基于LabVIEW的圓鋸片平面度檢測系統(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量點的兩個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，平面度過大不僅影響到鋸片的端跳值，而且還會直接影響鋸片在切割板材時的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致無法使用[1]。因此，鋸片在出廠前必須經(jīng)過平面度檢測，合格者才允許出廠，否則作為次品處理。目前國內(nèi)鋸片生產(chǎn)企業(yè)通常使用檢驗尺以手工的方法來檢測圓鋸片的平面度，效率很低。也有少數(shù)企業(yè)進口國外的檢測設(shè)備，但價格昂貴，維護困難。所以，如何以較低的成本實現(xiàn)鋸片平面度的自動檢測，具有重要的現(xiàn)實意義。

LabVIEW是NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開發(fā)平臺，它以G(Graph, 圖形化)語言編程，十分靈活方便，而且具有強大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示功能，是開發(fā)基于PC機平臺的計算機測控系統(tǒng)的有力工具。本文基于LabVIEW平臺設(shè)計開發(fā)的圓鋸片平面度檢測系統(tǒng)，在鋸片質(zhì)量控制中有很大的實用價值。

2 方案設(shè)計

2.1檢測原理

如圖1所示，要檢測圓鋸片上A點，需要得到三個值：A點半徑R，角度α，A點變形值δ，可以表示為[2]

圖1 鋸片示意圖

據(jù)此，設(shè)計檢測系統(tǒng)如圖2所示。在一支座上以一定的間隔固定安裝多個電渦流傳感器探頭，探頭端部平齊。為了防止鐵質(zhì)支座對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，然后由步進電機帶動其旋轉(zhuǎn)，根據(jù)步進電機的運動來取得角度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得該點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。

圖2 系統(tǒng)示意圖

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

檢測系統(tǒng)由電渦流傳感器、前置器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機、步進電機構(gòu)成，見圖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，步進電機選用常州雙杰電子有限公司的55BF003步進電機。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?，PC機通過數(shù)據(jù)采集卡采集該電壓信號后，經(jīng)過運算處理，得到變形值，或“凸”或“凹”。同時，PC機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出脈沖，控制步進電機的運動，并根據(jù)脈沖數(shù)和步進電機步距角來取得值。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機通過模擬輸入通道號決定檢測點半徑R。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件設(shè)計

檢測系統(tǒng)軟件利用NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW來實現(xiàn)。LabVIEW圖形化的編程語言具有簡單、直觀的特點。它獨具特色的前面板設(shè)計可以為用戶設(shè)計系統(tǒng)界面提供很大的靈活性，同時LabVIEW支持對多達幾千種硬件設(shè)備的進行數(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)源進行通訊;并具有強大的數(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，圓鋸片平面度檢測系統(tǒng)軟件包含五個主要部分[4]：主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)界面管理，程序流程控制及各個模塊之間的協(xié)調(diào)和通訊;步進電機控制模塊控制步進電機的啟動和停止;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;數(shù)據(jù)處理與顯示模塊對采集的位移信號進行處理并顯示在前面板;數(shù)據(jù)庫管理模塊完成數(shù)據(jù)存儲和回放、報表生成等功能。

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)動程序已經(jīng)隨LabVIEW安裝光盤附帶，因此只需按照操作提示進行安裝，便可在編程中進行配置和使用。

3.2 主程序

主程序控制檢測系統(tǒng)的流程，并以事件驅(qū)動的方式調(diào)用其它模塊。當(dāng)主程序運行時，首先選擇鋸片規(guī)格，當(dāng)點擊“開始檢測”按鈕時，步進電機帶動鋸片旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)采集模塊多通道采集鋸片相對位移值。鋸片旋轉(zhuǎn)一周后自動停止，由數(shù)據(jù)處理模塊對所采集的相對位移值進行處理，得出所需數(shù)據(jù)，將其顯示在前面板上并自動存入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)點擊“歷史數(shù)據(jù)”按鈕時，可以調(diào)出以前的檢測數(shù)據(jù)查看;點擊“統(tǒng)計報表”按鈕時，則將某段時間內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)生成統(tǒng)計報表。

3.3 前面板

圓鋸片平面度檢測系統(tǒng)的前面板見圖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、不合格點位置 (如果存在的話);以文字的形式顯示產(chǎn)品等級;以圖形的形式顯示被檢測鋸片上最“凸”的點和最“凹”的點，并以不同的顏色區(qū)分;以LED顯示運行狀態(tài)及合格與否?？刂撇糠挚梢赃x擇待檢測鋸片規(guī)格，并執(zhí)行檢測、歷史數(shù)據(jù)回放、報表生成、停止等功能。

圖5 系統(tǒng)前面板

4 結(jié)束語

用虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW開發(fā)計算機測控系統(tǒng)，具有靈活方便，可擴展性強，便于調(diào)試維護等特點。現(xiàn)在，圓鋸片平面度檢測系統(tǒng)已投入使用，達到了提高工作效率，降低勞動強度的效果，每年可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益約60萬元。

本文作者創(chuàng)新點：將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于圓鋸片平面度的檢測，基于LabVIEW平臺，結(jié)合電渦流傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、步進電機等設(shè)備，完成了圓鋸片平面度檢測系統(tǒng)的開發(fā)，以較少的軟硬件投入，實現(xiàn)了圓鋸片平面度檢測的自動化。