【文章內(nèi)容簡介】 精度提高的同時，還要提高形狀精度，為此機床要求的控制信號點從3 個增加到 4 個，甚至增加到 5～ 6 個點。 磨加工主動測 量儀的工作原理 主動量儀的測頭采用精密位移傳感器設(shè)計制造。目前常用主要是電感式位移傳感器、光柵位移傳感器，并且采用接觸測量。根據(jù)需要其結(jié)構(gòu)可以是單臂式或雙臂式。驅(qū)動裝置驅(qū)動測頭進入或退出測量工位，通過對前后微調(diào)機構(gòu)的調(diào)整，可以使觸頭測量觸點對準工件中心或合適位置。常用驅(qū)動裝置有氣動、液動和電動三類。測量控制器接收測頭傳感器的測量信號 (電感位移傳感器為模擬信號，光柵位移傳感器為數(shù)字信號 )，根據(jù)測量信號的性質(zhì)進行信號處理，最終獲得對應(yīng)被測量所對應(yīng)的數(shù)字量。然后根據(jù)測控項目要求進行一系列運算和變換，獲得磨削尺寸目 前狀況，從而判斷工件尺寸狀態(tài)或控制磨削設(shè)備的磨削工序，并將加工或尺寸測量結(jié)果以合適方式顯示，以便人機交互。 磨削加工的過程中，金剛石測子始終與工件的表面保持接觸，通過傳感器測量工件的尺寸并 將 尺寸傳遞給控制儀。主動測量裝置俗稱側(cè)頭，將被測量的變化量轉(zhuǎn)化為測量信號，主動測量控制儀能將裝置的輸出電感信號和電壓經(jīng)過整流和放大，將控制信號傳遞給磨床控制系統(tǒng)，磨床控制系統(tǒng)受到控制信號之后控制機床的進給機構(gòu)。 在該個主動測量系統(tǒng)中，各信號點（如退刀、粗磨、精磨、光磨等） 由操作人員根據(jù)加工中的生產(chǎn)條件以及工件狀況而設(shè)定。對 軸類零件的磨加工過程中，通過信號轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，尺寸傳感器連續(xù)不斷的測量工件的實際尺寸，將轉(zhuǎn)換過之后的尺寸信號傳遞給主動測量控制器。主動測量控制儀會根據(jù)操作人員設(shè)定的信號點值和工件實際尺寸值來實時的判斷加工狀況，發(fā)出控制信號指導(dǎo)機床完成各種加工動作。當尺寸傳感器傳回的實際尺寸值和給定的信號點值相符時，測量控制器就會發(fā)出信號使機床改變加工狀態(tài)，切換到下一步加工過程，直至工件的實際尺寸達到理想要求尺寸，發(fā)出到尺寸信號，停止加工。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 磨加工主動測量儀的主要功能 1. 信息采集的實時性 由于在高速、精密 磨削中，砂輪的轉(zhuǎn)速非?？?，需要實時采集工件尺寸變化信息，進行必要的數(shù)據(jù)處理，控制器要能夠及時的獲取判 小，一般在 3ms以內(nèi)。對控制器接收傳感器采集的尺寸信息的時鐘周期定位為 3ms. 2. 尺寸信息的多樣化顯示 本課題對測量控制器要求能夠根據(jù)操作人員的 不同 加工狀況下工件的尺寸信息，發(fā)出控制信號指導(dǎo)機床動作，砂輪不停進給，按照設(shè)計要求， 主動測量系統(tǒng)采集的工件尺寸數(shù)據(jù)信息時間周期必須足夠 快 和不同畫面顯示風(fēng)格的不同作用對尺寸信息進行多樣化的展示，能夠?qū)Ξ斍凹庸すぜ墓ぜD、當前尺寸值、綜合加工狀態(tài)等信息在同一畫面中顯 示；對測量值、測量項目等信息進行單表頭、雙表頭顯示；另一方面，操作人員可以觀察到工件尺寸信息隨著時間變化的曲線圖，最多可以顯示四個測量項目的尺寸變化曲線圖。 磨加工主動測量儀的特點 Z600 型磨加工主動測量控制儀具有以下特點： 1. 快捷的畫面切換功能 在開發(fā)方案中，在特定的操作系統(tǒng)下，操作者不僅可以通過鼠標、觸摸屏對控制器顯示畫面進行切換，對加工參數(shù)進行設(shè)置和調(diào)整，還可以用于獲得不同的加工信息，以判斷加工是否出現(xiàn)異常情況。兩外，操作者還可以在不適合使用鼠標的加工情況下或者根據(jù)自己的習(xí)慣使用 控制儀造作面板上面的按鈕對畫面主要功能進行操作和切換。 2 .誤差補償功能 根據(jù)前面所述，在任何測量過程中都會有系統(tǒng)誤差和隨機誤差出現(xiàn)，系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)有一定的規(guī)律，傳感器精度方面也會出現(xiàn)一定的誤差。對于系統(tǒng)誤差可以通過多次實驗然后用標準儀器測量工件的“真實”尺寸，和主動測量控制儀輸出的測量值之間進行比較，當“尺寸誤差”的大小恒定，或者按某一加工條件變化規(guī)律變化時，可以設(shè)定補償值，對測得的帶有系統(tǒng)誤差的測量值進行補償，使控制儀顯示的測量值和工件尺寸“真實值”相同。 