CN104458900A - 磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统，包括装置：初始化模块：发出一个连续退的信号串给步进电机控制器；再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器；再发一个采样信号给间隙采样处理模块；间隙采样处理模块：对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，得到磨床测量臂的当前运动状态、以及出当前间隙测量值；运动状态跟踪模块：用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号。本发明还提供了相应的控制方法。与现有技术相比，本发明的有益效果是缩短了探头架间隙跟踪时间，提高了间隙跟踪的精度，使轧辊涡流检测的可靠性得到了明显提升。

Description

磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轧辊检测领域，本发明能够广泛应用于有独立运动测量臂上的探头架间隙自动跟踪系统，具体涉及磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统及控制方法。

背景技术

目前现有技术中的磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统控制方法中，如何获得正确的控制数据是控制的关键。一般采用两次间隙采样差值法来确定运动方向、最后间隙采样值来确定当前位置。当机械系统在运行过程中有振动时，会造成运动方向不确定和当前位置不准确。要实现运动方向的确定和当前位置测量，就必须安排间隙采样周期与步进电机运动周期互斥，对间隙采样信号进行回归处理、线性求解等一系列策略。

涡流检测轧辊表面裂纹深度是一种比较灵敏和有效的检测方法。但涡流检测方法存在提离效应，使相同深度缺陷在不同探头与轧辊间隙距离的检测输出信号幅度有很大的变化，造成裂纹深度判断不准确。所以必须有一个间隙跟踪系统配合，才能保证检测裂纹深度的准确性。

经对现有技术检索，发现如下相关文献：

申请号为CN200920075988.2、名称为“间隙自动跟踪电磁制动器”的中国专利文献。该实用新型涉及一种电磁制动器，提供了一种间隙自动跟踪电磁制动器，包括固定杆、固定制动板、摩擦组件、衔铁、电磁铁、制动主弹簧、调整套、后盖板、联轴构件和止退器。摩擦组件设置在固定制动板一则，套在联轴构件上，衔铁设置在摩擦组件的另一侧，电磁铁设置在衔铁另一侧，后盖板设置在电磁铁另一侧，止退器设置在衔铁和电磁铁之间的边缘上，固定杆穿过后盖板边缘、止退器、衔铁和固定制动板，构成笼形框架，后盖板设有内螺纹孔，调整套旋在后盖板内螺纹孔中，制动主弹簧的一端与衔铁相抵，另一端塞在调整套中。

技术要点比较：

（1）运动部分：该专利提供了一种电磁铁间隙自动跟踪结构，本发明采用的是步进电机控制结构。

（2）控制部分：该专利的间隙保证采用调节压簧方法实现，本发明采用的是涡流距离检测程序控制方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，为了解决被检对象轧辊的特殊性怕表面产生接触痕影响使用，间隙跟踪系统不能用接触方式进行间隙跟踪的问题，需要设计由间隙采样、间隙机械运动机构、电动执行控制等组成的间隙跟踪系统来实现。为了解决测量臂的运动控制系统与涡流探头架间隙跟踪系统没有信号交流问题，需要设计涡流探头架间隙跟踪系统有初始化、间隙采样、跟踪执行等功能。

根据本发明的一个方面，提供一种磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统，包括如下装置：

初始化模块：初始化模块在上电时，清空所有程序内寄存器和数据存储器内容，读取外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，并发出一个连续退的信号串给步进电机控制器；若初始化模块收到最后极限位触点信号，则表示机械后退动作正常，否则，显示机械后退故障；初始化模块再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器，若初始化模块收到最前极限位触点信号则表示机械前进动作正常，否则显示机械前进故障；然后初始化模块停止发前进的信号，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；采样信号结束后，初始化模块退出工作；

间隙采样处理模块：间隙采样处理模块在接收到来自初始化模块发出的采样信号后，读取一组包含采样信号段内的间隙测量值的间隙测量数组；应用一次线性方程中斜率K的±表示运动方向，K的大小表示运动速度，截距b表示方程在直角坐标系中的垂直位置的关系，对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，得到磨床测量臂的当前运动状态、以及出当前间隙测量值；

