基于虛擬儀器技術(shù)的木板自動(dòng)分選系統

　　系統軟件選擇了虛擬儀器軟件 LabVIEW。軟件實(shí)現的功能為：（1）對積分球輸出的電壓進(jìn)行測量；（2）計算出被測物的色差值；（3）根據用戶(hù)的要求設定色差的范圍；（4）按分選結果輸出相應的控制信號，將同一色差范圍木板分選在一起；（5）數據存儲和顯示。

　　2 硬件組成

　　系統由探測器、信號調理模塊、數據采集卡（DAQ 卡）、個(gè)人計算機（PC 機）和執行機構等組成。系統結構圖如圖2 示。

　　圖2 系統的結構圖

　　探測器包括光源、濾色片和積分球等。積分球的基本原理是光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)濾光片照射到待測的樣本上，不同顏色的樣本會(huì )反射不同波段的光，反射的光一部分光被吸收井吸收，另外一部分光反射到積分球壁上的三個(gè)硅光電池上。當不同波段和強度的光照在硅光電池上，電池會(huì )產(chǎn)生不同大小的電壓。三個(gè)硅光電池產(chǎn)生的電壓反映該樣本的三個(gè)刺激值。積分球內的硅光電池輸出的是微弱電壓，需要實(shí)現電壓濾波和放大的信號調理功能。信號調理模塊采用NI的SCXI，包括機座SCXI-1000、應力應變模塊組SCXI-1520 和SCXI-1314，調理模塊提供1～1000 的增益、10Hz～10kHz 的可編程模擬濾波器、0～10V 的激勵直流電壓、自動(dòng)調零、橋路補償等功能，還可以調理一般的模擬電壓。在系統中，通過(guò)軟件選擇了10Hz 的硬件濾波。

　　數據采集卡采用 NI 的PCI-6024E 型DAQ 卡，是基于PCI 總線(xiàn)的12 位多功能數據采集卡，最高采樣速率200kS/s，16 個(gè)單端模擬輸入（或8 個(gè)差分模擬輸入），8 個(gè)數字輸入/輸出，2 個(gè)模擬輸出，2 個(gè)20MHz、24 位計數器/定時(shí)器，實(shí)現A/D、D/A 功能。PC 機的CPU 為 AMD 2500+（64 位），主頻為1.4GHz，內存512Mb。執行機構采用日本東方電機生產(chǎn)的 5 相步進(jìn)電機UPK596BW2，其基本步距角為0.72°，保持轉矩2.1N·m，轉動(dòng)慣量J 為1400×10-7kg·m2，配合使用的驅動(dòng)器為UDK5114NW2，功能是模擬現場(chǎng)的分選機構，執行轉向命令。

　　3 軟件設計

　　利用圖形化的虛擬儀器軟件 LabVIEW 專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)版編寫(xiě)操作界面，配有Report GenerationToolkit 工具包。

　　軟件采用模塊化的思想，將整體結構分為主操作控制模塊、自動(dòng)檢測模塊、信息處理模塊和輔助模塊，并分頁(yè)顯示。每個(gè)模塊下又細分為子模塊，如數據儲存子模塊、報表顯示打印子模塊、歷史回訪(fǎng)子模塊、重要參數修改子模塊（需要輸入密碼才可見(jiàn)參數值）、統計分析子模塊（顯示最大值、最小值和平均值等）、幫助系統子模塊、用戶(hù)管理子模塊等。以數據儲存子模塊為例，當信號采集完成后，數據直接存入 EXCEL，格式為時(shí)間、日期、三刺激值、色差等參數，并同時(shí)在數據旁邊描繪出散點(diǎn)圖。

　　主操作控制界面分為控制和顯示兩個(gè)區，實(shí)現對數據采集的控制和顯示。顯示部分包括三個(gè)通道輸出電壓、三刺激值、L*?a*?b*、色差△E 等顯示，超過(guò)極限亮燈顯示并且發(fā)出鳴叫聲音，日期時(shí)間顯示，變化趨勢顯示等；控制部分包括存儲數據頻率、控制開(kāi)關(guān)、初始值、極限值等設置，主操作界面見(jiàn)圖3 所示。程序最后生成.EXE 的文件，脫離LabVIEW 運行。

　　圖3 主操作界面

　　4 標定與誤差分析

　　系統與高精密的毫伏表（精度為 0.01mV）同時(shí)測量微弱電壓，在范圍0～500mV 選擇45 個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行比較，系統測量誤差絕對值最大為2.1mV，平均為0.9mV；相當誤差絕對值最大為1.2％，平均為1.0％。以上海精密科學(xué)儀器有限公司的 WSC—S 測色色差計為標準，進(jìn)行標定試驗，測量數據如表1 所示。WSC—S 測色色差計是一種性能優(yōu)越，用途廣泛而又操作方便的測色計，適用于測定各種物體的反射色，測試頭幾何條件滿(mǎn)足CIE 規定，配有標準白板用以校正?？梢詼y試物體的白度、色度以及色差，數字顯示。