嵌入式磨加工主动量仪软件系统设计本科论文(编辑修改稿)

嵌入式磨加工主动量仪软件系统设计本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

精度提高的同时，还要提高形状精度，为此机床要求的控制信号点从3 个增加到 4 个，甚至增加到 5～ 6 个点。 磨加工主动测 量仪的工作原理 主动量仪的测头采用精密位移传感器设计制造。 目前常用主要是电感式位移传感器、光栅位移传感器，并且采用接触测量。 根据需要其结构可以是单臂式或双臂式。 驱动装置驱动测头进入或退出测量工位，通过对前后微调机构的调整，可以使触头测量触点对准工件中心或合适位置。 常用驱动装置有气动、液动和电动三类。 测量控制器接收测头传感器的测量信号 (电感位移传感器为模拟信号，光栅位移传感器为数字信号 )，根据测量信号的性质进行信号处理，最终获得对应被测量所对应的数字量。 然后根据测控项目要求进行一系列运算和变换，获得磨削尺寸目 前状况，从而判断工件尺寸状态或控制磨削设备的磨削工序，并将加工或尺寸测量结果以合适方式显示，以便人机交互。 磨削加工的过程中，金刚石测子始终与工件的表面保持接触，通过传感器测量工件的尺寸并 将 尺寸传递给控制仪。 主动测量装置俗称侧头，将被测量的变化量转化为测量信号，主动测量控制仪能将装置的输出电感信号和电压经过整流和放大，将控制信号传递给磨床控制系统，磨床控制系统受到控制信号之后控制机床的进给机构。 在该个主动测量系统中，各信号点（如退刀、粗磨、精磨、光磨等） 由操作人员根据加工中的生产条件以及工件状况而设定。 对 轴类零件的磨加工过程中，通过信号转换等环节，尺寸传感器连续不断的测量工件的实际尺寸，将转换过之后的尺寸信号传递给主动测量控制器。 主动测量控制仪会根据操作人员设定的信号点值和工件实际尺寸值来实时的判断加工状况，发出控制信号指导机床完成各种加工动作。 当尺寸传感器传回的实际尺寸值和给定的信号点值相符时，测量控制器就会发出信号使机床改变加工状态，切换到下一步加工过程，直至工件的实际尺寸达到理想要求尺寸，发出到尺寸信号，停止加工。 郑州大学本科毕业论文 13 磨加工主动测量仪的主要功能 1. 信息采集的实时性 由于在高速、精密 磨削中，砂轮的转速非常快，需要实时采集工件尺寸变化信息，进行必要的数据处理，控制器要能够及时的获取判 小，一般在 3ms以内。 对控制器接收传感器采集的尺寸信息的时钟周期定位为 3ms. 2. 尺寸信息的多样化显示 本课题对测量控制器要求能够根据操作人员的 不同 加工状况下工件的尺寸信息，发出控制信号指导机床动作，砂轮不停进给，按照设计要求， 主动测量系统采集的工件尺寸数据信息时间周期必须足够 快 和不同画面显示风格的不同作用对尺寸信息进行多样化的展示，能够对当前加工工件的工件图、当前尺寸值、综合加工状态等信息在同一画面中显 示；对测量值、测量项目等信息进行单表头、双表头显示；另一方面，操作人员可以观察到工件尺寸信息随着时间变化的曲线图，最多可以显示四个测量项目的尺寸变化曲线图。 磨加工主动测量仪的特点 Z600 型磨加工主动测量控制仪具有以下特点： 1. 快捷的画面切换功能 在开发方案中，在特定的操作系统下，操作者不仅可以通过鼠标、触摸屏对控制器显示画面进行切换，对加工参数进行设置和调整，还可以用于获得不同的加工信息，以判断加工是否出现异常情况。 两外，操作者还可以在不适合使用鼠标的加工情况下或者根据自己的习惯使用 控制仪造作面板上面的按钮对画面主要功能进行操作和切换。 2 .误差补偿功能 根据前面所述，在任何测量过程中都会有系统误差和随机误差出现，系统误差的出现有一定的规律，传感器精度方面也会出现一定的误差。 对于系统误差可以通过多次实验然后用标准仪器测量工件的“真实”尺寸，和主动测量控制仪输出的测量值之间进行比较，当“尺寸误差”的大小恒定，或者按某一加工条件变化规律变化时，可以设定补偿值，对测得的带有系统误差的测量值进行补偿，使控制仪显示的测量值和工件尺寸“真实值”相同。 3. 报警功能 报警功能分为两种，一种 是系统错误报警，例如当传感器和控制器之间的链接出现中断时，在控制仪上需要出现断线报警画面，提示操作人员信号采集已经中断。 郑州大学本科毕业论文 14 这样可以避免产生废品和加工事故，便于及时发现和维修加工系统出现的故障。 另一种报警功能是人为误输入提示报警，例如，在台阶数输入时，画面弹出台阶数输入键，台阶数的设定范围为 1~40 个，如果操作人员输入的台阶数不在此范围内，择弹出台阶数输入超限报警，提醒操作人员应该输入正确的台阶数，以避免由于操作人员工作疏忽引起的误操作。 