运动状态跟踪模块：运动状态跟踪模块的开始状态为判断当前间隙测量值状态，运动状态跟踪模块的工作方式是用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号：

若当前间隙测量值大于间隙测量值输入范围的上限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的前进步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值小于间隙测量值输入范围的下限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的后退步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值在间隙测量值输入范围内，则等待一段时间，发一个采样信号给间隙采样处理模块。

优选地，还包括人机对话模块，人机对话模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前位置数据J。

根据本发明的另一个方面，还提供一种磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪控制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立初始化模块：初始化模块在上电时，清空所有程序内寄存器和数据存储器内容，读取外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，并发出一个连续退的信号串给步进电机控制器；若初始化模块收到最后极限位触点信号，则表示机械后退动作正常，否则，显示机械后退故障；初始化模块再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器，若初始化模块收到最前极限位触点信号则表示机械前进动作正常，否则显示机械前进故障；然后初始化模块停止发前进的信号，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；采样信号结束后，初始化模块退出工作；

步骤2，建立间隙采样处理模块：间隙采样处理模块在接收到来自初始化模块发出的采样信号后，读取一组包含采样信号段内的间隙测量值的间隙测量数组；应用一次线性方程中斜率K的±表示运动方向，K的大小表示运动速度，截距b表示方程在直角坐标系中的垂直位置的关系，对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，得到磨床测量臂的当前运动状态、以及出当前间隙测量值；

步骤3，建立运动状态跟踪模块：运动状态跟踪模块的开始状态为判断当前间隙测量值状态，运动状态跟踪模块的工作方式是用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号：

若当前间隙测量值大于间隙测量值输入范围的上限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的前进步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值小于间隙测量值输入范围的下限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的后退步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值在间隙测量值输入范围内，则等待一段时间，发一个采样信号给间隙采样处理模块。

优选地，还包括如下步骤：

步骤4，建立人机对话模块，人机对话模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前位置数据J。

与现有技术相比，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是缩短了探头架间隙跟踪时间，提高了间隙跟踪的精度，使轧辊涡流检测的可靠性得到了明显提升。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统结构示意图；图中的虚线三角形是依靠测量臂与探头跟踪架的转动连接副为顶点、测量臂上的探头跟踪架角动支点为左支点、传动齿轮与螺杆传动杆的交点为右支点构成水平边长度可变三角形。探头架间隙进退跟踪的机械运动是依靠调整水平边长度的方法达到；

图2为磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统控制方法中的步骤1初始化模块逻辑示意图；

图3为磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统控制方法中步骤2间隙采样处理模块逻辑示意图；

图4为磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统控制方法中的步骤3步进电机控制模块逻辑示意图；

图5为磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统控制方法中步骤4人机对话操作模块逻辑示意图。

图中：

1为测量臂及探头跟踪架转轴固定座；

2为探头跟踪架；

3为接近位置线性电压输出传感器；

4为带动力齿轮跟踪执行步进电机；

5为中心为螺母结构的传动齿轮；

6为前后运动螺杆传动杆；

7为后退极限位Hx信号开关；

8为前进极限位Qx信号开关；

9为探头跟踪架角动支点；

10为测量臂与探头跟踪架转动连接副；

11为轧辊。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪控制系统的控制方法包括如下步骤：

步骤1：设定一个初始化模块，该初始化模块在上电时，清空程序内所有寄存器和数据存储器内容，读外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，发出一个连续退的信号串给步进电机控制器，当收到最后极限位触点信号时表示机械后退动作正常（反之显示机械后退故障）；再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器，当收到最前极限位触点信号时表示机械前进动作正常（反之显示机械前进故障）；停止发前进的信号，再发一个采样信号给间隙采样模块。这样做的目的是保证采样周期内步进电机不运动，做到采样不受运动干扰。采样信号结束后，该初始化模块退出工作。

