[发明专利]金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及以labview软件平台为基础，结合PLC技术、视觉及图像处理技术及自动化加工系统控制技术领域。

背景技术

金属冲击试样自动化加工系统由一铣，即平面铣、二铣，即分料和成型铣，即铣V型缺口三部机床、三维机械手、料位转换和定位装置、排屑、去毛刺装置及打号机等机械装置组成，冲击试样的加工过程分为如下3道工艺环节：毛坯铣削分料→试件表面加工→试件V型缺口铣削。因此，相应地把冲击试样加工中心总体结构分成3个特征加工部分：四锯片铣刀分料铣削、高速平面铣削、V型缺口成型铣削，每个部分负责试样的一类加工工艺环节。分料铣削部分负责毛坯分料环节，将一块大的毛坯件铣成三块相同大小的单试件坯件；高速铣削部分负责冲击试样四个平面的表面加工，一次加工6个工件；V型缺口铣削部分利用成型铣刀在试样上加工V型缺口。系统必须实现全自动化，完成从毛坯料到合格冲击试样产出的一次性自动加工过程。需要智能化自动控制系统完成上述工序。

发明内容

本发明目的在于公开金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统，控制系统由运动控制系统，包括PLC子系统与伺服子系统及视觉检测系统构成。利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW及RTSI技术来无缝地集成系统，各部分之间能够实时通讯、同步协调运行。

在加工流程中，PLC子系统控制着加工中心的大部分顺序动作。本发明FPO系列C32T可编程控制器，进行I/O分配，并搭建信号输入电路、输出负载电路；设计PLC系统控制流程图，进而在FPWIN GR编程环境上编制梯形图、调试；基于LabVIEW软件设计PLC与外部通信的程序。

伺服控制子系统负责加工中心各部分的进给控制，系统中虚拟仪器技术的硬件PCI-7358 8轴运动控制卡与交流伺服系统搭建硬件平台，控制刀具切削进给以及工作台变速定位运动；用LabVIEW软件编制了伺服系统的控制程序，使控制对象按照所期望的参数运行。根据不同的控制要求，分别在速度控制模式和位置控制模式下控制伺服电机，通过整定PID参数，使系统达到较好的运动性能。

虚拟仪器的软件开发环境LabVIEW、VISA(Virtual Instrument SoftwareArchitecture)函数库以及RTSI技术把PLC控制子系统、伺服控制子系统、视觉检测系统有机地集成为一体，形成了一套多任务调度策略软件。系统配有方便、实用的人机交互界面，操作技术人员可通过微机对测控功能简单的操作实现冲击试样的全自动加工。

所述的视觉检测系统完成工件的尺寸和形状的在线检测，不同环节的检测结果作为加工参数和质量控制重要信息。

本发明系统的集成与通信；

本发明以LabVIEW软件为连接桥梁有机集成了PLC技术、运控技术和视觉技术。利用LabVIEW辅以Motion运动控制模块设计编写伺服系统软件，并实现不同硬件之间的数据传输；辅助实现控制器与图像采集卡间的相互触发；设计集成控制系统交互式软件操作界面，简化操作与控制系统的信息管理。

本发明采集PLC各端口的状态值以及PLC与伺服控制器之间相互传输的一些控制指令，采用端到端的数据指令传输模式。选择了PC机的RS-232串口作为PLC与运动控制器数据交换的通道。

LabVIEW软件中的VISA库，提供了针对串口通信完整功能的组件，有5个串口通信节点，分别实现串口设置、串口读、串口写、串口缓存检测和串口暂停等功能，能方便地规定主机串口地址、从机地址、传送的数据量及一帧串行数据的格式等。把PLC通过串口传输回来的命令通过专门算法转换成布尔值驱动控制器控制伺服进给；伺服进给到位后也是通过串口给PLC控制指令。PLC系统与伺服系统间的通信基本是靠VISA库来实现的。

RTSI(Real-Time System Integration)总线提供NI硬件产品之间的高速链接，实现硬件之间的实时触发，通过RTSI总线可以方便地将运动控制、数据采集、图像采集装置的多个功能同步到一个触发器或时间事件上。

系统中采用的PCI-7358运动控制器和PCI-1409图像采集卡都配有RTSI总线接口，通过RTSI总线实现运动控制与视觉检测系统间的触发信号共享，实现运动控制与图像采集的同步，从而有效地将它们整合成一个多功能集成系统。

本发明系统软件结构为：