4 .良好的人机功效 主动测量控制仪应该克服国内现有主动量仪精度低、功能 单一、人机功效差的缺点，充分发挥仪器人机功效在机械加工中对工人劳动积极性、准确性方面起到的积极作用。 画面制作要符合现场加工条件的要求，和现场环境相协调，功能、画面布局要符合大多数人的操作习惯，画面中的按钮立体效果明显，数据显示区域清晰醒目。 5 .输入输出备份 控制器的 I/0 口较多，当某一 I/O 口出现故障时，操作人员可以通过对 I/O 口的重新定义，将故障的 I/O 口转换为备用的 I/O 口，从而使正常的加工不受影响。 硬件方面，由于此主动测量控制器没有特殊的功能要求，考虑到以后的升级和功能更新，宜选用常规的硬件开发 使用的主板和硬件，质量有保证，可靠性高。 郑州大学本科毕业论文 15 第三章 软件系统总体开发方案分析 软件系统的功能介绍及设计需求 本课题中所设计的嵌入式磨加工主动测量仪的软件系统作为 Z600 型磨加工主动测量仪在加工中的各项数据的显示终端，用于向工人实时展示磨加工主动测量仪在工作中的各项数据，操作者同时可以通过该软件系统的人机交互界面对磨加工主动测量控制仪中的各项数据进行设置和更改，更改后的数据将保存起来，在界面的各级之间形成联动，使得操作者可以方便快捷的进行操作，实现对磨加工主动测量控制仪的人为操控。 本次课题 所设计的嵌入式磨加工主动测量仪的软件系统应该具有良好的可操控性能，人性化的的设计，在操作者进行操作的过程中，该软件系统应该能够使操作者方便快捷的完成想要的操作，通过此软件系统高效地实现对磨加工主动量仪的控制。 其中人机交互部分主要是由嵌入在该磨加工主动测量控制仪前的触摸型液晶显示屏组成，直接由液晶显示屏的可触控操作即可进行操作，因此无需屏幕旁边再增设键盘。 液晶显示器的显示点阵为（ 640 480），由软件系统的人机交互界面即可实现信息的输入、调整、选择、控制和显示等功能。 该嵌入式磨加工主动测量控制仪的软件系统 的设计主要包括测量、设置和调整 3 个部分，其中测量部分为工件测量数据显示，包括表头显示、数字显示、数值显示。 通过表头、数字或者数值直观地将测头测量得到的数据显示在界面中。 各个窗口中的数据都来自于磨加工主动测量控制仪，磨加工主动测量控制仪在加工的过程中通过测头对工件的测量，将工件的位置的变化量转换为电信号，再经过滤波、求平均值和信号处理等得出试试测量的数据，通过接口传递至人机交互界面中，将测量模块的各个项目数据显示出来。 调整部分主要包括零位 /倍率、信号点设定、补偿值设定、倍率微调、 I/O 测试、高低倍率等调整选 项用于调整相关数据。 设置界面包括工件定义、项目设置、系统定义、 I\O 定义和断线检测各模块。 设置界面主要用来对磨加工主动测量控制仪在工作过程中需要进行一些数据和参数调整时，操作者即可点击设置界面中的各个项目进行设置，从而达到对磨加工主动量仪的人为控制。 由于磨加工主动测量控制仪在工作期间，可能会遇到不同的工作情况和工件的加工类型等等，郑州大学本科毕业论文 16 因此，一种设置方式必然很难满足其工作需求，这时就要通过设置界面来对磨加工主动测量控制仪中的各个参数值等进行设定，从而使加工过程中磨加工主动测量控制仪能够更好的工作和发挥其应有的性 能，以上为设置界面要实现的基本功能。 调整界面主要包括零位倍率调整、信号点设定、补偿值设定和倍率微调以下几个功能模块。 调整界面主要用于对磨加工主动测量控制仪进行零位倍率和补偿值等进行调整，从而使得对系统中的各数据和操作参数等进行调整。 各个界面之间应具备相互关联相互联动的特点，点击该软件系统的各窗体之中的按钮的时候，可以弹出相对应的新窗体或者设置选项，同时各个窗体和模块之间应形成联动，各界面之中所显示的数据应该可以相互关联，同时界面也应该具备对数据的修改设定的功能，在设置和调整界面完成数据的调整和设定之后，测 量界面中各个相对应的选项中所显示出来的数据应该也和之前进行的设置进行相关的对应，这就要求该嵌入式人机交互界面不仅仅能够实现不同窗体之间的切换，同时也能够实现各个窗体之间的数据和功能的相互关联，从而使其成为一个统一的，各个模块和功能之间相互关联的系统，为该磨加工主动测量控制仪的操作者提供一个方便、快捷、高效的软件系统。 软件系统设计中的方案选择 C编程语言简介 C（ C Sharp）语言是 .NET 框架的重点推出的语言，具备 C++语言的安全性和 VB（ visual basic）语言的快 速开发的特点，是目前最流行的开发语言之一。 C是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由 C 和 C++衍生出来的面向对象的编程语言。 