初始化模块的逻辑见图2，该图描述了一个程序寄存器初始化和赋值、机械检查、开关检查、机械停在最前位置的逻辑过程。

步骤2：设定一个间隙采样处理模块，该间隙采样处理模块在接到采样信号时，读取一组采样信号段内的间隙测量值。当采样信号存储器第二个数据不为零时，表示采样正在进行可对数据进行处理。根据磨床测量臂运动的数据特点分析运动状态，在运动时相邻两个数据总是存在一个差值，差值Vmn为正表示测量臂运动接近轧辊、差值Vmn为负表示测量臂运动离开轧辊，在运动停止时相邻两个数据的差值接近零。由于采样过程中存在磨床测量臂运动时抖动、电磁干扰等原因造成采样数据失真，用一般相邻两个数据的处理方法存在判断不准确。为了获得正确的测量数据，我们根据数据特点其在一段短时间范围内成线性关系，采用一次线性方程的数学回归统计方法，可获得一次线性方程的斜率（K）和截距（b）。应用一次线性方程中斜率（K）的±表示运动方向、大小表示运动速度、截距（b）表示方程在直角坐标系中的垂直位置的关系，对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，统计计算出测量信号时间段内的斜率（K）来判断磨床测量臂的运动状态，用截距（b）得到方程代入最后测量序列号用求解方程方法得到当前间隙测量值。最后输出当前运动状态信号（Z）和当前间隙测量值（J）信息，步骤2回到采样信号判断状态。

间隙采样处理模块的逻辑见图3，该图描述了从采样信号判断状态到有采样信号（C=1）开始采样到无采样信号（C=0）结束采样以及怎样用一次线性方程的数学回归方法处理采样数据，输出当前运动状态信号（Z）和当前间隙测量值（J）信息，回到判断采样信号状态的过程。

步骤3：设立一个运动状态跟踪模块，初始状态为判断当前间隙测量值状态，该运动状态跟踪模块的工作方式是用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号：

当当前间隙测量值大于间隙测量值输入范围的上限时，发出一个根据差值大小，以当前运动状态为比例，取整的前进步长信号串给步进电机控制器。在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样模块。这样做的目的是保证采样周期内步进电机不运动，做到采样不受运动干扰。采样信号结束后，清空步骤3内寄存器并重新赋值，该运动状态跟踪模块回到步骤3的判断当前间隙测量值状态。

当当前间隙测量值小于间隙测量值输入范围的下限时，发出一个根据差值大小，以当前运动状态为比例，取整的后退步长信号串给步进电机控制器。在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样模块。这样做的目的是保证采样周期内步进电机不运动，做到采样不受运动干扰。采样信号结束后，清空步骤3内寄存器并重新赋值，该运动状态跟踪模块回到步骤3的判断当前间隙测量值状态。

当当前间隙测量值在间隙测量值输入范围内时，不发任何信号串给步进电机控制器，等待一段时间，再发一个采样信号给间隙采样模块。这样做的目的是保证采样周期内步进电机不运动，做到采样不受运动干扰。采样信号结束后，清空步骤3内寄存器并重新赋值，该运动状态跟踪模块回到步骤3的判断当前间隙测量值状态。

步进电机控制模块逻辑见图4，该图描述了步进电机控制模块在收到测量结果后的判断方式和对应四种类型测量结果不同的处理过程。

步骤4：设立一个人机对话（手动输入和状态显示）模块，该人机对话模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前位置数据（J）。

人机对话模块逻辑见图5，该图描述了跟踪控制系统的显示和操作需要完成的步骤。

下面对各个模块的功能做进一步的具体描述。

步骤1：设计初始化模块

初始化模块的输入、输出由以下部分组成：

a、信号输入部分，有四个，第一个是系统上电延迟信号Y（来自底板）、第二个是前进机械极限位触点信号Qx、第三个是后退机械极限位触点信号Hx、第四个是由人工输入的采样信号定时值D；

b、信号输出部分，有四个，第一个是步进电机连续后退的信号Bt、第二个是步进电机连续前进的信号Bj、第三个是采样信号C、第四个是自检未通过信息；

该初始化模块的具体工作步骤：

①模块的入口从收到上电延迟信号开始，利用系统电路板上的上电延迟信号启动，清空程序内所有寄存器和数据存储器内容，读外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，发出一个定步长（保证到达机械后极限位）的连续后退的信号串给步进电机控制器，使步进电机带动机械机构向后运动；

