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摘要:提出了一種齒輪測量儀測控系統，該系統由電氣控制部分硬件系統、軟件硬件接口和上層應用軟件三部分組成?？筛鶕X輪國際標準ISO1328中要求，對齒輪進行檢測。該系統操作簡單，測量效率高。
關鍵詞:齒輪測量儀;測控系統;接口軟件
0引言
齒輪是一種在機械傳動領域應用范圍廣、使用率高的基礎零部件。在航空航天、農用機械、運輸工具、起重機械、工廠機床，甚至在常用的家電領域都有廣泛的應用［1］。而齒輪的質量又在機械傳動運行過程中起著決定性的作用，因此，進行綜合誤差測量，并快速判斷齒輪的合格性，對齒輪進行自動化測量具有重要的現實意義［2］。本項目設計的齒輪測量儀可實現小模數齒輪的測量，其測控系統可完成自動測量、數據采集處理、繪制測量曲線打印測試報告等功能。并可對數據結果進行分析處理，形成誤差曲線圖，顯示、并可以以圖表的形式輸出每項結果的偏差值、所測量的齒輪精度等級等。對最終的數據報告可存取、亦可打印輸出。1電氣控制部分硬件系統儀器電氣控制部分的電氣系統圖如圖1所示。在齒輪測量儀硬件系統中，根據用戶需求，主軸(即回轉軸)沒有設置限位，而其它三個直線軸，在雙向都加上了光電限位開關，以確保檢測過程中零件在一定范圍內安全運動。
2軟、硬件接口
運動控制器和A/D轉換板是用來實現齒輪測量控制系統與硬件系統之間交互的接口。
2．1固高運動控制器。固高運動控制器可根據測控軟件發來的控制命令，它負責把模擬狀態的驅動信號發送給相應軸的電機驅動器，相應的電機驅動器將會按接收到的模擬信號完成相對應的工作。并且，還會利用光柵產生的相應數據，保證測量工作中數據的精度和運動的平穩性。
2．2模數轉換器。模數轉換器又叫ADC，或A/D轉換板。在本系統中，它的功能是將由電感測頭產生的，與標準量相對比后處理生成的模擬量，轉換成二進制的離散量。經過模電轉換后產生的數字信號通過PCI總線來讀取，獲取了相應的數字信號后，再進行當量轉換，即可獲取測頭在齒輪表面位移變化的數據。這些電感位移數字信號數據和各運動軸位移的數字信號再通過測量控制軟件系統進行相應處理，便得到了想要的齒輪測量偏差數據。
2．3運動控制器。運動控制器包括通用輸入/輸出設備和專用輸入/輸出設備。操作面板上的指示燈以及功能鍵產生的信號數據由通用輸入/輸出設備負責。而專用輸入/輸出設備則負責傳遞M，R，Z，T四個運動軸的控制信號數據，可采集各軸狀態數據和控制各軸的運動。在各軸運動過程中，如果在某方向限位，指示燈就會為紅色，否則為綠色。各個軸的位移傳感器叫光柵編碼器，光柵編碼器輸入A+，A－，B+，B－四路中兩個物理量之間的差值，控制器對這些差值數據進行處理，即可得到相對應軸的位置數據。編碼器的零位信號分別設為C+，C－，當傳感器進行運動，經過零位時，就會實時地發出脈沖信號，這個脈沖信號會由C+和C－傳送到固高運動控制器當中，測控軟件中相應的程序就會判斷并確定各運動軸的絕對零位。幾個運動軸中的直線軸，兩側的極限位置處都設置有限位開關，當運動軸移動到極限位置時，限位開關就會向控制器發出到達極限、運動停止的信號，而控制器收到相應信號立即停止工作，并發送出限位燈指示信號數據，隨之，操作面板的指示燈便會閃亮。如果故障發生則指示燈閃亮，提醒用戶出現故障。當故障清除后，測控系統軟件部分的相應函數發出復位數據，控制器控制相應部件恢復工作。當用戶準備測量時，軟件系統相應函數輸出開始數據，操作面板的開始信號燈亮，用戶可開始進行測試。當測量完成，軟件系統相應函數返回停止數據，停止信號燈亮，指示用戶此時可按下結束按鈕，結束檢測。在檢測停止過程中，若用戶想手動操作，可點擊手動操作按鈕向軟件發出手動操作申請。軟件收到申請信號后，發出手動操作可行信號，系統允許用戶手動控制測控操作，操控臺上手動燈亮。當用戶發現異常情況時，可立刻按下操作面板上的緊急制動鍵，及時停止各運動軸電機正在進行的運動，并發出緊急停止的有效信號到控制器。而此時系統軟件將會發出允許手動操作的命令，同時發送信號手動操作燈點亮，可進行手動操作。