3. 報警功能 報警功能分為兩種，一種 是系統(tǒng)錯誤報警，例如當傳感器和控制器之間的鏈接出現(xiàn)中斷時，在控制儀上需要出現(xiàn)斷線報警畫面，提示操作人員信號采集已經(jīng)中斷。鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 這樣可以避免產(chǎn)生廢品和加工事故，便于及時發(fā)現(xiàn)和維修加工系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。另一種報警功能是人為誤輸入提示報警，例如，在臺階數(shù)輸入時，畫面彈出臺階數(shù)輸入鍵，臺階數(shù)的設(shè)定范圍為 1~40 個，如果操作人員輸入的臺階數(shù)不在此范圍內(nèi)，擇彈出臺階數(shù)輸入超限報警，提醒操作人員應(yīng)該輸入正確的臺階數(shù)，以避免由于操作人員工作疏忽引起的誤操作。 4 .良好的人機功效 主動測量控制儀應(yīng)該克服國內(nèi)現(xiàn)有主動量儀精度低、功能 單一、人機功效差的缺點，充分發(fā)揮儀器人機功效在機械加工中對工人勞動積極性、準確性方面起到的積極作用。畫面制作要符合現(xiàn)場加工條件的要求，和現(xiàn)場環(huán)境相協(xié)調(diào)，功能、畫面布局要符合大多數(shù)人的操作習(xí)慣，畫面中的按鈕立體效果明顯，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域清晰醒目。 5 .輸入輸出備份 控制器的 I/0 口較多，當某一 I/O 口出現(xiàn)故障時，操作人員可以通過對 I/O 口的重新定義，將故障的 I/O 口轉(zhuǎn)換為備用的 I/O 口，從而使正常的加工不受影響。 硬件方面，由于此主動測量控制器沒有特殊的功能要求，考慮到以后的升級和功能更新，宜選用常規(guī)的硬件開發(fā) 使用的主板和硬件，質(zhì)量有保證，可靠性高。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 第三章 軟件系統(tǒng)總體開發(fā)方案分析 軟件系統(tǒng)的功能介紹及設(shè)計需求 本課題中所設(shè)計的嵌入式磨加工主動測量儀的軟件系統(tǒng)作為 Z600 型磨加工主動測量儀在加工中的各項數(shù)據(jù)的顯示終端，用于向工人實時展示磨加工主動測量儀在工作中的各項數(shù)據(jù)，操作者同時可以通過該軟件系統(tǒng)的人機交互界面對磨加工主動測量控制儀中的各項數(shù)據(jù)進行設(shè)置和更改，更改后的數(shù)據(jù)將保存起來，在界面的各級之間形成聯(lián)動，使得操作者可以方便快捷的進行操作，實現(xiàn)對磨加工主動測量控制儀的人為操控。 本次課題 所設(shè)計的嵌入式磨加工主動測量儀的軟件系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的可操控性能，人性化的的設(shè)計，在操作者進行操作的過程中，該軟件系統(tǒng)應(yīng)該能夠使操作者方便快捷的完成想要的操作，通過此軟件系統(tǒng)高效地實現(xiàn)對磨加工主動量儀的控制。其中人機交互部分主要是由嵌入在該磨加工主動測量控制儀前的觸摸型液晶顯示屏組成，直接由液晶顯示屏的可觸控操作即可進行操作，因此無需屏幕旁邊再增設(shè)鍵盤。液晶顯示器的顯示點陣為（ 640 480），由軟件系統(tǒng)的人機交互界面即可實現(xiàn)信息的輸入、調(diào)整、選擇、控制和顯示等功能。 該嵌入式磨加工主動測量控制儀的軟件系統(tǒng) 的設(shè)計主要包括測量、設(shè)置和調(diào)整 3 個部分，其中測量部分為工件測量數(shù)據(jù)顯示，包括表頭顯示、數(shù)字顯示、數(shù)值顯示。通過表頭、數(shù)字或者數(shù)值直觀地將測頭測量得到的數(shù)據(jù)顯示在界面中。各個窗口中的數(shù)據(jù)都來自于磨加工主動測量控制儀，磨加工主動測量控制儀在加工的過程中通過測頭對工件的測量，將工件的位置的變化量轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過濾波、求平均值和信號處理等得出試試測量的數(shù)據(jù)，通過接口傳遞至人機交互界面中，將測量模塊的各個項目數(shù)據(jù)顯示出來。 調(diào)整部分主要包括零位 /倍率、信號點設(shè)定、補償值設(shè)定、倍率微調(diào)、 I/O 測試、高低倍率等調(diào)整選 項用于調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)。 