基于軟件的精密機(jī)械元件質(zhì)量檢測機(jī)理研究

1、基于軟件的精密機(jī)械元件質(zhì)量檢測機(jī)理研究基于軟件的精密機(jī)械元件質(zhì)量檢測機(jī)理研究摘摘要：要：本文基于計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代傳感技術(shù)研究精密機(jī)械元件質(zhì)量軟檢測系統(tǒng)，項目緊密聯(lián)系企業(yè)實際需求進(jìn)行研究開發(fā)，實現(xiàn)精密機(jī)械元件的自動化檢測和生產(chǎn)質(zhì)量控制。在恒溫控制元件的質(zhì)量檢測中，本文選用價格比較低的接觸式位移傳感器，研究高效的計算機(jī)軟件來完成檢測，達(dá)到降低成本、提高檢測精度和性能的目的。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：恒溫元件；檢測；位移；溫度1. 引言長三角地區(qū)已經(jīng)成為全國重要的制造業(yè)基地，中小規(guī)模的精密機(jī)械元件加工制造廠在數(shù)量上越來越多，生產(chǎn)制造的精密機(jī)械元件廣泛用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電腦、汽車、家用電器等產(chǎn)品，元件加工制造

2、質(zhì)量也不斷提升。但是，大部分生產(chǎn)企業(yè)普遍規(guī)模較小，缺乏研發(fā)技術(shù)人才，創(chuàng)新能力較弱，可持續(xù)發(fā)展能力不強(qiáng)，急需提升技術(shù)研發(fā)實力。對于精密機(jī)械元件加工制造廠，其產(chǎn)品質(zhì)量檢測和生產(chǎn)質(zhì)量控制是企業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于技術(shù)及資金投入少，很多中小規(guī)模的企業(yè)都停留在傳統(tǒng)的人工檢測階段，生產(chǎn)效率比較低，產(chǎn)品質(zhì)量很難達(dá)到國際大廠商的要求。國外規(guī)模大、實力強(qiáng)的精密機(jī)械元件加工制造企業(yè)，會投入大量資金來研究開發(fā)精密機(jī)械元件質(zhì)量檢測系統(tǒng)，目前普遍采用價格昂貴的激光傳感器、位移傳感器、高精度工業(yè)相機(jī)等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，研究開發(fā)專用的檢測設(shè)備，實現(xiàn)精密機(jī)械元件的質(zhì)量檢測，其生產(chǎn)加工的精密機(jī)械元件通常能達(dá)到下游生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)格的質(zhì)量要求

3、。由于這樣的檢測設(shè)備開發(fā)成本高，銷售價格非常高，國內(nèi)大部分中小企業(yè)都沒有實力購買。國內(nèi)也有很多研究人員研究出了各種精密機(jī)械元件檢測方法和儀器，但成套設(shè)備購置成本通常比較高，檢測的具體實現(xiàn)方法和手段不能滿足不同的生產(chǎn)企業(yè)的實際需求。所以，研究一種靈活的以計算機(jī)軟件為核心，通過一定的傳感器來檢測精密機(jī)械元件質(zhì)量的檢測系統(tǒng)，對于降低設(shè)備成本、提高檢測效率非常重要。本文闡述了一種普遍應(yīng)用于汽車、摩托車、水龍頭等需要溫度控制的恒溫元件質(zhì)量檢測系統(tǒng)的研發(fā)機(jī)理，由于選用了價格較低的接觸式位移傳感器，通過計算機(jī)軟件來控制檢測過程，突出計算機(jī)軟件的在檢測中的核心作用，替代價格昂貴的硬件投入，達(dá)到降低成本、提高精

4、度和檢測效率的目的。2. 恒溫元件位移溫度特性恒溫元件的行程（位移）會隨著溫度的變化而變化，其溫度提升特性需要達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)才能正常的使用。在恒溫元件的研制階段，其溫度提升特性的檢測結(jié)果可以作為元件設(shè)計改進(jìn)的重要依據(jù)，在生產(chǎn)階段，恒溫元件生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品出廠前必須對其溫度提升特性進(jìn)行檢測，產(chǎn)品達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)后才能出廠。由于每次檢測時，需要緩慢提升溫度，一次完整的檢測耗費(fèi)的時間一般要兩個多小時，傳統(tǒng)的人工檢測方法已不能滿足高效的批量的檢測要求，而且，由于人工檢測所得到的數(shù)據(jù)精度不能保障，誤差比較大，導(dǎo)致檢測的可信度降低。本系統(tǒng)使用計算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、檢測和數(shù)據(jù)分析，各種控制功能均由計算機(jī)軟件來

