嵌入式磨加工主动量仪功能集成优化及应用研究

摘要

在工业将要全面进入智能制造的大背景下，高质量、高效率和智能化已经成为当前工业发展主题。磨削加工，作为决定产品质量的精密加工方式，其过程控制的主动性、智能性和自动化程度对产品质量和生产效率起着至关重要的作用。随着主动测量技术的研究和应用，主动测量技术开始应用到磨削加工中，在磨削过程中对工件相关参数进行实时检测并输出反馈给机床控制系统，从而提高磨削加工质量和生产效率。我国主动测量技术起步较晚，研发的控制器还停留在较低的水平，主要体现在硬件落后、功能单一、可交互性及操作的方便性较差等方面。针对上述问题，本课题组多年来对磨加工主动测量技术进行了深入的研究，在磨加工主动量仪基本功能的开发方面做了大量工作，并已形成不同型号的样机，但其在功能集成完善、交互性、参数优化以及工程化应用方面尚有一些关键问题需要解决。因此，本文在研究磨加工主动测量控制系统基本结构原理和功能的基础上，对磨加工主动量仪进行了集成优化和应用研究，完成的工作主要如下： （1）在研究磨加工主动量仪系统构成和工作原理的基础上，对主动量仪的软硬件系统进行了优化升级。硬件系统上，对基于A8微处理器核心板的接口技术进行了深入的研究；软件系统上，对人机交互的可视化编程和设备通讯软操作进行了全面升级。 （2）针对磨加工主动测量系统工艺参数的优化问题，提出一种基于一致效果测度的加权灰靶决策方法，实现工艺参数的智能化寻优；结合BP神经网络和改进的PSO算法，根据工艺参数，实现对磨削加工质量的预测。综合上述研究，并结合SQLite数据库，最终实现磨加工主动量仪的参数智能化设置及帮助功能。 （3）针对具有断续表面几何特征的磨加工数据处理技术提出改进方法。采用差值修正法和数值记忆法对断续表面数据进行处理，差值修正法通过相邻测得值的比较，以及与工件采样周期内尺寸理论变化值关系实现差值修正，数值记忆法采用一个触发周期内相邻实测数据之差绝对值最小时对应的测得尺寸作为特征值输出进行修正，有效解决测头在出凹槽时跳动的突出问题，实现对断续表面的测量功能。 （4）对磨加工主动量仪实现批量生产和工程化应用过程中的关键问题，进行了分析和研究。主要包括：在分析误差机理及基本处理方法的基础上，针对主动量仪的零漂问题提出了基于零点基准线的软处理方法；对加工中和加工后分别提出了限幅-滑动平均滤波和五点三次平滑处理的滤波方法；为提高主动量仪的交互性和智能化程度，为其拓展了尺寸动静态显示和参数智能设置及帮助功能；针对磨削加工中和工件装夹过程中的信号点置位干扰问题，在程序中添加了信号点置位延时和工件装夹信号点置位延时功能。 （5）对新型样机功能进行有机集成，开发新型磨加工主动量仪样机，并利用实验室设备及仪器对上述研究工作进行实验分析，验证技术的可行性和合理性。最后根据实验结果的分析和研究，实现对新样机的进一步改进和完善。 论文对磨加工主动量仪的软硬件系统、磨削质量控制技术、断续表面主动测量技术以及工程应用中关键问题的研究，在提高工主动量仪测量精度、智能化程度以及加快主动量仪批量化生产和工程化应用进程上起到了重要推进作用。

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1 绪论