河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)數(shù)控加工在線監(jiān)控系統(tǒng)的研究王世剛陳集馬玉林2 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)機(jī)床與微機(jī)專用通訊接口和系統(tǒng)軟件。為數(shù)控機(jī)床的進(jìn)！步改造及質(zhì)量保證系統(tǒng)中自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难芯刻峁┝吮匾募夹g(shù)支持。

　　271：A數(shù)控技術(shù)的本質(zhì)是實(shí)施數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和軟件控制，從而使制造業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化二十世紀(jì)八十年代初，現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，國際上出現(xiàn)了柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS），它們被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。FMS系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看，包括加工系統(tǒng)工件流系統(tǒng)、刀具流系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，其中監(jiān)控系統(tǒng)是質(zhì)量保證功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　加工尺寸在線監(jiān)控系統(tǒng)主要以加工過程中的各種尺寸參數(shù)為對(duì)象，實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)時(shí)處理，并做出相應(yīng)的質(zhì)量控制反饋，以保證產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)加工過程中斷的恢復(fù)也需要通過監(jiān)控系統(tǒng)采集和存儲(chǔ)加工過程中產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)，以便分析加工過程的質(zhì)量信息。

　　本系統(tǒng)是在開發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了基于微機(jī)的抗干擾能力強(qiáng)實(shí)時(shí)性好和多任務(wù)并行處理的在線監(jiān)控系統(tǒng)1在線監(jiān)控系統(tǒng)的組成基于微機(jī)的在線監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成接觸測(cè)頭傳感器：當(dāng)它與工件接觸時(shí)，發(fā)出一開關(guān)信號(hào)；X/Y方向直線位移傳感器及相關(guān)二次儀表（GX-A型中科院研制）；用于記錄X/Y方向坐標(biāo)值，并以BCD碼形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；32路BCD碼接口板）；用于將光柵的尺寸信息傳輸給計(jì)算機(jī)；基金項(xiàng)目：國防科工委“九五”預(yù)研項(xiàng)目資助（13.1.1）專用通訊接口（SCIC）（自設(shè)計(jì)與開發(fā)）；根據(jù)控制計(jì)算機(jī)的指令，驅(qū)動(dòng)測(cè)頭運(yùn)動(dòng)，完成計(jì)算機(jī)與加工中心的信息傳遞；微機(jī)相關(guān)監(jiān)控軟件：用來在計(jì)算機(jī)上控制加工中心的運(yùn)行，它是基于微機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)的核心。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，如所示2監(jiān)控系統(tǒng)硬件裝置及接口結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制，要將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種被測(cè)參數(shù)按要求的方式傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算處理之后，將結(jié)果以數(shù)字的形式輸出，此時(shí)，也要把該輸出轉(zhuǎn)化為適合于生產(chǎn)過程的控制量。所以，在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換裝置，這種連接裝置稱為輸出輸入過程通道W河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)本系統(tǒng)分為前向通道接口和后向通道接口前向通道：是被測(cè)對(duì)象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號(hào)輸入通道；在該通道中主要是與傳感器有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)、變換電路，也稱為傳感器接口通道；觸發(fā)式測(cè)頭、光柵及其接口屬于前向通道后向通道：是對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理的輸出通道，其結(jié)構(gòu)與控制對(duì)象及控制Fig.2Structuralprindples任務(wù)密切相關(guān)一般完成小信號(hào)輸出，大功率控制的功能XY向交流伺服驅(qū)動(dòng)電源及其與微機(jī)的接口屬于后向通道2.1光柵尺的工作原理及安裝21.1光柵尺的工作原理在高精度數(shù)控機(jī)床上，使用光柵作為位置檢測(cè)裝置它是將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由于激光技術(shù)的發(fā)展，光柵制作精度得到很大提高，現(xiàn)在光柵精度可達(dá)到微米級(jí)，通過細(xì)分電路分辯率可達(dá)到0.1m，甚至更高本。