3齒輪測控軟件系統
在測控系統中，通過控制器采集面板上操作按鍵發出的各種信號、狀態數據，在系統控制下向各軸運動控制器發出相應的動作命令，再通過數模轉換器獲取測頭的位移，計算各測量項目的偏差值。測控系統還可以依據所獲測頭的位移數據來判斷當前的電感狀態，確定如何對各軸電機進行怎樣的運動控制。齒輪測量儀測控系統由底層接口模塊和上層應用模塊兩大部分組成。底層接口模塊可實現對計算機PCI總線的讀寫，通過動態鏈接庫中相應的函數實現對硬件的控制以及對數據的讀取。底層接口模塊的功能包括控制輸入輸出設備、控制伺服運動軸數據、控制四軸光柵的同步、監測伺服運動軸狀態，采集測頭電感數據。上層應用模塊則可完成儀器的測量控制功能，可實現對齒輪齒廓、螺旋線和齒距的測控。
4底層接口詳細設計
底層接口部分在整個測控系統中起到控制的作用，其中包括十余個函數:打開接口設備函數、數據采集函數、電機運動控制函數、置零函數、手/自動控制函數、電機狀態測控函數、停止函數、讀輸入輸出狀態數據函數、設置輸入輸出狀態函數、關閉接口設備函數等。1)設備初始化函數在上層測控系統軟件需要打開接口設備時，需要調用設備初始化函數，測試并保證硬件設備處于用戶所需狀態。測控系統軟件控制硬件正常運行，是通過插在PCI插槽中的運動控制器板卡和數模轉換數據采集卡這兩個板卡來實現的。在系統啟動時，必須要測試這兩個板卡是否能打開，如果可以正常打開，進入工作狀態。初始化函數如圖2所示:2)數據采集函數數據采集函數用于采集四路光柵和電感的相關數據信息，這些數據傳送至上層測試軟件，測試軟件再對這些數據進行處理，其中需要設置相應變量存放光柵脈沖值、A/D值，還要采集左、右齒面數據作為輸入變量。設結構體變量SPt*p，用來存放采集的光柵脈沖值及A/D值;DIR型變量Z_input作為輸入變量。數據采集函數如圖3所示:3)運動控制函數運動控制函數包括電機的運動控制、停止各軸電機運動控制、電機狀態返回以及速度的設置、加速度的設置等。其中電機運動控制函數需要5個參數，seepd存放速度輸入值，m，r，z，t分別存放每個運動軸要運動的距離。要調用異常處理頭文件中相關函數，來確定相應的硬件設備是否存在故障。再根據面板中的速度值和seepd的值，控制四軸的運動，讓相應的軸按要求運動到相應位置。4)通用輸入輸出類函數通用輸入輸出類函數包括讀通用輸入/輸出狀態函數和設置通用輸入/輸出狀態函數。這里的讀通用輸入/輸出狀態的函數，是用來獲得各輸入、輸出設備的初始狀態的。在讀通用輸入/輸出狀態函數中，利用變量DevSt來讀取輸入輸出設備當前的狀態，然后，返回各個輸出口的狀態值。在設置通用輸入輸出狀態函數中，將DevSta所對應的通用輸入輸出數據值設置為state值，然后返回true。5)光柵置零函數該函數的功能是將光柵數據初始化，利用它可建立系統絕對坐標系。當異常處理頭文件中的相應函數進行判斷系統硬件沒有故障時，利用多分支語句實現M，R，Z，T四軸光柵的清零。另外，還有手自動轉換函數、電機狀態函數和停止各運動軸運動函數。
5結論
齒輪測量儀測量與控制系統軟件部分用VC++6．0編程實現。通過實驗測試驗證，該系統操作簡單、界面友好，能準確、高效地進行檢測，已達到用戶提出的精度要求，滿足用戶需求。
參考文獻:
［1］唐健杰．基于LabVIEW的齒輪傳動誤差測量系統的設計［J］．計量與測試技術，2018，(9):6－8．
［2］張蒨．新版齒輪精度國際標準對中國齒輪行業的影響［J］．現代零部件．2010，(12):56－59．
作者:時昊 富春巖 單位:三明學院機電工程學院佳木斯大學
