本文以一臺計算機為主控制器，采用Windows風(fēng)格接口軟 件,，計算和測試速度快,，信息處理能力強，系統(tǒng)集成度高,，工作界面友好,，操作方便，實現(xiàn)了多參數(shù)測試過程自動化,，提高了測試效率和準確性,。
系統(tǒng)主要功能及特點
系統(tǒng)以對機床性能影響大的參數(shù)集成測試為主要目的,，具有以下功能和特點：
(1)系統(tǒng)對減速器具有測量載荷,，進行空載試驗、負載試驗、慣性負載試驗,、離合器通斷試驗,、回差試驗等功能，可同時對X,、Y1,、Y2三軸進行測試;
(2)系統(tǒng)對自動調(diào)高系統(tǒng)具有在線測量;調(diào)高精度功能，最多可同時測試8機頭,，對進給距離具有自動設(shè)置和用戶給定功能,，誤差值隨著機頭的進給實時計算并顯示;
(3)具有自動測試時間設(shè)定、加虛擬負載,、載荷調(diào)節(jié)功能;
(4)對控制系統(tǒng)具有高溫老化試驗功能,，自動監(jiān)測和記錄系統(tǒng)狀態(tài);
(5)測量數(shù)據(jù)動態(tài)顯示，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超標立即報警或停止實驗;
(6)測試結(jié)果進行自動分析和打印,，并可進行相關(guān)文件操作,，以便對測試結(jié)果進行深層分析和統(tǒng)計。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和組成
系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),，以計算機作為主控制器,。計算機有著豐富的軟硬件資源和強大的系統(tǒng)功能，運算和控制速度高,，在現(xiàn)場控制上有著良好的控制性能,。系統(tǒng)其他部分都通過接口卡與計算機相連，被其控制同時為其提供測試數(shù)據(jù),。通過執(zhí)行計算機上的接口軟件,，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要有以下部 分：
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
主控制器
系統(tǒng)的主控制器由一臺工控計算機,、標準鍵盤,、鼠標器、CRT彩色顯示器和打印機等組成,。計算機作為系統(tǒng)的主控制器,，通過接口卡控制其他部分動作，采集測試數(shù)據(jù),，并對這些數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的計算和分析,，完成系統(tǒng)集成的各項測試功能，同時在測試的過程中,，對測試結(jié)果進行實時動態(tài)顯示,，如果發(fā)現(xiàn)超標即 進行報警處理，并自動記錄故障時刻,，以便操作者采取相關(guān)措施,。操作者可通過顯示器、鍵盤和鼠標進行人機操作，選擇相應(yīng)的測試項目,，輸入必要的測試參數(shù),，監(jiān)測整個測試過程，并進行相應(yīng)的文件操作,，通過打印機打印測試結(jié)果,。
接口模塊
接口模塊主要包括隔離驅(qū)動卡，輸入輸出接口卡,。輸入輸出接口卡負責計算機對測試裝置的控制和數(shù)據(jù)采集,，分為數(shù)字信號接口和模擬信號接口，模擬輸入(AI)采用研華PCI-726,，模擬輸出(AO)采用研華PCI-1710,，隔離驅(qū)動卡數(shù)字輸入(DI)數(shù)字輸出(DO)采用研華PCI- 734。具體通道數(shù)確定如下：
數(shù)字輸入(DI)：
轉(zhuǎn)矩傳感器 3路
碼盤 18路
故障報警 3路
模擬輸入(AI)：
接近傳感器 8路
數(shù)字輸出(DO)：
離合器 3路
脈沖禁止 3路
SV-ON 3路
脈沖串 3路
符號 3路
C-MODE 3路
模擬輸出(AO)：
伺服指令： 3路
加載控制： 3路
總計DI：24路,，AI：8路,，DO：18路，AO：6路,。
本系統(tǒng)采用的輸入輸出接口卡均為PCI總線,，由于測試和控制量較多，所以采用了三塊接口卡,，通過硬件調(diào)線,，設(shè)置其基地址分別為300H和330H。模擬信號輸入輸出通道相互獨立,，分辨率為12位,，其信號范圍如下：
輸入范圍：-10V～+10V
輸出范圍：-10V～+10V
接口卡的數(shù)字輸入輸出信號與TTL電平兼容，易于和其他部分相連,，特性如下：
輸入低電平VIL≤0.8V
輸入高電平VIH≥2.0V
輸出低電平VOL≤0.5V
輸出高電平VOH≥2.4V