5、實現(xiàn)，提高了檢測效率。同時，開發(fā)時使用傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法來設(shè)計開發(fā)檢測系統(tǒng)軟件，顯著降低了檢測設(shè)備的開發(fā)成本。各種恒溫元件由于使用的場合和用途不一樣，其所需的溫度提升特性也設(shè)計得不一樣，如型號為 SF/0168-1A 的恒溫元件主要用于摩托車加濃閥，型號為SH09-WB/01A 的恒溫元件主要用于水龍頭等器具的恒溫控制。這里簡單介紹一下 SH09-WB/01A 恒溫元件的溫度提升特性：將恒溫元件置于水中，將水溫緩慢升高，使得恒溫元件的溫度也緩慢升高，溫度從 6升到 20時，恒溫元件行程應(yīng)為 2.60.2 毫米，溫度從 20升到 30時，恒溫元件行程應(yīng)為2.250.12 毫米，溫度從 6升到 5

6、0時，恒溫元件行程應(yīng)小于 7 毫米。同時，需測試升溫特性和降溫特性的差別即滯后性，當(dāng)溫度上升到 20時，記錄下位移值，再當(dāng)溫度由高緩慢降低到位移值與此位移相等時，所對應(yīng)的溫度值與 20的差值就是滯后性，SH09-WB/01A 恒溫元件的滯后性要求小于 1。從恒溫元件的溫度提升特性來看，要檢測的數(shù)據(jù)非常多，檢測時間比較長，使用計算機(jī)軟件來替代人的操作和計算，將大大提高檢測的精度和可靠性。3. 檢測系統(tǒng)硬件構(gòu)成本系統(tǒng)硬件由位移傳感器、溫度傳感器、恒溫水槽、測試支架、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。圖 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖恒溫水槽具有加熱和制冷功能，水溫可控制在-10 攝氏度到 1

7、00 攝氏度之間，檢測時，將恒溫元件及溫度傳感器完全浸入水槽的水中。為了使得水溫均勻，需要開啟水槽的循環(huán)功能，使得水槽中的水不斷的流動。在測量位移時，需要達(dá)到 0.01 毫米的精度，可以選用接觸式的位移傳感器和非接觸式的位移傳感器1。非接觸式位移傳感器常見是激光傳感器，其精度比較高，能達(dá)到測量的要求，但是價格大約是接觸式的位移百分表的 5倍以上，考慮到本檢測設(shè)備主要是為中小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計，需要較低的設(shè)備購置成本，故采用接觸式的位移傳感器，即位移百分表。接觸式的位移百分表精度比激光傳感器低，但已能滿足本類元件的檢測要求。由于，接觸式的位移百分表工作溫度一般不超過 40 攝氏度，而恒溫元件的測

8、量范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過40 攝氏度，因此，設(shè)計時，在位移百分表的探針和測量元件之間加上一層隔熱的碳素棒，使得位移百分表能正常的工作。測量恒溫元件的溫度時，溫度傳感器的精度要求比較低，一般達(dá)到 0.1 攝氏度的精度即可以。鉑電阻因具有測溫范圍大、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好等特點(diǎn)，工業(yè)上被廣泛應(yīng)用2，本項目選用 PT100 鉑電阻和溫度校準(zhǔn)電路作為溫度檢測傳感器，溫度傳感器輸出的是模擬電壓信號，要得到實際的溫度值，需要經(jīng)過多個步驟才能得出3，本文選用數(shù)據(jù)采集卡的 16 位 AD 采集端口將測得的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值大小。4. 檢測系統(tǒng)軟件開發(fā)本系統(tǒng)軟件有四個核心的子模塊，如圖 2 所示。其中 SF/0168-1A

