液壓油缸內(nèi)壁參數(shù)測(cè)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(cè)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(cè)油缸截面的圓心坐標(biāo)和半徑。再根據(jù)相關(guān)算法，計(jì)算出油缸內(nèi)壁的直徑、直線(xiàn)度、圓柱度等參數(shù)，以用于出廠產(chǎn)品的檢測(cè)。
關(guān)鍵詞 PCI-1711；數(shù)據(jù)采集；最小二乘法

液壓傳動(dòng)在車(chē)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(dòng)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(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。
對(duì)類(lèi)似于油缸內(nèi)壁的孔徑測(cè)量方法，一般分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法是利用兩點(diǎn)或三點(diǎn)定位，直接測(cè)量出孔徑的方法。其常用測(cè)量工具包括內(nèi)徑干分尺、萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀、臥式測(cè)長(zhǎng)儀等，通用長(zhǎng)度測(cè)量工具和內(nèi)徑測(cè)微儀、柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等專(zhuān)用的孔徑測(cè)量工具，但此類(lèi)測(cè)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(xiàn)測(cè)量。間接測(cè)量法是利用三點(diǎn)定一圓原理，測(cè)出被測(cè)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(lèi)方法效率高、誤差小，可用于在線(xiàn)檢測(cè)，本檢測(cè)系統(tǒng)采用的就是間接測(cè)量法。

1 測(cè)量系統(tǒng)概述
測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是，將4個(gè)高精度位移傳感器安裝在所設(shè)計(jì)的傳感器夾具上，并將其放入被測(cè)油缸的內(nèi)部，在氣浮導(dǎo)軌的牽引下，平穩(wěn)通過(guò)被測(cè)量油缸。將所獲得的位移傳感器的信號(hào)變化量，傳送至上位機(jī)，應(yīng)用間接測(cè)量方法的原理，將所測(cè)得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)變化量，通過(guò)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(xiàng)參數(shù)。

本檢測(cè)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(gè)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(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)PCI總線(xiàn)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(shí)，上位機(jī)通過(guò)PCI總線(xiàn)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(hào)，進(jìn)而控制氣浮導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)4個(gè)位移傳感器信號(hào)的采集和氣浮導(dǎo)軌控制信號(hào)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

2 硬件部分簡(jiǎn)介
檢測(cè)系統(tǒng)主要目的是檢測(cè)油缸內(nèi)壁的圓柱度、直線(xiàn)度和直徑等參數(shù)，因該檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量精度要求范圍是(-15μm，+15μm)，且為動(dòng)態(tài)測(cè)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(chēng)電感測(cè)頭，其為半橋型傳感器，將位移變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，測(cè)量范圍是±0．5mm，軸向行程1．25mm，靈敏度是73．75±0．5mV(V／mm)，是線(xiàn)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(hào)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(cè)過(guò)程中，需要接受大量的傳感器信號(hào)傳入上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hù)提供了所需的測(cè)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(gè)輸入通道的增益可單獨(dú)編程，用戶(hù)可根據(jù)每個(gè)通道不同的輸入電壓類(lèi)型來(lái)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(jì)數(shù)器／定時(shí)器，自動(dòng)通道／增益掃描。

3 軟件設(shè)計(jì)
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(duì)簡(jiǎn)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(gè)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(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，設(shè)備驅(qū)動(dòng)接收到中斷后會(huì)發(fā)送不同的事件告知用戶(hù)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(méi)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(dòng)會(huì)探測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并發(fā)送合適的事件通知用戶(hù)。系統(tǒng)在軟件程序中調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，采用DMA方式下的FIFO功能進(jìn)行信號(hào)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。