基于LabVIEW的数控机床多通道温度测量系统.pdf

控 制与检测 组合机床与自 动化加工技术 文章 编 号 1 0 012 2 6 5 2 0 1 0 1 20 0 5 80 3 基于 L a b V I E W 的数控机床多通道温度测量系统 阳江源， 王福 吉， 王威 ， 贾振元 ， 张雪 大连理 工大 学 精 密与特 种 加工教 育部 国家 重 点实验 室 ， 辽 宁 大连 1 1 6 0 2 4 摘 要 基 于虚 拟仪 器平 台 L a b V I E W 搭 建 了数 控机 床 的 多通 道 温度 测 量 系统 。从 硬件 和软 件 两个 方 面对 多通道 温度测 量 系统 的 构成进 行 了阐述 ， 实际测 试说 明该 系统对机 床 多部位 温 度 测量 时 方便 快 速 ． 抗 干 扰 性 强 。 关 键词 多通道 温度 测量 系统 ； 数控 机床 L a b VI E W 中图分 类号 T P 3 0 6． 2 文 献标 识码 A A M ul t i - Cha nne l Te mpe r a t u r e M e a s ur i ng S y s t e m f o r CNC M a c hi ne To o l ba s e d o n La bVI EW YANG J i a n g y u a n，WANG F u j i ，WANG We i ，J I A Z h e n y u a n，Z HANG Xu e K e y L a b o r a t o r y f o r P r e c i s i o n a n d No nt r a d i t i o n a l Ma c h i n i n g T e c h n o l o g y o f t h e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n， D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，Da l i a n L i a o n i n g 1 1 6 0 2 4，C h i n a Ab s t r a c t A mu l t i c ha n n e l t e mp e r a t u r e me a s u r i ng s y s t e m b a s e d o n vi r t u a l i ns t r u me n t p l a t f o r m La b VI EW wa s d e ve l o p e d f o r CNC ma c h i n e t o o 1 ． Th e s y s t e m wa s i n t r o d uc e d f r o m bo t h h a r d wa r e a n d s o f t wa r e ， a n d e x p e r i me n t s h o we d i t c a n me a s u r e mu l t i p l e l o c a t i o n s’t e mp e r a t u r e o f CNC ma c hi n e t o o l c o n ve n i e nt l y a n d q u i c k l y ， wi t h h i 曲 a n t i - j a m mi n g p e r f o r ma n c e ． Ke y wo r dsmul t i - c h a n ne l t e mpe r a t u r e me a s u r i ng s ys t e m ； CNC ma c h i n e t o o l ；La b VI EW O 引言 研究 表 明， 因机床 发 热而产 生 的误差 占到机 床误 差 的 4 0 ％ ～7 0 ％ ， 因而测 量 机 床 温度 对 机 床结 构 优化， 或是进行热误差补偿从而提高机床精度具有重 要意义 。然 而在 实 际机床 温度 测量 中， 由于机 床 的结 构 比较复杂 ， 需要 测量温度 的点 比较多 ； 机床 的工作环 境 比较差 ， 测量 温度时容易受到冷却 液及 电磁 等干扰 ， 这些都给机床温 度的准确测量带来 困难 。 本 文针 对 数 控 机 床 的 特 点 基 于 虚 拟 仪 器 平 台 L a b V I E W 设计 了一个 多通道 温度 测量 系统 ， 该 系 统选择 贴 片式 P t l 0 0传 感 器测 量 温 度 ， 安装 方 便 、 精 度高 ， 综 合运 用 硬 件 滤 波 和软 件 滤 波 技 术 提 高 了多 通道温度 采 集 系 统 的 抗 干 扰 性 ， 通 过 调用 动态 链 接 库文件 的形式 实 现 了 L a b V I E W 对 非 N I 数 据 卡 的读 取 ， 基 于 A c t i v e X技术 完成 了 L a b V I E W 与 E x c e l 之 间 的通讯 。试 验测 试 表 明 ， 该 系 统 能 方 便 快 捷 的完 成 对数控机床的多通道温度测量任务。 1 多通道温度测量 系统的硬件构成 多通道 温度 测 量 系 统 的 硬件 构 成 如 图 1所 示 。 