拉絲?？仔蜋z測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

文懷興 楊永濤 張玉杰

（陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安 710021）

硬質(zhì)合金拉絲模是生產(chǎn)金屬絲材的重要工具之一，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣將直接影響金屬絲材的產(chǎn)量和質(zhì)量，尤其是在高速拉絲機(jī)中。模具孔型結(jié)構(gòu)參數(shù)及各部分尺寸是模具質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這就要求在模具生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)者要及時(shí)掌握這些參數(shù)，以便進(jìn)行必要的研磨修正，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此，選擇合適的測(cè)量系統(tǒng)是快速、精確測(cè)量模具孔型的關(guān)鍵。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)在工業(yè)中進(jìn)行自動(dòng)化的控制與監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 拉絲?？仔徒Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)

拉絲?？椎妮S向結(jié)構(gòu)如圖1所示，按工作性質(zhì)可分入口錐A、壓縮錐B、定徑帶C和出口錐D等4部分。模具在生產(chǎn)過(guò)程中拉絲模的內(nèi)徑輪廓很重要，它決定著壓縮線材所需的拉力，并影響拉拔后線材中的殘余應(yīng)力。

拉絲?？仔蜋z測(cè)系統(tǒng)主要測(cè)量的是軸向參數(shù)，包括入口錐、工作錐、定徑帶長(zhǎng)度和工作錐角度（2β，2γ）。比如壓縮錐錐角2γ，主要用于確定拉拔力的大小:2γ過(guò)大，則金屬絲在變形區(qū)中的流線急劇轉(zhuǎn)彎，從而導(dǎo)致附加剪切變形增大而造成模具破裂;2γ過(guò)小，金屬絲與模壁工作面的接觸面積增大，從而增大金屬絲與?？椎哪Σ亮κ估瘟υ龃蟆?/p>

2 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉絲模內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使測(cè)量器具活動(dòng)空間受到限制，操作調(diào)整不便，對(duì)小孔、深孔的測(cè)量難度更大。合理的機(jī)械設(shè)計(jì)是拉絲模孔型測(cè)量系統(tǒng)的核心。?？锥◤綆У淖钚≈睆綖?.5 mm，一般的測(cè)量方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔參數(shù)的直接測(cè)量。因此，采用如圖2所示的探針式接觸測(cè)量，其測(cè)量原理為:電動(dòng)機(jī)4通過(guò)齒輪傳動(dòng)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)模具1水平移動(dòng)，從而使探針2產(chǎn)生垂直位移。探針的微小位移變化，被位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出。這種間接測(cè)量將拉絲?？纵S向變化通過(guò)位移傳感器轉(zhuǎn)換為徑向位移，最終達(dá)到測(cè)量的目的。

3 上位機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件以32位的Windows XP操作系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并采用支持可視化編程的集成環(huán)境Visual Basic.NET作為開(kāi)發(fā)工具。

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成:發(fā)送命令模塊，接收數(shù)據(jù)模塊，繪制圖形模塊及運(yùn)算處理模塊。該應(yīng)用軟件運(yùn)行后，控制系統(tǒng)直接進(jìn)入主界面，用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集命令發(fā)送、接收數(shù)據(jù)、進(jìn)行曲線擬合處理，算出入口錐角，最后進(jìn)行相應(yīng)結(jié)果的優(yōu)化和整理，保存采集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。上位機(jī)軟件運(yùn)行主界面如圖3所示。

3.1 系統(tǒng)功能

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是完成對(duì)下位機(jī)采集的拉絲模具的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并對(duì)其進(jìn)行分析和處理，最后得到需要的參數(shù)，包含的主要功能有:

（1）啟動(dòng)下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 下位機(jī)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口上傳至上位機(jī)，作為上位機(jī)軟件進(jìn)行后續(xù)分析的數(shù)據(jù)來(lái)源。

（2）數(shù)據(jù)處理和分析 上位機(jī)軟件通過(guò)對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，計(jì)算出拉絲?？仔偷南嚓P(guān)參數(shù)，包括入口錐、工作錐角度、工作錐和定徑帶長(zhǎng)度等。

（3）采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的存儲(chǔ) 上位機(jī)軟件將對(duì)每次采集結(jié)果按照測(cè)量的模具類型和模具名的方式來(lái)分別存儲(chǔ)，方便于對(duì)不同模具的測(cè)量和記錄。

（4）歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表打印 可以根據(jù)模具類型、模具名稱以及測(cè)量時(shí)間來(lái)查詢之前測(cè)量過(guò)的模具數(shù)據(jù)，并可以圖形方式打印輸出。

（5）用戶管理 系統(tǒng)對(duì)每個(gè)操作員設(shè)置一個(gè)用戶名和密碼，并且系統(tǒng)將記錄每個(gè)操作員的操作信息，包括登錄時(shí)間、退出時(shí)間等。

