FMS中在線檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)的研究.doc

FMS中在線檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)的研究來源：無線測(cè)溫 研究了FMS中基于PC機(jī)的在線檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)，介紹了光柵及其接口原理，開發(fā)了數(shù)控機(jī)床與PC機(jī)專用接口的系統(tǒng)軟件。為數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步改造及質(zhì)量保證系統(tǒng)中自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难芯刻峁┝吮匾募夹g(shù)支持。 FMS系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是從系統(tǒng)角度去理解整個(gè)生產(chǎn)過程，從結(jié)構(gòu)上看，它包括加工系統(tǒng)、工件流系統(tǒng)、刀具流系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。而作為先進(jìn)制造系統(tǒng)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)體現(xiàn)高度集成與自動(dòng)化的同時(shí)，在功能子系統(tǒng)上體現(xiàn)一個(gè)核心：即能保證生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。這個(gè)核心也就是質(zhì)量保證系統(tǒng)(QAS)，它包括設(shè)計(jì)質(zhì)量保證子系統(tǒng)、質(zhì)量控制子系統(tǒng)及質(zhì)量評(píng)價(jià)與改進(jìn)子系統(tǒng)。FMS系統(tǒng)質(zhì)量保證功能實(shí)現(xiàn)的體現(xiàn)者是檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。 為滿足FMS中質(zhì)量保證功能子系統(tǒng)的要求，有必要構(gòu)造基于PC機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好和多任務(wù)并行處理的直接檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與機(jī)床控制命令的直接傳遞以及PC機(jī)與智能量?jī)x的數(shù)據(jù)通訊。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)制造過程中的工件尺寸參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)在線循環(huán)檢測(cè)，獲得相關(guān)尺寸參數(shù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程及工件加工質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。 本系統(tǒng)是在開發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過檢測(cè)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證系統(tǒng)的精度及其可行性的，為以后對(duì)加工過程中的自動(dòng)補(bǔ)償課題的研究提供了技術(shù)儲(chǔ)備。 1 檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的組成 基于PC機(jī)的檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾部分組成： 接觸測(cè)頭傳感器：當(dāng)它與工件接觸時(shí)，發(fā)出一開關(guān)信號(hào)： X/Y方向直線位移傳感器及相關(guān)二次儀表(GX-A型中科院制) ：用于記錄X/Y方向坐標(biāo)值，并以BCD 碼形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)： 光柵傳感器并行接口(研華，PCL733，32路BCD碼接口板)：用于將光柵的尺寸信息傳輸給計(jì)算機(jī)： 專用通訊接口(SCIC，自行設(shè)計(jì)與開發(fā))：根據(jù)控制計(jì)算機(jī)的指令，驅(qū)動(dòng)測(cè)頭運(yùn)動(dòng)，完成計(jì)算機(jī)與加工的中心信號(hào)傳遞： 圖1 檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 微機(jī)相關(guān)測(cè)量軟件：用來模擬加工中心控制臺(tái)并控制加工中心的運(yùn)行。它是基于微機(jī)的智能檢測(cè)系統(tǒng)核心，整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。 2 檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件裝置及接口 本系統(tǒng)分為前向通道接口和后向通道接口。 前向通道：是被測(cè)對(duì)象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號(hào)輸入通道，在該通道中主要有與傳感器有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)、變換電路，也稱為傳感器接口通道，觸發(fā)式測(cè)頭、光柵及其接口也屬于前向通道。 后向通道：是對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)操作的輸出通道，其結(jié)構(gòu)與控制對(duì)象及控制任務(wù)密切相關(guān)，一般完成小信號(hào)輸出、大功率控制的功能。X、Y向交流伺服驅(qū)動(dòng)電源及其與微機(jī)的接口屬于后向通道。PC機(jī)的擴(kuò)充插槽有8個(gè)，也稱為I/O通道，是62線，符合IBMPC總線標(biāo)準(zhǔn)。引至擴(kuò)充槽上的信號(hào)均是TTL邏輯電平。 