9、 參數(shù)檢測模塊和 SH09-WB/01A 參數(shù)檢測模塊分別用于兩種型號的恒溫元件位移溫度提升特性的檢測。串口調(diào)試模塊用于接收位移傳感器的數(shù)據(jù)，以便分析位移傳感器是否正常工作。溫度參數(shù)調(diào)試模塊用于溫度傳感器的系數(shù)調(diào)校。系統(tǒng)可檢測多種規(guī)格的恒溫元件質(zhì)量參數(shù)，且該系統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)具有自動調(diào)校功能，以便在使用時可以更換不同的溫度傳感器。圖 2恒溫元件質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件模塊圖溫度檢測使用查表法來實現(xiàn)，在溫度校準(zhǔn)時，記錄標(biāo)準(zhǔn)的溫度計的溫度值與PT100 溫度檢測模塊輸出的電壓值，每隔 1 攝氏度記錄一個數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中形成一張溫度-電壓轉(zhuǎn)換表。這樣，當(dāng)實際測量溫度時，可以通過查表法來換算出實際溫度。同時，

10、測量時的數(shù)據(jù)采用中值濾波法進(jìn)行濾波，使得測量到的數(shù)據(jù)更加可靠準(zhǔn)確。檢測系統(tǒng)軟件開發(fā)目前有兩種常用的方法，一種是使用如 LabVIEW、LabWindows/CVI 等虛擬儀器專用開發(fā)工具來開發(fā)測試系統(tǒng)4，另一種是用通用的軟件開發(fā)工具來開發(fā)測試系統(tǒng)。前一種開發(fā)工具比較適合開發(fā)一些功能相對簡單，步驟比較少的測試軟件，并提高軟件的通用性5，后一種軟件開發(fā)工具是面向所有計算機(jī)應(yīng)用的軟件開發(fā)工具，在開發(fā)階段難度比較大，但是其靈活性好，功能更加強(qiáng)大。所以本文采用后一種開發(fā)工具來開發(fā)檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)在設(shè)計初期選用 Visual Basic 程序設(shè)計語言和軟件開發(fā)工具來開發(fā)，基本上滿足檢測設(shè)備的要求。后期嘗試

11、選用 C#等設(shè)計語言和工具來開發(fā)，使得軟件系統(tǒng)更易于維護(hù)，功能更易于擴(kuò)展，更適合開發(fā)功能不同的精密元件質(zhì)量檢測系統(tǒng)。5. 檢測效果分析檢測系統(tǒng)可以同時進(jìn)行四個恒溫元件的檢測，這樣就可以將質(zhì)量達(dá)標(biāo)的恒溫元件與新生產(chǎn)的恒溫元件同時進(jìn)行檢測，通過對比觀察，以檢驗測試系統(tǒng)是否可靠運(yùn)行。四路檢測的數(shù)據(jù)可以通過鼠標(biāo)自由切換顯示，測量結(jié)果會實時的計算并顯示出來。檢測效果如圖 3 所示。由于實現(xiàn)了自動的檢測，當(dāng)檢測人員將四個恒溫元器件安裝固定到檢測支架上后，運(yùn)行檢測系統(tǒng)，就可以觀察到檢測到的實時數(shù)據(jù)，并可通過由實時數(shù)據(jù)繪制的曲線來觀察系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。通過大量的檢測數(shù)據(jù)分析，本檢測系統(tǒng)軟件能可靠的運(yùn)行，操作簡便

12、，檢測精度達(dá)到恒溫元件的測量要求。由于每一次檢測都需要兩個小時以上的時間，檢測過程無需人工干預(yù)，檢測人員在運(yùn)行檢測系統(tǒng)后，就不需要做任何操作，這樣大大降低了檢測人員的工作強(qiáng)度，提高了檢測的可靠性和數(shù)據(jù)的可信度。圖 3 恒溫元件檢測結(jié)果分析6. 結(jié)束語本文闡述的恒溫元件質(zhì)量檢測系統(tǒng)研究開發(fā)原理可以適用于大部分精密機(jī)械元件的質(zhì)量檢測，只要根據(jù)具體的元件檢測參數(shù)選用合適的傳感器，將檢測系統(tǒng)軟件部分稍作修改，就可以檢測新的精密機(jī)械元件，這樣可以使得研發(fā)成分顯著的降低。從而使得一些中小規(guī)模的精密機(jī)械元件加工企業(yè)有條件購買或研發(fā)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，提高生產(chǎn)加工產(chǎn)品的質(zhì)量和市場競爭力。參考文獻(xiàn)：1 黃柳;余桂英;鄭穎君. 微小深度尺寸現(xiàn)場測量系統(tǒng)的研究J.光學(xué)技術(shù)，2011,33(5):556-561.2 劉少強(qiáng),張靖,莊哲民.三線制鉑電阻高精度測溫方法J.自動化儀表,2002(11).20-263 National instrument . TestStand user ManualM .Tes