3.2 數(shù)據(jù)采集界面

模具位置調(diào)整好之后，點(diǎn)擊“立即采集”按鈕，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成時(shí)，單擊“原始曲線”按鈕之后會(huì)在左邊的坐標(biāo)系內(nèi)顯示原始曲線，顏色為綠色。如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)查詢界面

在統(tǒng)計(jì)查詢界面下可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、繪圖、生成報(bào)表以及打印功能。用戶可通過(guò)對(duì)拉絲模型號(hào)進(jìn)行設(shè)置，可以查找到對(duì)應(yīng)型號(hào)模具在數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)曲線。歷史數(shù)據(jù)顯示了從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的對(duì)用戶有用的信息，如檢測(cè)時(shí)間、入口錐角、工作錐的角度（出口錐角）、工作錐的長(zhǎng)度和定徑帶的長(zhǎng)度;趨勢(shì)曲線圖顯示一段時(shí)間該編號(hào)型號(hào)的工作錐角度（出口錐角）的趨勢(shì)變化曲線，同時(shí)當(dāng)用戶單擊某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的測(cè)量記錄時(shí)，還可以顯示該時(shí)刻的歷史測(cè)量曲線。統(tǒng)計(jì)查詢界面如圖5所示。

當(dāng)用戶單擊“生成測(cè)試報(bào)表”按鈕，會(huì)生成一個(gè)測(cè)試報(bào)表，該報(bào)表直接在Word2003下生成，形象直觀，方便用戶查看操作。生成的報(bào)表如圖6所示。

3.4 軟件的操作流程

這里使用的是VB.NET中的串口通信控件Serial-Port。利用函數(shù)發(fā)送具有特定意義的字符命令來(lái)實(shí)現(xiàn)事件的驅(qū)動(dòng)。例如:要實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的鏈接測(cè)試，相關(guān)函數(shù) SendData（CTE，SP1）發(fā)送連接命令 CTE（Command－Test－End），如圖7所示。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 上位機(jī)接收到下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)以曲線的形式顯示出來(lái)。下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)是12位的二進(jìn)制數(shù)，每一個(gè)數(shù)據(jù)使用2個(gè)字符來(lái)表示。上位機(jī)接收到二進(jìn)制字符之后，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。方法是:高字節(jié)×256+低字節(jié)=十進(jìn)制數(shù)。然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存到數(shù)組中，將數(shù)組中的數(shù)再在圖片框中顯示出來(lái)。

（2）數(shù)據(jù)低通濾波 采集上來(lái)的數(shù)據(jù)由于存在誤差，為了盡量減小誤差，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。使用低通濾波可以減小誤差較大的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，也就是高頻成分。所以，采用低通濾波中的移動(dòng)平均法來(lái)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（3）分段直線擬合 在數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，采用分段最小二乘法對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合。所以在對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波之后，對(duì)其進(jìn)行分段直線擬合，恢復(fù)其實(shí)際的線段狀態(tài)，然后才能進(jìn)一步計(jì)算出需要的夾角參數(shù)。

（4）夾角計(jì)算方法 利用兩角差的正切公式，計(jì)算兩條直線的夾角。tan（α－β）=（tanα－tanβ）/（1+tanαtanβ）。其中，α是第1條直線的傾斜角，tanα=k1是第1條直線的斜率;β是第2條直線的傾斜角，tanβ=k2是第2條直線的斜率;α－β就是兩條直線的夾角。然后，再利用反正切函數(shù)求出α－β，并且取其絕對(duì)值。

5 結(jié)語(yǔ)

以VB.NET為開(kāi)發(fā)工具，在Windows環(huán)境下編寫一個(gè)針對(duì)拉絲?？仔蛿?shù)據(jù)測(cè)量的可視化圖形操作界面，該界面能夠快速、準(zhǔn)確地顯示出濾波后拉絲?？仔偷慕Y(jié)構(gòu)曲線，最后對(duì)該曲線進(jìn)行分段線性擬合，得到所需要的重要參數(shù)。同時(shí)將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行保存并可根據(jù)需要打印出測(cè)量結(jié)果。針對(duì)不同工藝要求的拉絲模建立起模具數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到在生產(chǎn)中快速測(cè)量與修復(fù)的目的。與以前的測(cè)量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)工作過(guò)程更加自動(dòng)化、系統(tǒng)功能更加完善化、計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確化。經(jīng)使用表明，拉絲?？仔蜏y(cè)量?jī)x性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。

［1］張玉杰，鄭晨升，蔡陳替.拉絲?？仔蜏y(cè)量?jī)x的研制［J］.冶金自動(dòng)化，2005（1）:63－65.

［2］李亞非，鄭玉，張軍強(qiáng)，等.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程［M］.南京:南京大學(xué)出版社，2009.

［3］蔡宏.Visual Basic.NET案例開(kāi)發(fā)集錦［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.