②当收到后退机械极限位触点信号Hx时（此时涡流探头架在最后机械极限位），发出一个定步长（保证到达机械前极限位）的连续前进的信号串给步进电机控制器，使步进电机带动机械机构向前运动；

③当收到前进机械极限位触点信号Qx时（此时涡流探头架在最前机械极限位）表示完成机械动作测试工作状态正常；

④当收不到后退机械极限位触点信号Hx，或收不到前进机械极限位触点信号Qx时，发出机械故障信息等待人工检查处理；

⑤当通过机械测试后，发出一个由可设置采样信号定时器产生的采样信号C给间隙采样模块，步骤1退出工作。

步骤2：设计间隙采样处理模块

间隙采样模块的输入、输出由以下部分组成：

a、信号输入部分，有三个，第一个是采样信号C、第二个是接近位置线性电压输出传感器输出的线性电压Vx、第三个是人为比较门槛设置值B；

b、信号输出部分，有二个，一个是当前运动状态信号Z、另一个是当前间隙测量值J；

该间隙采样处理模块的具体工作步骤：

①采样时机的安排设计：

因为，接近位置线性电压输出传感器的输出与测量臂运动和间隙跟踪运动有关；

所以，为正确区分测量臂的运动状态，必须是某个运动不参与才能区分；

因为，我们只能控制间隙跟踪运动；

所以，采用采样时间内停止间隙跟踪运动，来防止间隙跟踪运动干扰传感器输出。具体措施是设计控制程序时，把采样信号周期与间隙跟踪信号周期设计成互斥关系。即步骤1、步骤3在发采样信号C=1时，步进电机已经结束运动；

②步骤2开始信息处理：判断采样信号C，当采样信号C为（1）时，清除运动状态数据寄存器中运动状态信号Z和原来间隙测量值J。

③间隙测量数据的采集：

在采样信号C为（1）的周期内，通过接近位置线性电压输出传感器感应轧辊距离产生线性电压输出，用A/D卡或板上A/D按采样频率采集一组当前测得线性电压转换成数字系统可识别的一组（采样点序列、数字间隙测量值）组成的数组，并将该数组存入数据存储器。

采样点序列M：M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、、M_m。

测量值序列V：V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、、V_m。

④采样数据的处理起止条件：

当采样点序列M为2时，表示采样正在进行可以对采样数据进行分析处理；

当采样点序列M为0时，表示采样结束，可以停止对采样数据分析处理；

⑤采样数据的回归分析处理：

因为，M值的测量具有离散性，根据测量臂的运动和接近位置线性电压输出传感器的输出关系，在一定范围内变化不可能输出大范围跳变信号的特点；

所以，可用判断方法去除数组内的极大、极小间隙测量干扰值；

因为，根据测量臂的运动在短时间内是线性变化关系；

所以，有V=kM+b因为，有m＞n

所以，有 $k_{m-n}=\frac{V_m-V_n}{M_m-M_n},b=V-\mathrm{\Σk}\·M$

因为，某组测量值V_m、V_n存在测量的偶然性；

所以，用∑k、∑b代替某个k_m-n、b_m-n更有统计性；

其中，V为测量值序列，k为线性方程的斜率，M为采样点序列，b为测量值截距，m为顺序编号，n为顺序编号,k_m-n为两个采样点间的斜率，V_m为采样时间中的第m个时间点的测量值，V_n为采样时间中的第n个时间点的测量值，M_m采样时间中的第m个时间点，M_n采样时间中的第n个时间点，∑k为一组测量值的斜率平均值，∑b为一组测量值的测量值截距平均值。