它在继承 C和 C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。 C综合了 VB的简单的可视化操作和 C++高效的运行效率，一起强大的操作能力，优雅的语法风格，长信的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为 .NET 以及嵌入式设计的重要语言。 C是面对对象程序语言，它使得程序员可以快速地编写各种基于 MICROSOFT .NET 平台的应用程序， MICROSOFT .NET 提供了一系列的 工具 和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。 正是由于 C面向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选 —— 无论是高级郑州大学本科毕业论文 17 的商业对象还是系统级的应用程序。 使用简单的 C语言结构，这些组件可以方便的转化为XML 网络服务，从而使它们可以由任何语言在任何操作系统上通过 INTERNET 进行调用。 C使得 C++程序员可以高效的开发程序，且因可调用由 C/C++ 编写的本机原生函数，因此绝不损失 C/C++原有的强大的功能。 因为这种继承关系， C与 C/C++具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向 C。 C旨在设计成为一种“简单、现代、通用”，以及面向对象的程序设计语言，此种语言的实现，应提供对以下软件工程要素的支持；数组维度检查、强类型检查、未初始化的变量引用检测。 软件必须做到强大持久，并具有较强的编程生产力。 此种语言在为分布式环境中的开发提供适用的组件开发应用， C适合为独立和嵌入式的系统编写程序，从使用复杂操作的大型系统到典型的小型系统均适用。 在本课题中，要设计的软件系 统即是在嵌入式系统上应用，因此，综上所述 C很适合作为本课题中程序的编程语言。 Visual Studio20xx 软件开发环境介绍 Microsoft Visual Studio，简称“ Visual Studio”或者“ VS”是微软公司提供的集成开发环境，支持很多种编程语言，也可以用来创建 Windows 平台下的 Windows 应用程序和网络应用程序，同样也可以用来创建智能设备应用程序、网路服务和 office 插件。 Visual Studio 是一个非常复杂强大的产品，秉承了微软公司开发环境的一贯 风格，使用起来非常简单，不仅支持 C、 VB 和 C++的开发，还可以同步扩展，实现多种语言开发的集成。 其支持快速方便的开发，可以预览开发界面，成为所有开发软件中最适合用来开发 C应用程序的开发工具。 VS20xx 是面向 Windows Vista、 office20xx 的下一代开发工具， VS20xx 引入了 250 多个新特性，整合了对象、关系型数据、 XML 的访问方式，语言更加简洁。 使用 Visual Studio 20xx 可以高效开发 Windows 应用程序设计器中可以实时反映变更， XAML 中智能感知功能可以提高开发效率。 同 时 Visual Studio 20xx 支持项目模板、调试器和部署程序。 Visual Studio 20xx 可以高效开发 Web 应用，集成了 AJAX ，包含 AJAX 项目模板，它还可以高效开发 Office 应用和 Mobile 应用。 具有简洁的操作界面和强大的功能，可以高效的开发应用程序，在本课题中， Visual Studio20xx 作为嵌入式磨加工主动测量仪的软件 系 统 的 开 发 环 境。 VS20xx 集 成 开 发 环 境 如 图 所示： 郑州大学本科毕业论文 18 图 VS20xx 集成开发环境 嵌入式 Wince 操作系统 Wince 是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的可开发的 32位操作系统，是基于掌上型电脑类电子设备系统，它是精简式的 windows95， Wince 的图形用户界面相当出色。 WindowsCE 操作系统是 Windows 家族中的成员，专门设计给掌上电脑（ HPCs）以及嵌入式设备所使用的电脑环境。 这样的操作系统可使完整的可移动技术与现有的 Windows 桌面技术整合工作。 Windows CE 被设计成针对小型设备（它是典型的拥有有限内存的无。