针 对数 控机 床 结 构 复 杂 不 易安 装 传感 器 的 特 点 ， 图 中选用的 P t 电阻传感器为贴片式传感器 ， 方便安装 ， 传感 器 引出 导 线 采 用 三 线 制 ， 减 小 了导 线 电 阻 带 来 的附加误 差 ； 变 送 器 输 出 的 电 压 量 经 滤 波 电容 滤 波 后送 入数 据 采 集 卡 ， 减 少 了机 床 工 作 环 境 中交 流 量 对温 度测 量 的影 响 ； P C I 8 3 1 0数据 采 集 卡则将 滤 波 后 的 电压量 经 A ／ D转换 后送人 P C机 以进 一 步处理 。 图 1 多 通 道温 度 测 量 系 统 的 硬 件 构 成 图 2 多通道温度测量 系统的软件构成 使 用基 于 图形化 编 程语 言 的虚 拟仪 器 软 件 开发 平 台 L a b V I E W， 开发 了多通 道温 度 测量 系 统 的软 件 ， 软 件 的流程 框 图 如 图 2所 示 。通 过 调 用 B u t t e r w o r t h 低 通滤 波器 函数 对 采 集 的信 号 进 行 软 件 滤 波 ， 进 一 步 提高 了多 通道 温度 测 量 系统 对 工业 现 场 的抗 干 扰 能 力 。 针对 L a b V I E W 不 支持 对 非 N I 公 司生 产 的 数 据 采集 卡 直接 进 行 读 写 的情 况 ， 采用 了在 L a b V I E W 中 收稿 日期 2 0 1 01 0 2 7 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 0 9 Z X 0 4 0 1 1 0 3 3 ； 辽宁省教育厅科研计划 L T 2 0 1 0 0 2 0 ； 辽宁省科技项 目 2 0 0 8 2 2 0 0 1 1 作者简介 阳江源 1 9 8 6 一 ， 男 ， 湖南人 ， 大连理工大学硕士生 ， 研究方向为数控机床误差补偿 ， E ma i l o y j y _ 2 0 0 6 1 2 6 ． C O ／／ ／ 5 8 2 0 1 0 年第1 2 期 控制与检测 图 2 多通 道 温 度 测 量 系统 软 件 流 程 图 调用 动态 链 接 库 文 件 P C I 8 3 1 0 ． d l l 的 方 式 来 驱 动非 N I 公 司生产的数据采集 卡 P C I 8 3 1 0 ， 具体调用过程 如下 ’ 。 首 先从 函数模 板 F u n c t i o n中选 择 “ A d v a n c e d ” 下 的 C a l l L i b r a r y F u n c t i o n N o d e C L F N 图 标 并 将 其 拖 放 到 d i a g r a m面 板 中适 当 位 置 ， 然 后 右 键 单 击 它 ， 在 弹 出的菜 单 选 项 中选 择 C o n fi g u r e ⋯会 弹 出 C a l l L i b r a r y F u n c t i o n对 话 框 。在 此 对 话 框 中 ， 第 一个 参 数 T y p e 参 数类 型 和 D a t a T y p e 数 据 类 型 转 换 进 行 设置 ， 若 函数 参 数 不 只 一个 ， 可 以 点 击右 侧 的 A d d a P a r a me t e r A ft e r ／ B e f o r e 进行添加， 若 添加 的参数不合 适 ， 选 中后 也 可删 除 。配 置好 的 C a l l L i b r a r y F u n c t i o n 对话 框如 图 3所 示 。 图 3 Ca l l Li b r a r y F u n c t i o n对 话框 为 了将采 集 到 的 温 度数 据 保 存 到 E x c e l 表 格 中 以便 对数 据进 行二 次处 理 ， 基 于 A c t i v e X技术 建 立 了 L a b V I E W 与 E x c e l 的通 讯 ， 程序 框 图 见 图 4 ， 保 存 至 E x c e l 表格 的部 分数 据 如 图 5 。另 外 ， 还 可 以借 助 虚拟 仪器 的 强 大 网 络 功 能 ， 将 温 度 采 集 数 据 实 时发 布到 网络 上 ， 以 实 现 远 程 温 度 监 测 。多 通 道 温 度 测 量系 统工作 时 的界 面如 图 6所示 。 图 4 L a b VI EW 调 用 Ex c e l 程 序 框 图 L i b r a r y N a me o r P a t h ， 点 击 右 侧 的 B r o w s e ， 找 到 P C I 8 3 1 0 ．d l l并 选 中 它 ， 确 定 后 即 自 动 生 成 了 P C I 8 3 1 0 ． d 1 1的 存 放 路 径 。 第 二 个 参 数 F u n c t i o n N a m e ， 是 连接 库 中要 调 用 的 函数 名 称 ， 这 里 使 用 了 Z T8 3 1 0 一O p e n D e v i c e函数 。F u n c t i o n N a me右 侧 的选 项是线程安全选择 ， 若使用 的 D L L文件需要 同时为 其它程 序 调 用则 选 择 R e e n t r a n t 选 项 ， 否 则 选 R u n I n U I T h r e a d选 项 。第 三 个 参 数 C a l l i n g C o n v e n t i o n s 是 对 D L L的调用 规则 ， 可 以选 择 C或 s t d c a l l ， P C I 8 3 1 0 ． d 1 l 属于 Wi n 3 2 A P I 类型 ， 这种类型使用缺省的 s t d c a l l 规则。