基于LabVIEW的圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)

1 引言

圓鋸片是木材石材加工行業(yè)中使用廣泛的切割工具。圓鋸片的平面度是指包含所有測(cè)量點(diǎn)的兩個(gè)平行平面間的最小距離。平面度是反映鋸片質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，平面度過(guò)大不僅影響到鋸片的端跳值，而且還會(huì)直接影響鋸片在切割板材時(shí)的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致無(wú)法使用[1]。因此，鋸片在出廠前必須經(jīng)過(guò)平面度檢測(cè)，合格者才允許出廠，否則作為次品處理。目前國(guó)內(nèi)鋸片生產(chǎn)企業(yè)通常使用檢驗(yàn)尺以手工的方法來(lái)檢測(cè)圓鋸片的平面度，效率很低。也有少數(shù)企業(yè)進(jìn)口國(guó)外的檢測(cè)設(shè)備，但價(jià)格昂貴，維護(hù)困難。所以，如何以較低的成本實(shí)現(xiàn)鋸片平面度的自動(dòng)檢測(cè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

LabVIEW是NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它以G(Graph, 圖形化)語(yǔ)言編程，十分靈活方便，而且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示功能，是開(kāi)發(fā)基于PC機(jī)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的有力工具。本文基于LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)，在鋸片質(zhì)量控制中有很大的實(shí)用價(jià)值。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1檢測(cè)原理

如圖1所示，要檢測(cè)圓鋸片上A點(diǎn)，需要得到三個(gè)值：A點(diǎn)半徑R，角度α，A點(diǎn)變形值δ，可以表示為[2]

圖1 鋸片示意圖

據(jù)此，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。在一支座上以一定的間隔固定安裝多個(gè)電渦流傳感器探頭，探頭端部平齊。為了防止鐵質(zhì)支座對(duì)電渦流傳感器造成干擾，探頭前端部應(yīng)突出于支座一定的距離。鋸片安裝上以后，標(biāo)記一條起始線，然后由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)取得角度α值，R值由電渦流傳感器探頭的安裝位置確定，鋸片平面的變形則由電渦流傳感器探頭測(cè)得該點(diǎn)距探頭端部的距離與探頭端部距基準(zhǔn)平面的距離之差獲得。鋸片旋轉(zhuǎn)一周，則完成單面的檢測(cè)。

圖2 系統(tǒng)示意圖

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

檢測(cè)系統(tǒng)由電渦流傳感器、前置器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，見(jiàn)圖3。電渦流傳感器選用廣州精信儀表電器有限公司的JX20系列電渦流位移傳感器，數(shù)據(jù)采集卡使用NI公司的PCI-6024E采集卡，步進(jìn)電機(jī)選用常州雙杰電子有限公司的55BF003步進(jìn)電機(jī)。PCI-6024E采集卡能夠提供16路單端/8路差分模擬輸入，2路模擬輸出，8路數(shù)字I/O口;A/D轉(zhuǎn)換精度12位，200Kb/s采樣率，電壓輸入范圍最高有單端20V或差分 V，并且可調(diào)。

電渦流傳感器探頭和前置器將位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集該電壓信號(hào)后，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理，得到變形值，或“凸”或“凹”。同時(shí)，PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)脈沖數(shù)和步進(jìn)電機(jī)步距角來(lái)取得值。電渦流傳感器探頭按安裝位置接數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道，在PC機(jī)通過(guò)模擬輸入通道號(hào)決定檢測(cè)點(diǎn)半徑R。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)軟件利用NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。LabVIEW圖形化的編程語(yǔ)言具有簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)。它獨(dú)具特色的前面板設(shè)計(jì)可以為用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面提供很大的靈活性，同時(shí)LabVIEW支持對(duì)多達(dá)幾千種硬件設(shè)備的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 [3];還可以利用網(wǎng)絡(luò)、交互式通訊與其它應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)源進(jìn)行通訊;并具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能。

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

如圖4所示，圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)軟件包含五個(gè)主要部分[4]：主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)界面管理，程序流程控制及各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)和通訊;步進(jìn)電機(jī)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止;數(shù)據(jù)采集模塊采集鋸片平面與電渦流傳感器探頭間的位移信號(hào);數(shù)據(jù)處理與顯示模塊對(duì)采集的位移信號(hào)進(jìn)行處理并顯示在前面板;數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和回放、報(bào)表生成等功能。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)圖

由于本系統(tǒng)采用NI公司的PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡，其硬件驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)隨LabVIEW安裝光盤(pán)附帶，因此只需按照操作提示進(jìn)行安裝，便可在編程中進(jìn)行配置和使用。

3.2 主程序

主程序控制檢測(cè)系統(tǒng)的流程，并以事件驅(qū)動(dòng)的方式調(diào)用其它模塊。當(dāng)主程序運(yùn)行時(shí)，首先選擇鋸片規(guī)格，當(dāng)點(diǎn)擊“開(kāi)始檢測(cè)”按鈕時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)采集模塊多通道采集鋸片相對(duì)位移值。鋸片旋轉(zhuǎn)一周后自動(dòng)停止，由數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)所采集的相對(duì)位移值進(jìn)行處理，得出所需數(shù)據(jù)，將其顯示在前面板上并自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)”按鈕時(shí)，可以調(diào)出以前的檢測(cè)數(shù)據(jù)查看;點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)報(bào)表”按鈕時(shí)，則將某段時(shí)間內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.3 前面板

圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)的前面板見(jiàn)圖5，包括顯示部分和控制部分。顯示部分以數(shù)值形式顯示鋸片平面度值、不合格點(diǎn)位置 (如果存在的話);以文字的形式顯示產(chǎn)品等級(jí);以圖形的形式顯示被檢測(cè)鋸片上最“凸”的點(diǎn)和最“凹”的點(diǎn)，并以不同的顏色區(qū)分;以LED顯示運(yùn)行狀態(tài)及合格與否?？刂撇糠挚梢赃x擇待檢測(cè)鋸片規(guī)格，并執(zhí)行檢測(cè)、歷史數(shù)據(jù)回放、報(bào)表生成、停止等功能。

圖5 系統(tǒng)前面板

4 結(jié)束語(yǔ)

用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，具有靈活方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于調(diào)試維護(hù)等特點(diǎn)?，F(xiàn)在，圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)已投入使用，達(dá)到了提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的效果，每年可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約60萬(wàn)元。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于圓鋸片平面度的檢測(cè)，基于LabVIEW平臺(tái)，結(jié)合電渦流傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、步進(jìn)電機(jī)等設(shè)備，完成了圓鋸片平面度檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，以較少的軟硬件投入，實(shí)現(xiàn)了圓鋸片平面度檢測(cè)的自動(dòng)化。