液壓油缸內壁參數測量數據采集處理系統

摘要 介紹一種基于PCI-1711高速液壓油缸內壁參數測量的數據采集處理系統，將采集到的數據傳送至上位機后，利用VB6．0數據處理軟件，將采集的數據轉換成坐標值，根據最小二乘擬合，擬合出被測油缸截面的圓心坐標和半徑。再根據相關(guān)算法，計算出油缸內壁的直徑、直線(xiàn)度、圓柱度等參數，以用于出廠(chǎng)產(chǎn)品的檢測。
關(guān)鍵詞 PCI-1711；數據采集；最小二乘法

液壓傳動(dòng)在車(chē)輛、起重運輸機械、工程機械、礦山設備及其他機械中具有廣泛的應用。油缸作為液壓傳動(dòng)中不可或缺的組成部分，其內徑各參數的精度，將直接對傳動(dòng)系統的性能產(chǎn)生影響。
對類(lèi)似于油缸內壁的孔徑測量方法，一般分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是利用兩點(diǎn)或三點(diǎn)定位，直接測量出孔徑的方法。其常用測量工具包括內徑干分尺、萬(wàn)能測長(cháng)儀、臥式測長(cháng)儀等，通用長(cháng)度測量工具和內徑測微儀、柔性坐標測量機等專(zhuān)用的孔徑測量工具，但此類(lèi)測量方法效率低、誤差大，且不易用于深孔徑和高精度產(chǎn)品的在線(xiàn)測量。間接測量法是利用三點(diǎn)定一圓原理，測出被測孔圓周上任意三點(diǎn)的坐標值，然后根據相關(guān)算法，求出圓心坐標，再換算出孔徑尺寸和其他參數。此類(lèi)方法效率高、誤差小，可用于在線(xiàn)檢測，本檢測系統采用的就是間接測量法。

1 測量系統概述
測量系統的設計思想是，將4個(gè)高精度位移傳感器安裝在所設計的傳感器夾具上，并將其放入被測油缸的內部，在氣浮導軌的牽引下，平穩通過(guò)被測量油缸。將所獲得的位移傳感器的信號變化量，傳送至上位機，應用間接測量方法的原理，將所測得數據轉化為坐標變化量，通過(guò)最小二乘擬合數據，根據相關(guān)的數據處理運算，進(jìn)而獲得油缸內壁所需的多項參數。

本檢測系統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、數據采集卡、氣浮導軌及上位機組成，系統的整體結構框圖如圖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路電壓信號的輸出端連接至數據采集卡的模擬量輸入通道口，數據采集卡內部的A／D功能模塊對信號進(jìn)行模數轉換，轉換后的數字信號通過(guò)PCI總線(xiàn)接口傳輸至上位機，進(jìn)行相關(guān)的數據處理。與此同時(shí)，上位機通過(guò)PCI總線(xiàn)向數據采集卡內部傳送各種氣浮導軌的控制信號，進(jìn)而控制氣浮導軌的運動(dòng)，這樣就實(shí)現了上位機對現場(chǎng)4個(gè)位移傳感器信號的采集和氣浮導軌控制信號的傳輸。軟件部分主要是基于VB 6．0的上位機數據采集和處理軟件的開(kāi)發(fā)設計。

2 硬件部分簡(jiǎn)介
檢測系統主要目的是檢測油缸內壁的圓柱度、直線(xiàn)度和直徑等參數，因該檢測系統測量精度要求范圍是(-15μm，+15μm)，且為動(dòng)態(tài)測量，所以所選傳感器必須是精度高、響應速度快的位移傳感器。根據以上要求，系統選用瑞士TESA公司的電感位移傳感器，也稱(chēng)電感測頭，其為半橋型傳感器，將位移變化轉化為電信號，測量范圍是±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的高穩定性和傳輸的便捷性，為其配備了通道電感箱。
因在檢測過(guò)程中，需要接受大量的傳感器信號傳入上位機進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，這就需要高速且大容量的數據采集裝置，系統采用研華公司的PCI-1711高速數據采集卡，為用戶(hù)提供了所需的測量和控制功能，可提供16通道單端A／D輸入，12 bit A／D轉換，采樣率最高可達100 kHz，每個(gè)輸入通道的增益可單獨編程，用戶(hù)可根據每個(gè)通道不同的輸入電壓類(lèi)型來(lái)選擇不同的增益系數，進(jìn)行相應的輸入范圍設定，卡上1 kB采樣FIFO緩沖器，可編程計數器／定時(shí)器，自動(dòng)通道／增益掃描。

3 軟件設計
3．1 數據采集
由PCI-1711進(jìn)行數據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)數據轉換，該方式編程相對簡(jiǎn)單，但采集數據速度較慢，多用于低速數據采集；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換產(chǎn)生一個(gè)中斷；另一種方式是把轉換數據保存在FIFO中。根據硬件的不同，當FIFO半滿(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，設備驅動(dòng)接收到中斷后會(huì )發(fā)送不同的事件告知用戶(hù)當前采樣狀態(tài)；DMA方式是三者中數據傳輸最快的，數據在沒(méi)有CPU介入的情況下直接在設備和內存間傳輸，設備驅動(dòng)會(huì )探測數據轉換狀態(tài)，并發(fā)送合適的事件通知用戶(hù)。系統在軟件程序中調用動(dòng)態(tài)鏈接庫，采用DMA方式下的FIFO功能進(jìn)行信號數據的傳輸。本系統數據采集是用的第3種方式——DMA方式，結合Visual Basic6．0開(kāi)發(fā)平臺，數據采集流程如圖2所示。