　　耦，使兩個(gè)電路的地電位完全隔離開，這樣地電位即使不同也不會(huì)造成干擾進(jìn)入電阻排，上拉電阻使電路在光耦不通的情況下，處于高阻狀態(tài)，導(dǎo)通的信號(hào)通過74Ls14p整型濾波電路形成規(guī)則的信號(hào)進(jìn)入緩沖存儲(chǔ)器，當(dāng)計(jì)算機(jī)指令通過b）的四選一功能電路，選通k1，k2，k3，k4之一后，相應(yīng)緩存內(nèi)的信號(hào)送入緩存245中，在計(jì)算機(jī)傳來的使能信號(hào)k5控制下，*終完成信號(hào)的輸出2.3數(shù)控機(jī)床與上位控制計(jì)算機(jī)通訊接口床的數(shù)控裝置需要與下列設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和信息通訊；數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備；外部機(jī)床控制面板；通用手搖脈沖器；進(jìn)給驅(qū)動(dòng)線路和主軸驅(qū)動(dòng)線路隨著工廠自動(dòng)化（FA）和CIMS的發(fā)展，數(shù)控裝置作為FA或CIMS結(jié)構(gòu)中的一個(gè)層次，除了與數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備相連外，還要與上位控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，因此還應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)通訊的功能計(jì)算機(jī)之間的通訊技術(shù)是比較成熟的，而計(jì)算機(jī)與加工中心通訊并不容易，且現(xiàn)有絕大部分加工中心并不是為網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的。絕大多數(shù)情況下通過串行口（RS- 232C）不能傳送控制指令。因此，要實(shí)現(xiàn)上位控制計(jì)算機(jī)與加工中心全面的通訊，必須另外開發(fā)專用的通訊接口單元。筆者的初始化模塊實(shí)現(xiàn)各種初始化參數(shù)，如：脈沖當(dāng)~量（PULEQU），定時(shí)器1及定時(shí)器2的工作方斷查詢模塊在檢測(cè)過程中，由于測(cè)頭的觸發(fā)信號(hào)是隨機(jī)的，依據(jù)系統(tǒng)的要求，在觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)達(dá)到：1）計(jì)算機(jī)能夠接受并識(shí)別此信號(hào)；2）接受信號(hào)后控制機(jī)床在各軸向的止動(dòng)；3）同時(shí)讀入光柵尺的傳輸信號(hào)，并進(jìn)行處理為了達(dá)到以上目的，采取三種工作方式：其一，截取中斷號(hào)為0x72的軟中斷，在發(fā)出控制信號(hào)前，用此中斷對(duì)觸發(fā)信號(hào)輸入口進(jìn)行查詢通過反饋信號(hào)來決定程序的執(zhí)行方向；其二，利用計(jì)算機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器中斷，由于微機(jī)系統(tǒng)以每秒18.2次進(jìn)行時(shí)鐘硬中斷（IRQ1），在其中又進(jìn)行了軟中斷的調(diào)用，那么，利用它可以以每秒18.2次的頻率來激活內(nèi)存駐留程序，進(jìn)行定時(shí)后臺(tái)查詢其三，軟件查詢方式光柵顯示模塊。為了構(gòu)成閉環(huán)檢測(cè)控制系統(tǒng)，光柵傳輸?shù)臄?shù)據(jù)應(yīng)實(shí)時(shí)顯示，并能存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)文件中以便于進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及完成以后的自適應(yīng)補(bǔ)償控制。光柵傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是以BCD碼的形式存在，通過對(duì)位運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)本模塊的功能有：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多點(diǎn)顯示、單點(diǎn)顯示和誤差分離。

　　方向控制模塊。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定各軸的進(jìn)給方向，各個(gè)方向?qū)?yīng)不同的參數(shù)設(shè)置端口操作及時(shí)序關(guān)系進(jìn)給控制模塊。參照調(diào)速電位器的控制方式及工作原理，來設(shè)計(jì)完成控制進(jìn)給速度工作方式的子函數(shù)（如控制進(jìn)給速度增加SETFEEDINCRECE）時(shí)序關(guān)系包括快速進(jìn)給控制、微動(dòng)進(jìn)給控制及進(jìn)給倍率控制。

　　主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整模塊通過設(shè)置控制主軸轉(zhuǎn)速工作方式的子函數(shù)（如控制主軸轉(zhuǎn)速增加SETROTATINCREASE）時(shí)序關(guān)系完成此功巨自動(dòng)檢測(cè)模塊。對(duì)檢測(cè)路徑實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)化插補(bǔ)算法的控制，在不丟步及不增步的前提下能實(shí)現(xiàn)盡可能快的進(jìn)給速度的插補(bǔ)算法以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速的軌跡規(guī)劃控制，并兼顧插補(bǔ)輸出的位置精度和檢測(cè)效率4結(jié)論本文對(duì)數(shù)控加工在線監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了較全面的試驗(yàn)研究，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的監(jiān)控方面的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)造了基于微機(jī)的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，制作了專用通訊接口卡；采用VC+ +編制了基于WINDOWS的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行處理；采用數(shù)字脈沖技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)了前向及后向監(jiān)控通道的控制軟件。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行多次運(yùn)行操作，實(shí)測(cè)了大量數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明本系統(tǒng)實(shí)際使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)