為了保證系統(tǒng)運行的安全性,，系統(tǒng)還采用了一塊隔離驅(qū)動卡，通過光電隔離等手段來保證計算機信號和外界信號的隔離,，并把接口卡的輸出信號放大為伺服驅(qū)動器和離合器等所需強度控制信號,。
運動控制模塊
主要包括伺服系統(tǒng)和加載系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服電機驅(qū)動器,、伺服電機和光電碼盤組成,，其主要作用是控制測試過程中被測減速器按照一運動規(guī)律運轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)中,，采用了3套松下(MINAS)伺服系統(tǒng)分別控制X,、Y1、Y2三軸,，該系統(tǒng)有速度控制,、位置控制和轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式,，能滿足測試過程中的各種運動控制要求，在使用前,，需進行參數(shù)設(shè)置,，有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
NO.25=10000, NO.26=7200
NO.27=1, NO.29=3
伺服驅(qū)動器受計算機接口卡控制,，接口卡的伺服指令輸出為+3V時,，伺服電機轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分。計算機還通過接口卡控制伺服驅(qū)動器的符號位,、輸出禁止,、SV-ON位和C-MODE位。符號為1時對應(yīng)CCW方向(正轉(zhuǎn)),脈沖輸出為1時禁止有效,，SV-ON低電平有效,，C-MODE低電平為 速度控制方式，高電平為位置控制方式,，在測試過程中,，根據(jù)測試項目不同，計算機按照程序改變這些控制信號,，使伺服電機工作于不同方式和狀態(tài),。
加載系統(tǒng)主要負責向軸端提供虛擬負載，加載控制器接受計算機輸出的模擬信號,，并根據(jù)這個信號調(diào)整加載裝置流過的電流,，進而控制軸端轉(zhuǎn)矩。
傳感器模塊
接近傳感器選用量程為20mm,，輸出電壓為0～5V的WYD系列直流位移傳感器,，該傳感器與電子電路集成一體，安裝使用方便,，不需外加放大器,，可直接與計算機輸入輸出接口卡連接，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理,，進而把相對位移的微變量提供給計算機,，系統(tǒng)共采用8個接近傳感器測試調(diào)高精度。
轉(zhuǎn)矩傳感器選用JN338轉(zhuǎn)矩傳感器,，該傳感器可實現(xiàn)能源及信號的非接觸傳遞,，并做到了傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān),，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān),，輸出信號為脈沖信號。
增量式光電編碼器作為速度和位移傳感器,，它的輸出一方面提供給伺服系統(tǒng)進行運動控制,，另一方面供計算機采集,，計算機通過軟件對編碼器輸出信號進行轉(zhuǎn)換和計數(shù)，計數(shù)總值與脈沖當量的積即為位移量,，而短時間內(nèi)的位移量即為瞬時速度,。
接口軟件開發(fā)
系統(tǒng)接口軟件主應(yīng)用程序是在Windows操作系統(tǒng)下，用可視化程序開發(fā)工具Visual Basic6.0開發(fā)的. 軟件操作界面采用Windows風(fēng)格,其框圖如圖2所示,。
圖2 系統(tǒng)軟件框圖
Visual Basic6.0是一門功能強大的計算機高級可視化編程語言,，但卻不能直接訪問計算機輸入輸出接口，為了解決這一問題,，系統(tǒng)用C++語言編制了一個動態(tài)連 接庫(DLL),，對硬件端口的訪問功能全在連接庫中實現(xiàn)，當需要訪問某個端口時,，調(diào)用相應(yīng)的連接庫函數(shù),，進行動態(tài)連接。這樣不但實現(xiàn)了預(yù)定功能,，而且使軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，節(jié)約了大量系統(tǒng)資源。
結(jié)論
以本系統(tǒng)設(shè)計的機床測試系統(tǒng),，運行平穩(wěn),，界面友好，操作方便,，控制精度高,，定位精度X軸Y1軸Y2軸都達到了0.024mm,重復(fù)定位精度X軸Y1軸Y2軸都達到了0.015mm。
