基于LabWindows CVI的扭矩扳手數據處理系統的設計與實(shí)現

摘要：針對工業(yè)現場(chǎng)對扭矩扳手的檢定點(diǎn)、自動(dòng)檢定次數、加荷速率等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，扭矩扳手相關(guān)資料的錄入、存儲、查詢(xún)，及扭矩儀表的數據采集、電動(dòng)機控制等功能的要求，為了適應現場(chǎng)環(huán)境，提出了一種將傳感器技術(shù)、數據庫技術(shù)、控制技術(shù)及虛擬儀器技術(shù)相結合的設計方案。該方案以研華TPC-1570H工控機、PCI-1761采集卡和TCA稱(chēng)重傳感器結合AT-150扭矩測量?jì)x為平臺，設計了數據采集模塊、扭矩

測量?jì)x控制模塊和電機控制模塊。應用虛擬儀器軟件LabWindows CVI編寫(xiě)程序，實(shí)現了對扭矩扳手檢定值的采集、分析、存儲、打印和報警。經(jīng)過(guò)試驗測試表明：系統運行穩定，效果良好。

扭矩扳手是廣泛使用于航空、航天、艦船、汽車(chē)、石油化工等工業(yè)部門(mén)的一種高精度裝配工具。各種扭矩扳手在出廠(chǎng)前或使用一段時(shí)間后均需檢定，以保證使用要求。

目前，檢定單位使用機械式檢定儀，通過(guò)人工手動(dòng)檢定，扭矩扳手的檢定結果需要人工錄入計算機后保存、打印輸出，這種檢定方式既費時(shí)又費力，而且檢測結果受操作者的經(jīng)驗影響，容易造成人為因素影響檢測結果的準確性。

本系統不但可以進(jìn)行扭矩扳手的人工手動(dòng)檢定，還具備自動(dòng)檢定的功能，并且將扭矩扳手的基本信息、標準裝置的基本信息、每一檢定點(diǎn)的3個(gè)檢定值、示值相對誤差、示值重復性及準確度級別等參數保存到Access數據庫中，以便對數據進(jìn)行分析和打印輸出。

硬件方面，由于2～3 000 N·m的扭矩負荷輸出相差太大，要想將多個(gè)量程的傳感器集成于一臺加載裝置上，用一臺伺服電機驅動(dòng)，很難對大小量程進(jìn)行兼顧，所以，本系統用兩臺設備來(lái)實(shí)現此功能。一臺裝置用一個(gè)傳感器實(shí)現2～10 N·m量程段的檢測功能;另一臺裝置用4個(gè)傳感器實(shí)現10～3000 N·m量程段的檢測功能。軟件方面，采用虛擬儀器編程軟件LabWindows CVI，編寫(xiě)了手動(dòng)示值式扭矩扳手(指針式、數字式)和手動(dòng)預置式扭矩扳手的檢定程序。

本系統檢定準確、性能穩定、功能豐富、操作簡(jiǎn)便，在扭矩檢定中具有很高的應用價(jià)值，可以成為企業(yè)、科研機構控制扭矩扳手、扭矩螺絲刀產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

1 系統硬件設計

1.1 總體設計

數據處理系統由工控機、采集卡、軟件平臺、扭矩儀表、伺服電動(dòng)機、減速器和扭矩傳感器(4個(gè))等主要部分組成。系統示意圖如圖1所示。4個(gè)TCA稱(chēng)重傳感器完成10～3000 N·m量程段扭矩扳手的檢測功能，AT—150扭矩測量?jì)x將稱(chēng)重傳感器檢測到的扭矩值通過(guò)RS232串口發(fā)送給工控機，工控機根據在LabWindows CVI環(huán)境下編寫(xiě)的程序，通過(guò)PCI—1761采集卡控制伺服驅動(dòng)器，從而控制伺服電機的轉向和轉速，以不同的控制要求完成對扭矩扳手扭矩的加載和卸載。

1.2 硬件介紹

1.2.1 AT-150扭矩測量?jì)x

AT-150扭矩測量?jì)x，具有精度高、性能穩定、功能強大、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，主要用于扭矩峰值檢測。該測量?jì)x具有以下功能特點(diǎn)：1)熒光雙顯示屏，清晰直觀(guān);2)4通道傳感器輸入;3)自動(dòng)零位跟蹤功能;4)全面板式數字調校及工作參數設置;5)模擬、數字濾波參數設置;6)4種力矩單位示值自動(dòng)轉換;7)峰值保持及第一峰值保持;8)6組預設值及超差設置。

AT-150扭矩測量?jì)x與工控機通過(guò)RS232接口連接，AT-150扭矩測量?jì)x與TCA稱(chēng)重傳感器的連接如圖2所示。圖中EX+：激勵正EX-：激勵負SIG+：信號正SIG-：信號負SH：屏蔽。

1.2.2 TCA稱(chēng)重傳感器

TCA稱(chēng)重傳感器材質(zhì)為不銹鋼，廣泛應用于懸掛容器稱(chēng)重、起重設備測力應用，船用、港口機的測力應用，材料試驗機應用等其他測力裝置。