根据需要对剩下三个选项 P a r a m e t e r 参数 、 图S 多通道温度测量系统保存的部分数据 控制与检测 组合机床与自动化加工技术 图 6 多 通道 温 度 测量 系统 界 面 3 实 际测 试 为 了验证 该 多 通 道 温 度 测 量 系 统 的性 能 ， 将 该 系 统应用 于测量 某 一 数控 机 床工 作 温度 。在机 床 的 不 同位置 布置有 3 2个 温 度 传感 器 ， 各 传感 器 的数 值 送入 多通 道 温 度 系 统 。 由 于机 床 工 作 环 境 的影 响 ， 多通 道温 度 测量 系统 在 没有 硬件 电容滤 波 和软 件滤 波前采 集 的数据变 化极 大 ， 跳 动范 围达 到 了 3～ 7 ℃ ， 而经硬 件 电容 滤 波后 的波形 和 采 用 B u t t e r w o r t h低 通 滤 波器 滤波后 的波 形 分别 如 图 7 a 、 b所 示 ， 由图可 以 看 出 ， 采 用硬件 、 软 件滤 波 措施 后 的多通 道 温 度测 量 系统 的抗 干扰性 更强 ， 采集 精度 更高 。 a 只有 硬件滤波时的温度数据波形 b 综合应用硬件 与软件滤波后的波形 图 7不同滤波条件下的温度 波形 4 结束语 基于 虚拟软 件 开发平 台 L a b V I E W 开 发 了一个多 通道温 度测 量 系统 ， 该 系 统 结 合 了硬 件 滤 波 和软 件 滤波两 种滤 波方 法 ， 提 高 了系 统 的抗 干 扰 性 能 ； 利 用 调 用 动 态 链 接 库 文 件 的方 法 实现 了 L a b V I E W 对 非 N I 数 据采集 卡 的读取 ； 通 过 A c t i v e X技术 完成 了 L a b V I E w 向 E x c e l 读 写数据 的任务 。实验 证 明该 系统 能 准确 、 快 速 的完 成 对 数 控 机 床 的 多 通 道 温 度 测 量 任 务 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]J B r y a n ， e t a 1 ．I n t e r n a t i o n a l s t a t u s o f t h e r m a l e l T o r r e s e a r c h [ J j ．A n n a l s o f t h e C R I P ，1 9 9 0 ， 3 9 2 6 4 5 6 5 6 ． [ 2 ]倪军 ．数控机床 误差补 偿研 究 的回顾及 展望 [ J ] ．中国 机械 _T程 ， 1 9 9 7 ， 8 1 2 9 3 3 ． [ 3 ]陈锡辉 ， 张银 鸿 ， 等．L a b V I E W8 ． 2 0程序设计 从入 门到精 通 [ M] ．北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ]于印 民， 刘文 波．基于 U S B数据 采集卡 的高速 电主轴轴 向热伸长及径向振动数 据采集 系统 的设计 [ J ] ．组 合机 床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 9 1 5 4～ 5 7 ． [ 5 ]A r c h a n a S h r o t r i y a ．Wr i t i n g Wi n 3 2 D y n a mi c L i n k L i b r a r i e s D L L s a n d Ca l l i n g T h e m f r o m L a b VI E W． A p p l i c a t i o n No t e 08 7． 1 9 99． [ 6 ]谷 玉海 ， 张桂 彬 ， 胡 宪能．基 于 L a b V I E W 的数据 存储 及 报表设 计 方 法 [ J ] ．北京 机 械 工 业 学 院 学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 2 1 91 1 ． [ 7 ]潘海彬 ， 周哲 ， 李伯全．L a b V I E W 下使用普通数据采集 卡 方法研究 [ J ] ．微计算机信息 ， 2 0 0 7 ， 1 0 1 7 4 7 6 ． 编辑 赵蓉 ． ’’ 申请优先审稿须知 为振兴我国机械装备制造业 ， 弘扬 民族科学 2文化 精神 ， 提升 期刊 质量 ， 本 刊从 即 日起 ， 凡是 符 ； 合 本刊 报道 范围 且同 时 受到“ 国家8 6 3 计划 资助 项 目” 、 “ 国家 自然科 学 基金 资 助 项 目” 、 “ 国家 重 ； 点 科 技攻 关资 助项目 ” 等国 家 级基金 资助项目 的 原创论文， 本 刊可优 先审稿 ， 一 经录用 ， 优先发 表， 欢 迎业内 人事、 专家、 学者踊跃投稿 来稿注i 明 “ 优先 审稿 ” 字样 。 注 1 ． 本 刊正 常 审 稿 时 间 一 般 为 一 个 月 ， 优 先 审 ； 稿时间为 1 5 2 0 天； 2 ． 本 刊正常 发 表 文 章周 期 为来 稿 后 68个 月 ， 优先发表文章周期为 5 6个月。 本 刊 编辑部 1 0 ‘t‘‘‘lIIl lIl‘ I‘tIItIItIIIIltllt t-ItIlt-ll|l l‘ ．