⑥当前运动状态的判断和Z的输出处理：

因为，测量臂的运动是单向的，且采样时步进电机是停止状态；

所以，采样时间段内有∑k小于零时，必然是磨床测量臂在运动离开轧辊的状态；

所以，采样时间段内有∑k大于零时，必然是磨床测量臂在运动接近轧辊的状态；

所以，采样时间段内有∑k等于零时，必然是磨床测量臂运动停止的状态的关系；

因为，∑k代表的是磨床测量臂的运动方向，从运动的安全考虑，只有∑k大于零的状态是最不安全状态。利用磨床测量臂在运动时速度造成的测量点V的差值与不运动时有较大差别来消除不运动时间隙波动；

所以，为防止间隙不稳定输出的差值大于零的发生，保证运动状态信号可靠，用一个设置值B（人为比较门槛设置值）作为消除不稳定输出的判据；

因为，磨床测量臂在运动离开轧辊的状态只有在检测结束时发生；

所以，可以把看运动离开轧辊的状态成特殊的磨床测量臂运动停止的状态；

所以，经上述两原则处理后的运动状态是Z=∑K–B，它的判据是：

所以，当Z＞0时，为（1），表示磨床测量臂处于运动接近轧辊；

所以，当Z＜0时，为（0），表示磨床测量臂处于停止或运动离开轧辊；

其中，Z为当前运动状态。

⑦当前间隙测量值的判断和输出J：

因为，当前间隙测量值与运动状态有关；

所以，有不同的运动状态用不同处理的方法。

因为，当∑k＜0时，是磨床测量臂运动在离开轧辊的状态；

所以，可以用前面运动状态判断计算出的V=∑kM+b方程，代入M_m得到V=J；

因为，当∑k＞0时，是磨床测量臂运动在接近轧辊的状态；

所以，可以用前面运动状态判断计算出的V=∑kM+b方程，代入M_m得到V=J；

因为，当∑k≈0时，是磨床测量臂运动停止的状态；

所以，可以用运动状态判断数组内有效数组的间隙测量平均值，∑V/m=J；

⑧步骤2结束处理：在计算完成后，将当前运动状态Z和当前间隙测量值J存储在数据寄存器。将步骤2中的采样存储器清空置零，回到②，步骤2开始信息处理状态。

步骤3：设计运动状态跟踪控制模块：

运动状态跟踪控制模块的输入、输出由以下部分组成：

a、信号输入部分，有七个，第一个是运动状态信号Z、第二个是当前间隙测量值J、第三个是由人工输入的间隙测量设置值和上下限范围S±Δ、第四个是由人工输入的运动状态回退比例系数Y_b、停止状态回退、前进比例系数T_b、第五个是前进机械极限位触点信号Qx、第六个是后退机械极限位触点信号Hx、第七个是由人工输入的采样信号定时值D；

b、信号输出部分，有三个，第一个是回退步长的信号串Bt、第二个是前进长步的信号串Bj、第三个是测量信号C；

该模块具体的判断和控制过程如下：

①步骤3开始信息处理：

判断当前间隙测量值，当前间隙测量值J≠0时为开始。将运动状态数据寄存器中的运动状态信号Z和间隙测量值J数据，读入步骤3对应的寄存器中。

②步进电机前进运动的判断条件和运动控制：

当当前间隙测量值J小于间隙测量设置值S－Δ的下限时，选择前进处理方式，输出一个间隙测量设置值减去当前间隙测量测量值的差乘上停止状态回退、前进比例系数T_b，取整；

即B={（S－Δ）-J}×T_b取整；

作为前进信号串B的步长，给步进电机控制器。

当收到前进机械极限位触点信号Qx时（表示机械已经在最前位），停止发前进步长的信号串给步进电机控制器；

③步进电机后退运动的判断条件和运动控制：

当当前间隙测量值J大于设置的间隙测量值S＋Δ的上限时，选择后退处理方式，输出一个间隙测量设置值减去当前间隙测量测量值的差，根据运动状态Z选择运动状态回退比例系数Y_b（快速回退）或停止状态回退、前进比例系数T_b（慢速回退），取整；

