1 引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/334127.htm圓鋸片是木材石材加工行業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量好壞的重要指標之一，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定性，甚至會導致無法使用[1]。因此，鋸片在出廠前必須經過平面度檢測，合格者才允許出廠，否則作為次品處理。目前國內鋸片生產企業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。也有少數企業進口國外的檢測設備，但價格昂貴，維護困難。所以，如何以較低的成本實現鋸片平面度的自動檢測，具有重要的現實意義。
LabVIEW是NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開發平臺，它以G(Graph, 圖形化)語言編程，十分靈活方便，而且具有強大的數據採集、數據處理、圖形顯示功能，是開發基於PC機平臺的計算機測控系統的有力工具。本文基於LabVIEW平臺設計開發的圓鋸片平面度檢測系統，在鋸片質量控制中有很大的實用價值。
2 方案設計
2.1
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]
。δ為正，則意味著鋸片該點「凸出」，反之則表示「凹下」。在這裡，將平面度簡單定義為所有檢測點中最大的「凸出」值減去最深的「凹下」值。如果「凸出」值、「凹下」值過大，或者「凸出」值與「凹下」值之差超過規定值，則視為不合格產品。圖1 鋸片示意圖
據此，設計檢測系統如圖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。為了防止鐵質支座對電渦流傳感器造成幹擾，探頭前端部應突出於支座一定的距離。鋸片安裝上以後，標記一條起始線，然後由步進電機帶動其旋轉，根據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平面的距離之差獲得。鋸片旋轉一周，則完成單面的檢測。
圖2 系統示意圖
2.2 系統構成
檢測系統由電渦流傳感器、前置器、數據採集卡、PC機、步進電機構成，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，數據採集卡使用NI公司的PCI-6024E採集卡，步進電機選用常州雙傑電子有限公司的55BF003步進電機。PCI-6024E採集卡能夠提供16路單端/8路差分模擬輸入，2路模擬輸出，8路數字I/O口;A/D轉換精度12位，200Kb/s採樣率，電壓輸入範圍最高有單端20V或差分 V，並且可調。
電渦流傳感器探頭和前置器將位移量轉變為電壓信號，PC機通過數據採集卡採集該電壓信號後，經過運算處理，得到變形值，或「凸」或「凹」。同時，PC機通過數據採集卡輸出脈衝，控制步進電機的運動，並根據脈衝數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據採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 系統結構框圖
3 軟體設計
檢測系統軟體利用NI(National Instruments)公司的虛擬儀器開發平臺LabVIEW來實現。LabVIEW圖形化的程式語言具有簡單、直觀的特點。它獨具特色的前面板設計可以為用戶設計系統界面提供很大的靈活性，同時LabVIEW支持對多達幾千種硬體設備的進行數據採集 [3];還可以利用網絡、交互式通訊與其它應用程式或數據源進行通訊;並具有強大的數據處理功能和圖形顯示功能。
3.1 軟體結構
如圖4所示，圓鋸片平面度檢測系統軟體包含五個主要部分[4]：主程序負責系統界面管理，程序流程控制及各個模塊之間的協調和通訊;步進電機控制模塊控制步進電機的啟動和停止;數據採集模塊採集鋸片平面與電渦流傳感器探頭間的位移信號;數據處理與顯示模塊對採集的位移信號進行處理並顯示在前面板;資料庫管理模塊完成數據存儲和回放、報表生成等功能。
圖4 軟體結構圖
由於本系統採用NI公司的PCI-6024E數據採集卡，其硬體驅動程序已經隨LabVIEW安裝光碟附帶，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的流程，並以事件驅動的方式調用其它模塊。當主程序運行時，首先選擇鋸片規格，當點擊「開始檢測」按鈕時，步進電機帶動鋸片旋轉，數據採集模塊多通道採集鋸片相對位移值。鋸片旋轉一周後自動停止，由數據處理模塊對所採集的相對位移值進行處理，得出所需數據，將其顯示在前面板上並自動存入資料庫。當點擊「歷史數據」按鈕時，可以調出以前的檢測數據查看;點擊「統計報表」按鈕時，則將某段時間內的檢測數據生成統計報表。
3.3 前面板
圓鋸片平面度檢測系統的前面板見圖5，包括顯示部分和控制部分。顯示部分以數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，並以不同的顏色區分;以LED顯示運行狀態及合格與否。控制部分可以選擇待檢測鋸片規格，並執行檢測、歷史數據回放、報表生成、停止等功能。
圖5 系統前面板
4 結束語
用虛擬儀器開發平臺LabVIEW開發計算機測控系統，具有靈活方便，可擴展性強，便於調試維護等特點。現在，圓鋸片平面度檢測系統已投入使用，達到了提高工作效率，降低勞動強度的效果，每年可以產生經濟效益約60萬元。
本文作者創新點：將虛擬儀器技術應用於圓鋸片平面度的檢測，基於LabVIEW平臺，結合電渦流傳感器、數據採集卡、步進電機等設備，完成了圓鋸片平面度檢測系統的開發，以較少的軟硬體投入，實現了圓鋸片平面度檢測的自動化。