1.2.3 PCI-1761采集卡

PCI-1761是一款PCI總線(xiàn)的繼電器輸出及隔離數字量輸入卡，它提供8路光隔離數字量輸入通道，在噪聲環(huán)境下為采集數字量輸入提供3750VDC的隔離保護;它帶有8個(gè)SPDT繼電器可以用作開(kāi)關(guān)控制設備或者小型電源斷路開(kāi)關(guān)。為了便于監控，每個(gè)繼電器都帶有一個(gè)紅色的LED指示燈，用來(lái)顯示繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。PCI-1761的8路光隔離輸入通道是噪聲環(huán)境或電位漂移下數字量輸入的理想選擇。

2 系統軟件設計

本系統主要完成兩個(gè)控制要求：手動(dòng)示值式扭矩扳手(指針式、數字式)、手動(dòng)預置式扭矩扳手的檢定，恒扭矩加載率控制要求。手動(dòng)示值式扭矩扳手(指針式、數字式)的檢定需要結合手動(dòng)操作;手動(dòng)預置式扭矩扳手的檢定程序，可以人工手動(dòng)檢定，也可以自動(dòng)檢定，在自動(dòng)檢定時(shí)，首先控制伺服電機以一定速度正轉，完成扭矩的加載過(guò)程，當扭矩扳手的實(shí)測值下降10%時(shí)，該實(shí)測值即是扭矩扳手的實(shí)際扭矩值，此時(shí)，控制伺服電機以一定速度反轉，完成扭矩的卸載過(guò)程，并按國家標準JJG707—2003要求，自動(dòng)判斷扭矩扳手是否合格，將檢定結果記錄在表格和數據庫中。如果在加載過(guò)程中，為了防止扭壞扭矩扳手，當扭矩的實(shí)測值超過(guò)待測扭矩扳手的扭矩值的10%時(shí)，控制伺服電機反轉，進(jìn)行卸載。恒扭矩加載率控制方框圖如圖3所示，首先給定扭矩加載率，將實(shí)際扭矩加載率和給定扭矩加載率比較，如果實(shí)際扭矩加載率等于給定扭矩加載率，控制伺服電機保持目前加載速度不變;如果實(shí)際扭矩加載率小于給定扭矩加載率，控制伺服電機加速;如果實(shí)際扭矩加載率大于給定扭矩加載率，控制伺服電機減速。

2.1 初始化PGI-1761采集卡

PCI-1761采集卡和計算機通過(guò)PCI總線(xiàn)進(jìn)行通信。LabWindows CVI程序啟動(dòng)時(shí)對PCI-1761采集卡進(jìn)行了初始化，主要程序如下：

2.2 LabWindows CVI與AT-150扭矩測量?jì)x的通信

LabWindows CVI與AT-150扭矩測量?jì)x通過(guò)RS-232進(jìn)行通信，串口波特率為9600，數據位8位，停止位1位，偶校驗。主要程序如下：

ComWrt(comselect，startsample_SJ，7);//計算機向AT-150扭矩測量?jì)x發(fā)送命令

state=ComRd(comselect，readBuf，18);//計算機接收AT-150扭矩測量?jì)x發(fā)送的數據

根據AT-150扭矩測量?jì)x的通信協(xié)議，編寫(xiě)了相應的數據處理函數，方便的將扭矩值顯示在計算機上。

2.3 Access的初始化程序

在扭矩扳手檢定前需要將扭矩扳手的信息錄入到數據庫中，程序中設計了“錄入”界面;在扭矩扳手檢定后需要給出打印報告，并將檢定結果存儲到數據庫中。在程序安裝以前需要在“管理工具”中用“ODBC數據源”配置數據庫，Access的初始化程序如下：

if(SQLDBint(NJ_db1)==FAIL)

{ MessagePopup(“錯誤”，“數據庫初始化失敗”);

return-1;

}

hdbc=SQLDBDSNConnect(NJ_db1，“SJK”，“admin”，“”);

3 試驗結果

試驗結果如圖4所示，圖中的“檢定次數”欄中設定扭矩扳手的檢定次數，可以自動(dòng)完成扭矩扳手的檢測，界面上設置有“超限”和“檢定點(diǎn)”指示燈，用于指示扭矩值超量程和扭矩的實(shí)測值。界面中的“證書(shū)編號”可以自動(dòng)生成，選擇了“檢定點(diǎn)”的個(gè)數后，表格中的檢定點(diǎn)自動(dòng)生成。界面中的左下方為電機控制區域，右下方為扭矩儀表控制區域。

通過(guò)對不同量程扭矩扳手的連續檢測發(fā)現，LabWindows CVI可以實(shí)時(shí)的用收到的數據按照國家標準IJG707—2003計算出被測扭矩扳手符合的的精度等級，并可以依據系統數據庫中存儲的信息自動(dòng)對檢定結果是否合格進(jìn)行判斷，反應迅速。

4 結束語(yǔ)

文中研制了一種扭矩扳手自動(dòng)檢測系統，數據處理平臺基于LabWindows CVI的數據采集系統，給出了系統的軟硬件設計，介紹了系統的數據采集、傳輸、處理的整個(gè)流程，成功實(shí)現了LabWindows CVI對扭矩扳手數據的處理，及扭矩扳手檢定點(diǎn)的自動(dòng)和手動(dòng)的控制。通過(guò)現場(chǎng)應用表明，該系統達到了設計要求，效果良好。