光柵 在高精度數(shù)控機(jī)床上，使用光柵作為位置檢測(cè)裝置，它是將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給CNC裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由于激光技術(shù)的發(fā)展，光柵制作精度得到很大提高，現(xiàn)在光柵精度可達(dá)到微米級(jí)，通過細(xì)分電路分辯率可達(dá)到0.1m，甚至更高。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的光柵尺Gx-A型，準(zhǔn)確度：1m。 光柵的安裝和調(diào)整，考慮到HURCO BMC 20L數(shù)控機(jī)床的性能要求及實(shí)際的操作環(huán)境，光柵尺的安裝必須注意以下幾點(diǎn)： 標(biāo)尺光柵的安裝 安裝表面必須沒有油漆，平面度不低于0.1mm，光柵尺與機(jī)床導(dǎo)軌的平行度不低于0.1mm，每個(gè)安裝面與機(jī)床導(dǎo)軌的平行度必須在0.2mm之內(nèi)： 讀數(shù)頭的安裝 安裝面必須無油漆，安裝面與機(jī)床導(dǎo)軌的平行度不低于0.1mm，光柵尺體的安裝表面與讀數(shù)頭安裝表面的平行度在0.05mm之內(nèi)： 安裝檢測(cè) 檢測(cè)傳感器主體底面和側(cè)表面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的平行度誤差，在全長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)小于0.20mm，實(shí)際測(cè)量值為0.02mm讀數(shù)頭的滑體不應(yīng)與傳感器內(nèi)壁有摩擦，固定后，檢查讀數(shù)頭與傳感器主體密封口上表面間隙應(yīng)保持在1.21.5mm之內(nèi)。 光柵接口 選用32位光電隔離數(shù)字輸入板，電路基本原理如圖2所示。 (a) (b) 1.光耦PC814 2.電阻排 3.六反向觸發(fā)器74LS14P 4.緩沖存儲(chǔ)器74LS244 5.緩沖存儲(chǔ)器74LS245 6、7、8.SN74LS688及GAL芯片組成四選一功能電路 圖2 光柵接口基本原理 工作原理簡(jiǎn)述如下：外部信號(hào)經(jīng)過光電耦，使兩個(gè)電路的地電位完全隔離開，這樣地電位即使不同也不會(huì)造成干擾。進(jìn)入電阻排，上拉電阻使電路在光耦不通的情況下，處于高阻狀態(tài)，導(dǎo)通的信號(hào)通過74LS14P整形濾波電路形成規(guī)則的信號(hào)進(jìn)入緩沖存儲(chǔ)器，當(dāng)計(jì)算機(jī)指令通過圖2b的四選一功能電路，選通k1或k2或k3或k4后，相應(yīng)緩存內(nèi)的信號(hào)送入緩存245中，使計(jì)算機(jī)傳來的信號(hào)能在k5控制下，最終完成信號(hào)的輸出。 CNC機(jī)床與PC控制通訊接口 一般情況下，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置需要與下列設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和信息通訊：即數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備，外部機(jī)床控制面板，通用手搖脈沖器，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電路和主軸驅(qū)動(dòng)電路。隨著工廠自動(dòng)化(FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的發(fā)展，CNC裝置作為FA或CIMS結(jié)構(gòu)中的一個(gè)層次，除了與數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備相連外，還要與上級(jí)計(jì)算機(jī)或DNC計(jì)算機(jī)直接通訊，因此還應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。而計(jì)算機(jī)與加工中心通訊并不容易，且現(xiàn)有絕大部分加工中心并不是為網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的，因此，要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與加工中心全面的通訊，必須另外開發(fā)專用的通訊接口單元。我們的實(shí)驗(yàn)是在HURCO BMC 20L加工中心上完成的，開發(fā)的專用通訊接口單元SCIC(Special Communication InterfaceCard)由以下兩部分組成： 高性能、多功能數(shù)據(jù)采集卡(研華，PCL818HG型)這里主要用來傳輸32位數(shù)字量輸入/輸出信號(hào)，并能接受測(cè)頭觸發(fā)的中斷信號(hào)，完成計(jì)算機(jī)與專用通訊接口的信息傳遞。 專用通訊接口單元開發(fā)的通訊接口單元，能實(shí)現(xiàn)諸如信號(hào)隔離、信號(hào)傳遞和信號(hào)變換等功能，具有以下功能： 仿真加工中心控制臺(tái)，即： 進(jìn)給速度倍率調(diào)整： 主軸轉(zhuǎn)速倍率調(diào)整： 快速進(jìn)給： 微調(diào)進(jìn)給： 三軸運(yùn)行方向控制。 啟動(dòng)和停止加工中心運(yùn)行 動(dòng)態(tài)控制進(jìn)給速度 驅(qū)動(dòng)測(cè)頭運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)循環(huán)檢測(cè) 3 檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件 本操作軟件總體功能是：通過開發(fā)的專用通訊接口單元(SCIC)向CNC控制器發(fā)出控制命令，同時(shí)通過PCL733接口板完成與光柵數(shù)據(jù)的傳輸，它可向CNC控制器發(fā)出各種控制命令，使機(jī)床產(chǎn)生規(guī)定的動(dòng)作，可在線修改控制信號(hào)參數(shù)值，改變檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的性能，可顯示、存儲(chǔ)光柵傳感器返饋的尺寸狀態(tài)信息等。 為實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行處理，采用VC+編制了基于WINDOWS的上層控制界面，在形式上采用仿真HURCO BMC 20L數(shù)控操作臺(tái)的界面設(shè)計(jì)，便于操作者進(jìn)行在線操作。同時(shí)為了提高軟件的編程