即B={J-（S＋Δ）}Y_b或B={J-（S＋Δ）}T_b取整；

作为回退信号串B的步长，给步进电机控制器。

当收到后退机械极限位触点信号Hx时（表示机械已经在最后位），停止发后退步长的信号串给步进电机控制器；

④步进电机不运动的判断条件和控制：当间隙测量测量值小于设置的间隙测量值S＋Δ的上限、大于设置的间隙测量值S－Δ的下限时，延迟一段时间不输出步进电机控制信号；

⑤采样信号C的产生：在完成②、③、或④其中的一个过程后（步进电机已经不运动），发出一个由可设置测量信号定时器产生的采样信号C给间隙采样模块；

⑥步骤3结束处理：在完成采样信号C后，对步骤3内的各计数器初始化和赋值，回到①步骤3开始判断当前间隙测量值状态。

步骤4：设立一个人机对话（手动输入和状态显示）模块，该模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前经采样处理后的运动状态数据（Z）、具体的位置数据（J）。

人机对话模块的输入、输出由以下部分组成：

a、人工输入部分，有五个，第一个是由人工输入的采样信号定时值D；第二个是人为比较门槛设置值B；第三个是由人工输入的间隙测量设置值和上下限范围S±Δ；第四个是由人工输入的运动状态回退比例系数Y_b；第五个停止状态回退、前进比例系数T_b；

b、显示信号部分，有十个，第一个是由人工输入的采样信号定时值D；第二个是人为比较门槛设置值B；第三个是由人工输入的间隙测量设置值和上下限范围S±Δ；第四个是由人工输入的运动状态回退比例系数Y_b；第五个停止状态回退、前进比例系数T_b；第六个是前进机械极限位触点信号Qx；第七个是后退机械极限位触点信号Hx；第八个是自检未通过信息；第九个是当前运动状态信号Z；第十个当前间隙测量值J；

该人机对话模块的工作原理：人机对话模块的入口从判断选择显示信号开始，根据人工选择的显示信号显示当前寄存器内的数据。当认为需要修改当前寄存器内的数据时，按修改键人工输入数据修改值，再按修改确认键。判断人工输入数据修改值是否在该数据的输入范围内，如是将数据修改值存入当前寄存器内，如不是为显示该数据可输入的范围，提醒操作者重新输入。

在一定时间内没有收到选择显示信号时，显示信号只显示：人工输入的间隙测量设置值和上下限范围S±Δ、当前间隙测量值J这两个信息；

该人机对话模块具体的判断和控制过程如下：

①步骤1的初始化信息显示处理：

在初始化过程中当自检未通过时，显示自检未通过信息。为判断故障类别，人工按上、下操作键（S、X）显示前进机械极限位触点信号Qx和后退机械极限位触点信号Hx信息。通过判断前进机械极限位触点信号Qx和后退机械极限位触点信号Hx的状态，了解是哪类故障。

在人工对故障进行处理后，再按确认键（K）操作程序重新开始步骤1的初始化过程。

②步骤4显示信息处理：

显示信息的条件：判断确认键（K）是否选择显示操作信号（Q=0），是按显示选择操作信号（R），显示被选择内容。

选择显示操作：通过判断是否有人工按上、下操作键（S、X）信号，有按显示选择操作信号（Q），显示被选寄存器名称和被选寄存器内的数值。

显示监视信息的条件：判断是否有人工按上、下操作键（S、X）信号，如已经有一段时间无人工按上、下操作键（S、X）信号，程序自动显示人工输入的间隙测量设置值范围S±Δ和当前间隙测量值J这二个信息；

③修改当前寄存器内的数据操作：

需要进行修改寄存器的选择操作：用选择显示操作，人工操作选择显示要修改的寄存器名称和寄存器内的数值。

需要进行修改寄存器的确认操作：当认为需要修改当前寄存器内的数据时，按确认键（K）将被选寄存器内的数据和被选寄存器的数据输入范围读入暂存器（Y）和暂存器（W），显示被选寄存器名称和暂存器（Y）内的数值。

