在线数据采集技术研究在数字化制造中的应用.pdf

基于数字化制造的在线检测数据采集技术的研究

王世刚，付宜利

(哈尔滨工业大学现代生产技术中心，黑龙江哈尔滨150001

WANGShi—gang·FUYt—n

Technology,Harbin150001,China

摘要：在研究了数字化制造系统的质量控制和质量保证技术的基础上，为实现其

记录过程控制的规定，设计了质量数据采集分析系统。系统具有2条数据采集通道，

可以实现手动和自动检测。实践证明，在线检测数据采集技术为集成质量系统中加

工质量自动赔偿提供了.必要的技术支持。

关键词：数字化制造；在线检测；数据采集；容栅；光栅

中图分类号：TP274.2

文献标识码：A

compensationintheintegratedqualitysystem.

transducer;grating

O引言

市场的全球化、多样化以及高新技术的出现及迅速发展，推进了制造业的新变

革，导致制造活动发生了极大的变化，同步也拓宽了制造领域的广度和

收稿日期：2023—05—08

基金项目z黑龙江省高校青年学术骨干支持计划项目(1153G053·42·深度

[1]。对市场的响应时间已经成为二十一世纪企业赢得竞争优势的最重要原因。因

而，网络化和数字化已逐渐成为产品全生命周期中不可或缺的重要因素，以制造过程

的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特性的“数字化制造”就是基于这样

的背景下产生的r21。数字化制造系统中的重要加工设备是数控机床和加工中心

等。三坐标测量机作为系统中的重要检测设备可以实现产品的下线终检，尽管测量

机功能强、精度高，但多种测量都在上面进行是不经济的，它会增长生产的辅助时间，

减少生产效率，尤其是产品下线终检不合格会导致产品的报废。因此，但愿每个加工

单元(设备都配置对应的检测装置和系统，并可以实现工序间和循环内在线检测

[3]。考虑到数字化制造过程的高度自动化，加工对象多样化，生产节拍高速化，信息

传播的网络化，数据采集处理的实时化，过程控制的计算机化等基本特性，开发信息

转换以便，响应速度快，与计算机相结合的集检测、处理、反馈控制于一体的在线集

成测控系统是非常必要的。

1数据采集系统总体构造

在线检测数据采集系统可与目前投放到市场的国内外最新型量仪配套使用。

系统前端的量仪采用2条通道实现数据采集。

a.手工测量数据采集通道。采用某些常规的容栅数显量仪通过容栅接口电路，

连接到便携式数据采集器，并可与计算机进行通讯。常用的有数显卡尺，辨别率

实现工序间循环内检测，可以对在线测头不便测量而又需要检测的工件特性参数进

行采集。如外接数显卡尺能对多种长度进行绝对测量和相对测量；外接数显千分表

能对零件的形位误差进行测量；外《机械与电子2023(12

万方数据

接数显千分尺能对轴类零件的直径参数进行测量；外接数显内径百分

表能对零件的孔径进行测量。该通道仪器具有便携、灵活特点，在机械加工领

域具有广泛的应用范围和较大的通用性。

b.自动测量数据采集通道。该通道前端传感器由光栅尺和触发测头构成，通过

光栅接口、测头接口和SCIC卡实现与计算机之间通讯。在高精度数控机床上，使

用光栅作为位置检测装置，将机械位移或模

P0~P7P25P2.0nP24

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拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC控制器，实现闭环控制。由于激光技术的发

展，光栅制作精度得到很大提高，目前光栅精度可到达微米级，通过细分电路分辩率

可到达0.1/.tm,甚至更高。

数据采集系统硬件以PC机为关键进行数据的采集与处理，通过数据采集器、

SCIC卡以及接口电路，向下与传感器、数显量仪相连，实现机床状态和工件尺寸信

息的采集。数据采集系统的总体构造如图1所示。

膊型等x,Y光栅传感器F_——叫光栅接目计算机及数据处理软件

图1数据采集系统总体构造

2手工测量数据采集通道硬件构成及工作原理

2.1数据采集器构造

对硬件电路的设计，考虑到功能实现的可靠性，功能模块之间的可兼容性，构成的

灵活性，以及构成系统后的可扩充性等，从这些原因出发，数据采集器的硬件构造选

用工业控制原则模块构造“STD—BUS”技术[引。

采集器采用CMOS器件，重要由于它的低功耗特性和较高的