磨耗板平面度自动检测仪的开发研制

【摘 要】主要论述了磨耗板平面度检测的计算机控制，数据采集，以及之后的数据处理和判断方法，并详述了系统的软、硬件的设计。本文所论述的测算方法应用广泛，具有很高的应用和推广价值。

【关键词】磨耗板 工业PC 平面度 数据处理 自动检测

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―352―02

一、概要

随着中国铁路高速、重载主旋律的奏响，提升传统制造、检测工艺自动化水平，保障提速车辆的运行安全成为行业发展的重大课题。磨耗板平面度的检测直接关系到车辆走行部分的安全和稳定，应用计算机和现代自动控制技术对磨耗板平面度进行全方位的准确测量，将填补国内该方面的铁路应用技术空白。

磨耗板平面度检测一直以来就是各磨耗板生产厂家的一个棘手难题，多年以来，大多数厂家仍在沿用传统的人工测量方法，难以准确反映检测结果，费时费力且检测精度难以得到保证，所以研制以计算机控制技术为核心的自动磨耗板检测系统势在必行。

在对众多的磨耗板生产厂家进行调研后，参照铁道部相关技术标准，借鉴和吸收引进国、内外自控检测技术新成果，开发了具有国内领先水平的新一代磨耗板平面度自动检测仪。

二、现状分析

通过对多众多磨耗板生产厂家的调研，发现大多数厂家仍在沿用人工手动运用塞尺进行检测的传统方法，无法对待测磨耗板的中心部位进行检测。尽管近期市场上出现了一些采用接触传感器测量的新方法，然而其采用的都是人工手工移动的方法，但是这种接触式传感器测量探头易磨损，且易产生卡死现象，并且精度不高，劳动强度大，无法进行大批量精确检测。

三、技术分析

新造的磨耗板平面度自动检测仪必须摒弃以往的人工手动进行检测的方法，并可按照铁道部有关操作规程进行规范检测。采用自动上、下料机构，减轻工人的劳动强度，在检测方式上采用更加先进的进口新型测量传感器，为杜绝探头易磨损、易卡死现象的发生，最好采用非接触检测方式，同时也可保证磨耗板平面度自动检测仪在长期大工作量情况下的检测精度和使用寿命。在软件方面做到操作简单、直观，自动计算、判断、分析磨耗板的各项数据并反馈给操作者，以便操作者进行分类，进入下一道工序。

四、方案设计

基于以上各种原因新近开发了新一代磨耗板平面度自动检测系统，该系统采用一台工业PC进行综合控制，分为上、下料机构、定位机构、传导机构及检测机构等几部分构成。

4.1控制系统：

控制系统采用一台工业PC进行综合控制。接收检测系统的信号，计算出平面度结果和超差点，并接收按钮站和各位置接近开关信号，对整个检测过程进行全程控制，完成自动检测过程。由于PC机有广泛的用户基础和丰富的软、硬件及人力资源，使得工业PC成为国内外发展较快的工控产品。工业PC不仅有非常高的稳定性和抗干扰能力，而且可以根据需要对其进行必要的升级和扩展。从而为以后的软件升级和网络管理打下良好的基础。

4.2检测系统：

检测系统用来检测位置、高度等数据，并控制传感器的行程。传感器采用进口激光技术非接触精密测量元件及先进的位置控制技术，实时与控制系统交换位置数据，并进行修正处理，从而保证位置控制的精确性。

4.3输入、输出系统：

输入、输出系统由通讯接口、操作键盘、鼠标、液晶显示器和按钮站组成。通讯接口用来传输数据，连接网络；键盘、鼠标用来修改、调整、控制应用程序。检测过程的控制也主要由键盘、鼠标完成；按钮站主要为方便大批量检测时的手动操作及设备出现故障时的手动调整和设备复位用。

4.4上、下料机构：

上、下料机构由伺服电机配合高精细导轨副和丝杠组成，使磨耗板完成进给、返回等指定运动，并接受控制系统指令，配合传感器完成对磨耗板平面度的检测工作。

五.结构设计

根据设备性能特点的要求，在上述方案的基础上，设计出了磨耗板平面度自动检测仪的结构图。外形见图。

5.1主机

主机由下列部分构成，参见附图。

a.机体部分：包括基础平板，主、副立柱，上连接梁。

构成磨耗板平面度自动检测仪的主体，均采用铸铁制成，基础平板和上连接梁为磨床加工，严格保证机体精度，铸铁材质能有效减弱机体震动，保证检测稳定性，并可保证在长期使用过程中不产生形变。

b、标准平板：标准平板采用铸铁材质，经过磨床精磨平面度在0.03mm以内，减少对待测磨耗板平面度的检测误差影响。并且在标准平板的前边和右边上均有一条定位挡铁，在检测过程中对磨耗板起到定位作用。

c、纵向导轨：标准平板可以在纵向导轨副上通过丝杠带动待测磨耗板纵向移动，实现从上、下料工位到检测区域之间的移动。纵向移动由伺服电机驱动。

d、横向导轨：检测传感器可以通过丝杠带动在横向导轨上移动，以便在检测过程中配合标准平板运动，检测磨耗板上各待测点高度，实现对磨耗板的平面度检测。横向移动由伺服电机带动齿轮驱动。

六.工艺设计

工艺设计是以240X190mm有两孔的磨耗板为基型进行分析。根据北京市计量科学研究所张泰昌等起草的《平板检定规程》中关于工作面的平面度检测要求的叙述，小于或等于400X400mm规格的平板平面度检测时，受检点数应大于或等于9点。因为待测磨耗板的规格小于400X400mm，所以，我们采用在该磨耗板上取“米”字形的9点进行检测的方法来检测该磨耗板的平面度。整个检测过程分为两部分：磨耗板各点高度的检测和对检测数据进行数据处理。

6.1磨耗板各点高度的检测

将磨耗板待检测面朝上放置在磨耗板平面度自动检测仪的标准平板上，由程序控制进给，伺服电机带动待测磨耗板进入检测区域。控制系统通过操作者给出的磨耗板大小进行运算分析，控制连接传感器的伺服电机运转，配合进给电机进行差补运动，到达该磨耗板上所要检测的相应各点，并在到达每个点的同时对检测传感器发出指令，检测该点高度，并接收传感器反馈的检测数据。

6.2数据处理

具体方法就是采用座标变换法进行数据处理。

所谓座标变换法就是把相对于测量基准的数据，经过适当的变换后，使新的数据成为相对于理想平面的数据。其实质是假定xoy平面为测量基准平面，并且理想平面与测量基准平面不重合，如图所示。当转角很小时，可用直线位移代替角位移。设在x轴方向共有m个节距，单位旋转量为Q；在y轴方向共有n个节距，单位旋转量为p；x轴与y轴上的节距相等（这一点满足）。所以，座标变换也就是在原始数据上加一个对应的等差数列，计算误差时需沿z轴方向取座标值。如图所示。

七.结束语

随着中国铁路事业的飞速发展，新产品的研发和新技术、新设备的应用是一个企业综合竞争力的有力保证，设计开发具有国内先进水平的新一代磨耗板平面度自动检测仪。它的研制和应用大大提高了磨耗板平面度检测的自动化水平。而且从中总结出的检测方法可广泛在同类设备中得到应用。本文对工业过程控制、过程检测有一定的参考价值。

参考文献：

[1]黄玉峰主编，《互换性与没量技术基础》，东北林业大学出版社，1998。

[2]林奕鸿等，《机床数控技术及其应用》，机械工业出版社，1994。