零件圆度误差在线测量系统研究与开发

　　对于回转类零件来说,磨削加工是精加工的主要方法,但传统的磨削方法是很难达到这么高的精度,需要相应的改进措施提高加工精度.随着精密加工水平的日益提高,精密加工设备与测试仪器的界限越来越不明显.对于超精密加工来说,在线检测显得尤为重要[1].在制造业中,质量保证的理想目标是实行生产的零废品制造.因此,精密测试技术的作用和重要意义是不言而喻的.实现零废品的生产,从测试的角度出发,应该对工件进行在线测量或对工件进行100%检测,这就需要研究适合于动态或准动态的测试设备,甚至能集成到加工设备中去.基于个人计算机(PC)的开放式数控系统(PCNC)是CNC发展的新动向.在精度要求不特别高的情况下,利用数控机床的机械本体和数控系统,并配置上相应的数字化采集硬件和计算机软件,构成数控测量系统,从而达到投资少、见效快、事半功倍的效果.

　　1 系统硬件设计

　　本测量控制系统以工业控制机(IPC)平台为基础, PMAC多轴运动控制器为测量及运动控制核心.工控机的CPU与PMAC的CPU(DSP56001)构成上下位机的结构,两个CPU各自完成相应的任务.

　　PC机上的CPU与PMAC卡的CPU构成主从式双微处理器结构[2],其中PC机作为PMAC的上位机,提供Windows平台及人机操作界面,完成系统初始化、零件的测量值与运动信息的实时显示等.下位机PMAC多轴运动控制器将机床的在线测量单元,横纵向进给单元,砂轮主轴单元,位置检测单元以及其它附件有机的联结起来,使该磨床成为一个真正意义上的开放式平台.下位PMAC多轴运动控制器主要完成负载在X、Y两轴的运动控制,包括插补运算、伺服驱动、程序解释以及高速数据采集等实时性任务. PMAC插在工控机的ISA插槽中,并由动态链接库驱动[3-4].

　　整个系统硬件组成见图1所示,其中控制部分主要由PC机、PMAC多轴控制器、PMAC接线板ACC-8P、增量式编码器以及交流伺服系统、变频器、直线电机、高速电主轴等组成;测量部分由美国本特里生产的电涡流传感器系统,A/D板等组成.上下位机间通过双口RAM进行高速数据交换.

　　2 上位机软件设计

　　在基于PC机的机电一体化系统中,上位机需要同运动控制卡进行数据交换.高档的运动控制卡(如PMAC)中都有自己的高速CPU去处理实时任务,以保证系统的稳定性和可靠性,而用户则需要一个友好的人机界面去控制监测整个系统的运行.通过调用PMAC提供的Pcomm32动态链接库中的函数实现与PMAC的通讯.

　　2.1 基于PMAC的数据采集

　　PMAC集执行运动程序,伺服环更新,资源管理,数据采集等多种功能于一身,依靠各个模块一起协同工作.数据采集模块包括采集周期,数据采集源,采集缓冲区以及采集模式等,就其采集的来源来看,可以分为以下几种采集方式: