基于labview的大型機(jī)組激光對(duì)中精密檢測(cè)系統(tǒng)

唐晨　張茂云　陳風(fēng)龍

【摘 要】本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傾角儀測(cè)試數(shù)據(jù)及PSD測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤采集，并采集數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，方便了工作人員對(duì)設(shè)備的掌控和操作。

【關(guān)鍵詞】激光對(duì)中；數(shù)據(jù)采集；labview

中圖分類(lèi)號(hào)： TH744.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）35-0250-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.109

【Abstract】This system realizes the real-time tracking and acquisition of inclinometer test data and PSD test data， and collects data for fitting processing，which facilitates staff control and operation of the equipment.

【Key words】Laser alignment；Data acquisition；Labview

在大型化、規(guī)?；I(yè)的今天，大型機(jī)組已經(jīng)是重型機(jī)械、船舶行業(yè)、熱電行業(yè)、石油化工等領(lǐng)域的主要?jiǎng)恿鬏斣O(shè)備，而大型機(jī)組的心臟是軸系，軸系的對(duì)中技術(shù)成熟與否，對(duì)這些行業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響。課題組針對(duì)大型機(jī)組對(duì)中找正難的問(wèn)題，采用了LD/PSD（激光/位置敏感探測(cè)器）技術(shù)，建立機(jī)組長(zhǎng)距離激光漂移的修正模型與基準(zhǔn)光測(cè)量的工程校正模型，研制了大型機(jī)組激光對(duì)中精密檢測(cè)設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)激光對(duì)中設(shè)備）[1][2]。本文基于labview研制了配合大型機(jī)組激光對(duì)中精密檢測(cè)設(shè)備使用的上位機(jī)系統(tǒng)，可解決大型機(jī)組對(duì)中裝配、調(diào)修、找正等測(cè)量工藝難題。本系統(tǒng)以電腦作為上位機(jī)，激光對(duì)中設(shè)備作為下位機(jī)，采用Zigbee技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，用Labview實(shí)現(xiàn)傾角儀測(cè)試數(shù)據(jù)及PSD測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤采集。

1 激光對(duì)中精密檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

激光對(duì)中精密檢測(cè)設(shè)備由激光器發(fā)出準(zhǔn)直基準(zhǔn)光束，PSD接收光點(diǎn)位置坐標(biāo)、傾角裝置檢測(cè)角度信息，根據(jù)對(duì)中數(shù)學(xué)模型計(jì)算出對(duì)中的調(diào)整數(shù)據(jù)。角度數(shù)據(jù)采用加速度傾角傳感器獲取，其模擬信號(hào)需經(jīng)處理電路讀取并送入本系統(tǒng)中，光點(diǎn)的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)利用PSD獲得，PSD輸出的是微弱電流信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)放大、I/V轉(zhuǎn)換，將其位置信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，最后將電壓信號(hào)送入高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將模擬量的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，數(shù)據(jù)量通過(guò)ATMEGA8單片機(jī)處理后，經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸ZAGBE模塊傳送到本系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要實(shí)現(xiàn)了傾角儀數(shù)據(jù)采集、PSD數(shù)據(jù)采集并模擬位置顯示、測(cè)試數(shù)據(jù)擬合曲線及誤差顯示、測(cè)試數(shù)據(jù)excel表格導(dǎo)出等功能。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用labview2015編寫(xiě)上位機(jī)界面程序，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行編程，有利于后續(xù)的維護(hù)工作。軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

2.1 labview數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)與下位機(jī)的通訊采用的是Zigbee技術(shù)，Zigbee通過(guò)串口與PC機(jī)相連并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖3所示

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

如圖4所示數(shù)據(jù)處理：首先將接收的數(shù)據(jù)串進(jìn)行截取，獲得每個(gè)傳感器的的數(shù)據(jù)，再將子字符串轉(zhuǎn)化成數(shù)字，因?yàn)镻SD的最大可測(cè)范圍為-5mm～5mm（10mm），因此轉(zhuǎn)化的數(shù)字取絕對(duì)值最大不能超過(guò)5mm，為了留有余量取最大值為4.9。連續(xù)采集50組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取10到30的20組數(shù)據(jù)求平均，從而獲得PSD1的坐標(biāo)值。PSD2作為數(shù)據(jù)矯正使用。傾角角度信息采集使用的是SCA100T系列的基于3D-MEMS的高精度雙軸傾角傳感器，可以測(cè)量?jī)奢S的角度信息和溫度信息。

2.3 數(shù)據(jù)擬合模塊

系統(tǒng)可對(duì)采集回的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均、均方根、標(biāo)準(zhǔn)差、方差、求最大最小值燈運(yùn)算，根據(jù)應(yīng)用需求給出多個(gè)數(shù)據(jù)的擬合曲線。

3 試驗(yàn)與結(jié)果

系統(tǒng)界面右側(cè)可以進(jìn)行傾角儀通訊設(shè)置，分別對(duì)端口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等進(jìn)行設(shè)置。建立連接之后，接收激光對(duì)中設(shè)備的X、Y軸傾角信號(hào)及溫度信號(hào)在界面的下方進(jìn)行顯示，同時(shí)在坐標(biāo)圖上相應(yīng)位置有紅點(diǎn)標(biāo)識(shí)。點(diǎn)擊采集按鈕可以記錄本組數(shù)據(jù)，多次采集的數(shù)據(jù)在波形顯示窗口以曲線形式輸出，同時(shí)軟件自動(dòng)計(jì)算出算術(shù)平均、均方根、標(biāo)準(zhǔn)差、方差、最大值、最小值、范圍以作參考。設(shè)備調(diào)整結(jié)束后，選擇退出按鈕，退回到主界面。對(duì)多次采集的PSD數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊擬合按鈕，系統(tǒng)可以用線性擬合、B樣條擬合等方式進(jìn)行曲線擬合，并且和原始數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比輸出數(shù)據(jù)曲線及誤差曲線。擬合數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出到excel中，方便進(jìn)行后期處理。系統(tǒng)界面如圖6所示。

本系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)，在測(cè)試結(jié)束后，還能對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，并圖形化顯示參數(shù)變化曲線，同時(shí)計(jì)算出誤差曲線，設(shè)計(jì)了友善的可視化界面。同時(shí)本系統(tǒng)可以將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接以excel表格形式導(dǎo)出，方便快捷。

4 結(jié)論

基于labview的機(jī)組激光對(duì)中精密檢測(cè)系統(tǒng)能夠很好的完成對(duì)中過(guò)程中數(shù)據(jù)采集與后期數(shù)據(jù)處理工作，人機(jī)交互界面清晰，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，操作方便。該系統(tǒng)不僅能夠監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還能夠?qū)μ崛〉臄?shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)分析與處理，易于導(dǎo)出數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)便了工作人員的操作流程，提高了工作效率。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高，實(shí)用性較強(qiáng)，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于大型機(jī)組激光對(duì)中精密檢測(cè)設(shè)備，取得了很好的應(yīng)用效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐晨，張茂云，曹?chē)?guó)華，丁紅昌.基于互相關(guān)的大型機(jī)組軸系激光對(duì)中微弱信號(hào)提取方法研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2017，38（10）.

[2]李博.軸系對(duì)中系統(tǒng)PSD線性化方法與實(shí)驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2013.