需要进行修改寄存器的数据修改操作：通过人工按上下操作键增加或减少暂存器（Y）内的数值，以暂存器（W）数据的范围作比较，限制暂存器（Y）输入数据修改值超过暂存器（W）数据的范围。

需要进行修改寄存器的数据寄存操作：当暂存器（Y）显示的数值认为是符合修改要求时，人工按确认键（K）将当前暂存器（Y）数值存入被选寄存器内。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统，其特征在于，包括如下装置：

初始化模块：初始化模块在上电时，清空所有程序内寄存器和数据存储器内容，读取外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，并发出一个连续退的信号串给步进电机控制器；若初始化模块收到最后极限位触点信号，则表示机械后退动作正常，否则，显示机械后退故障；初始化模块再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器，若初始化模块收到最前极限位触点信号则表示机械前进动作正常，否则显示机械前进故障；然后初始化模块停止发前进的信号，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；采样信号结束后，初始化模块退出工作；

间隙采样处理模块：间隙采样处理模块在接收到来自初始化模块发出的采样信号后，读取一组包含采样信号段内的间隙测量值的间隙测量数组；应用一次线性方程中斜率K的±表示运动方向，K的大小表示运动速度，截距b表示方程在直角坐标系中的垂直位置的关系，对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，得到磨床测量臂的当前运动状态、以及出当前间隙测量值；

运动状态跟踪模块：运动状态跟踪模块的开始状态为判断当前间隙测量值状态，运动状态跟踪模块的工作方式是用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号：

若当前间隙测量值大于间隙测量值输入范围的上限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的前进步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值小于间隙测量值输入范围的下限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的后退步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值在间隙测量值输入范围内，则等待一段时间，发一个采样信号给间隙采样处理模块。

2.根据权利要求1所述的磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪系统，其特征在于，还包括人机对话模块，人机对话模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前位置数据J。

3.一种磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立初始化模块：初始化模块在上电时，清空所有程序内寄存器和数据存储器内容，读取外部数据存储器的指定数据写入程序内对应寄存器，并发出一个连续退的信号串给步进电机控制器；若初始化模块收到最后极限位触点信号，则表示机械后退动作正常，否则，显示机械后退故障；初始化模块再发出一个连续前进的信号串给步进电机控制器，若初始化模块收到最前极限位触点信号则表示机械前进动作正常，否则显示机械前进故障；然后初始化模块停止发前进的信号，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；采样信号结束后，初始化模块退出工作；

步骤2，建立间隙采样处理模块：间隙采样处理模块在接收到来自初始化模块发出的采样信号后，读取一组包含采样信号段内的间隙测量值的间隙测量数组；应用一次线性方程中斜率K的±表示运动方向，K的大小表示运动速度，截距b表示方程在直角坐标系中的垂直位置的关系，对间隙测量数组用一次线性方程的数学回归方法，得到磨床测量臂的当前运动状态、以及出当前间隙测量值；

步骤3，建立运动状态跟踪模块：运动状态跟踪模块的开始状态为判断当前间隙测量值状态，运动状态跟踪模块的工作方式是用设置一个间隙测量值输入范围为基准，比较当前间隙测量值发出三种步进电机控制信号：

若当前间隙测量值大于间隙测量值输入范围的上限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的前进步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值小于间隙测量值输入范围的下限，则发出一个根据相邻间隙测量值的差值大小，以当前运动状态为比例，取整的后退步长信号串给步进电机控制器；在步进电机控制信号结束后，再发一个采样信号给间隙采样处理模块；

若当前间隙测量值在间隙测量值输入范围内，则等待一段时间，发一个采样信号给间隙采样处理模块。

4.根据权利要求3所述的磨床测量臂用涡流探头架间隙跟踪控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤4，建立人机对话模块，人机对话模块的工作方式是通过人工手动操作的方式检查或修改各寄存器的具体数据，并把修改后的数据写入程序寄存器内；在没有输入操作时，显示位置数据设定值、当前位置数据J。