大容量的數(shù)據(jù)采集裝置，系統(tǒng)采用研華公司的PCI-1711高速數(shù)據(jù)采集卡，為用戶提供了所需的測量和控制功能，可提供16通道單端A／D輸入，12 bit A／D轉(zhuǎn)換，采樣率最高可達(dá)100 kHz，每個輸入通道的增益可單獨(dú)編程，用戶可根據(jù)每個通道不同的輸入電壓類型來選擇不同的增益系數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的輸入范圍設(shè)定，卡上1 kB采樣FIFO緩沖器，可編程計數(shù)器／定時器，自動通道／增益掃描。

3 軟件設(shè)計
3．1 數(shù)據(jù)采集
由PCI-1711進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的編程方式可分為3種：軟件觸發(fā)方式、中斷方式和DMA方式。軟件方式就是軟件命令觸發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該方式編程相對簡單，但采集數(shù)據(jù)速度較慢，多用于低速數(shù)據(jù)采集；中斷傳輸方式比軟件傳輸方式采樣速度高，模擬量輸入中斷傳輸方式有兩種：一種方式是每一次轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個中斷；另一種方式是把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)保存在FIFO中。根據(jù)硬件的不同，當(dāng)FIFO半滿或全滿時產(chǎn)生一個中斷，設(shè)備驅(qū)動接收到中斷后會發(fā)送不同的事件告知用戶當(dāng)前采樣狀態(tài)；DMA方式是三者中數(shù)據(jù)傳輸最快的，數(shù)據(jù)在沒有CPU介入的情況下直接在設(shè)備和內(nèi)存間傳輸，設(shè)備驅(qū)動會探測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并發(fā)送合適的事件通知用戶。系統(tǒng)在軟件程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫，采用DMA方式下的FIFO功能進(jìn)行信號數(shù)據(jù)的傳輸。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集是用的第3種方式——DMA方式，結(jié)合Visual Basic6．0開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。