設(shè)置界面包括工件定義、項目設(shè)置、系統(tǒng)定義、 I\O 定義和斷線檢測各模塊。設(shè)置界面主要用來對磨加工主動測量控制儀在工作過程中需要進行一些數(shù)據(jù)和參數(shù)調(diào)整時，操作者即可點擊設(shè)置界面中的各個項目進行設(shè)置，從而達到對磨加工主動量儀的人為控制。由于磨加工主動測量控制儀在工作期間，可能會遇到不同的工作情況和工件的加工類型等等，鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 因此，一種設(shè)置方式必然很難滿足其工作需求，這時就要通過設(shè)置界面來對磨加工主動測量控制儀中的各個參數(shù)值等進行設(shè)定，從而使加工過程中磨加工主動測量控制儀能夠更好的工作和發(fā)揮其應(yīng)有的性 能，以上為設(shè)置界面要實現(xiàn)的基本功能。調(diào)整界面主要包括零位倍率調(diào)整、信號點設(shè)定、補償值設(shè)定和倍率微調(diào)以下幾個功能模塊。調(diào)整界面主要用于對磨加工主動測量控制儀進行零位倍率和補償值等進行調(diào)整，從而使得對系統(tǒng)中的各數(shù)據(jù)和操作參數(shù)等進行調(diào)整。 各個界面之間應(yīng)具備相互關(guān)聯(lián)相互聯(lián)動的特點，點擊該軟件系統(tǒng)的各窗體之中的按鈕的時候，可以彈出相對應(yīng)的新窗體或者設(shè)置選項，同時各個窗體和模塊之間應(yīng)形成聯(lián)動，各界面之中所顯示的數(shù)據(jù)應(yīng)該可以相互關(guān)聯(lián)，同時界面也應(yīng)該具備對數(shù)據(jù)的修改設(shè)定的功能，在設(shè)置和調(diào)整界面完成數(shù)據(jù)的調(diào)整和設(shè)定之后，測 量界面中各個相對應(yīng)的選項中所顯示出來的數(shù)據(jù)應(yīng)該也和之前進行的設(shè)置進行相關(guān)的對應(yīng)，這就要求該嵌入式人機交互界面不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同窗體之間的切換，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)各個窗體之間的數(shù)據(jù)和功能的相互關(guān)聯(lián)，從而使其成為一個統(tǒng)一的，各個模塊和功能之間相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，為該磨加工主動測量控制儀的操作者提供一個方便、快捷、高效的軟件系統(tǒng)。 軟件系統(tǒng)設(shè)計中的方案選擇 C編程語言簡介 C（ C Sharp）語言是 .NET 框架的重點推出的語言，具備 C++語言的安全性和 VB（ visual basic）語言的快 速開發(fā)的特點，是目前最流行的開發(fā)語言之一。 C是一種安全的、穩(wěn)定的、簡單的、優(yōu)雅的，由 C 和 C++衍生出來的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。它在繼承 C和 C++強大功能的同時去掉了一些它們的復(fù)雜特性（例如沒有宏以及不允許多重繼承）。 C綜合了 VB的簡單的可視化操作和 C++高效的運行效率，一起強大的操作能力，優(yōu)雅的語法風(fēng)格，長信的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為 .NET 以及嵌入式設(shè)計的重要語言。 C是面對對象程序語言，它使得程序員可以快速地編寫各種基于 MICROSOFT .NET 平臺的應(yīng)用程序， MICROSOFT .NET 提供了一系列的 工具 和服務(wù)來最大程度地開發(fā)利用計算與通訊領(lǐng)域。 正是由于 C面向?qū)ο蟮淖吭皆O(shè)計，使它成為構(gòu)建各類組件的理想之選 —— 無論是高級鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 的商業(yè)對象還是系統(tǒng)級的應(yīng)用程序。使用簡單的 C語言結(jié)構(gòu)，這些組件可以方便的轉(zhuǎn)化為XML 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而使它們可以由任何語言在任何操作系統(tǒng)上通過 INTERNET 進行調(diào)用。 C使得 C++程序員可以高效的開發(fā)程序，且因可調(diào)用由 C/C++ 編寫的本機原生函數(shù)，因此絕不損失 C/C++原有的強大的功能。因為這種繼承關(guān)系， C與 C/C++具有極大的相似性，熟悉類似語言的開發(fā)者可以很快的轉(zhuǎn)向 C。 C旨在設(shè)計成為一種“簡單、現(xiàn)代、通用”，以及面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，此種語言的實現(xiàn)，應(yīng)提供對以下軟件工程要素的支持；數(shù)組維度檢查、強類型檢查、未初始化的變量引用檢測。軟件必須做到強大持久，并具有較強的編程生產(chǎn)力。此種語言在為分布式環(huán)境中的開發(fā)提供適用的組件開發(fā)應(yīng)用， C適合為獨立和嵌入式的系統(tǒng)編寫程序，從使用復(fù)雜操作的大型系統(tǒng)到典型的小型系統(tǒng)均適用。 在本課題中，要設(shè)計的軟件系 統(tǒng)即是在嵌入式系統(tǒng)上應(yīng)用，因此，綜上所述 C很適合作為本課題中程序的編程語言。 Visual Studio20xx 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 Microsoft Visual Studio，簡稱“ Visual Studio”或者“ VS”是微軟公司提供的集成開發(fā)環(huán)境，支持很多種編程語言，也可以用來創(chuàng)建 Windows 平臺下的 Windows 應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，同樣也可以用來創(chuàng)建智能設(shè)備應(yīng)用程序、網(wǎng)路服務(wù)和 office 插件。 Visual Studio 是一個非常復(fù)雜強大的產(chǎn)品，秉承了微軟公司開發(fā)環(huán)境的一貫 風(fēng)格，使用起來非常簡單，不僅支持 C、 VB 和 C++的開發(fā)，還可以同步擴展，實現(xiàn)多種語言開發(fā)的集成。其支持快速方便的開發(fā)，可以預(yù)覽開發(fā)界面，成為所有開發(fā)軟件中最適合用來開發(fā) C應(yīng)用程序的開發(fā)工具。 VS20xx 是面向 Windows Vista、 office20xx 的下一代開發(fā)工具， VS20xx 引入了 250 多個新特性，整合了對象、關(guān)系型數(shù)據(jù)、 XML 的訪問方式，語言更加簡潔。使用 Visual Studio 20xx 可以高效開發(fā) Windows 應(yīng)用程序設(shè)計器中可以實時反映變更， XAML 中智能感知功能可以提高開發(fā)效率。同 時 Visual Studio 20xx 支持項目模板、調(diào)試器和部署程序。Visual Studio 20xx 可以高效開發(fā) Web 應(yīng)用，集成了 AJAX ，包含 AJAX 項目模板，它還可以高效開發(fā) Office 應(yīng)用和 Mobile 應(yīng)用。 具有簡潔的操作界面和強大的功能，可以高效的開發(fā)應(yīng)用程序，在本課題中， Visual Studio20xx 作為嵌入式磨加工主動測量儀的軟件 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 環(huán) 境 。 VS20xx 集 成 開 發(fā) 環(huán) 境 如 圖 所示： 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 圖 VS20xx 集成開發(fā)環(huán)境 嵌入式 Wince 操作系統(tǒng) Wince 是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)，是一個開放的可開發(fā)的 32位操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類電子設(shè)備系統(tǒng)，它是精簡式的 windows95， Wince 的圖形用戶界面相當出色。 WindowsCE 操作系統(tǒng)是 Windows 家族中的成員，專門設(shè)計給掌上電腦（ HPCs）以及嵌入式設(shè)備所使用的電腦環(huán)境。這樣的操作系統(tǒng)可使完整的可移動技術(shù)與現(xiàn)有的 Windows 桌面技術(shù)整合工作。 Windows CE 被設(shè)計成針對小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無