CN105157969A - 一种数据可追溯的弹簧检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据可追溯的弹簧检测系统，包括：一弹簧拉压仪，包括放置待测量弹簧的外壳底座和压下弹簧的齿条；还包括安装于外壳底座内部的压力测量装置和平行于齿条所在平面的光栅位移传感器；一PLC，包括AB相高速通道和模拟量输入端口；一上位机，安装有与所述弹簧拉压仪相匹配的弹簧拉压仪测量软件；所述PLC的输出端连接上位机；一工业交换机；一数据服务器；所述上位机和数据服务器都通过网络连接在工业交换机上。本发明加快了检测的速度，而且系统直接自动采集被测数据至上位机，杜绝了人为造假，同时提高了工作效率。

Description

一种数据可追溯的弹簧检测系统

技术领域

本发明涉及弹簧性质测量系统，具体涉及一种数据可追溯的弹簧检测系统。

背景技术

目前市场上对弹簧的性能进行检测是通过使用弹簧拉压试验机或者称为弹簧拉压仪。其工作原理是将待检测弹簧放置在测试台上，通过手工控制手柄向下移动压迫弹簧，在压力面向下移动的过程中，游标卡尺的滑块随之移动，同时压力传感器感受应力大小。

此时，操作员通过目测观察游标卡显示的行程和压力表指示的压力，根据弹簧的生产规格，人眼将观察指定的行程点的压力情况，此时，人先天的眼与手势的配合不协调必然会造成测量数据的误差。

当前市面上的产品无论是机械式弹簧拉压仪还是数显式弹簧拉压仪都存在被测弹簧数据无法保存的缺陷。其原因是没有一个可以保存数据的电子介质，而且没有一个合理的机制可以使每个被测的弹簧与其数据一一对应。

目前市面上的弹簧拉压仪记录弹簧数据的方式分为手工记录或者是在拉压仪上安装一个热敏打印机，由打印机打印测量数据小票，附在被测弹簧上。其缺陷是小票容易遗失、污染、损坏和人为修改，造成被测弹簧的数据无法永久保存，更不可能做到数据追溯。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种数据可追溯的弹簧检测系统。

本发明的技术方案如下：

一种数据可追溯的弹簧检测系统，包括：

一弹簧拉压仪，包括放置待测量弹簧的外壳底座和压下弹簧的齿条；还包括安装于外壳底座内部的压力测量装置，所述压力测量装置包括压力传感器和压力变送器；还包括平行于齿条所在平面的光栅位移传感器；

一PLC，包括AB相高速通道和模拟量输入端口；所述光栅位移传感器的输出端连接PLC的AB相高速通道，所述压力变送器连接PLC的模拟量输入端口；所述PLC还连接有测量结果指示灯，所述测量结果指示灯包括第一红色指示灯和第一绿色指示灯；第一绿色指示灯亮起表示测量结果合格；第一红色指示灯亮起表示系统为待检测状态或者测量结果不合格。

一上位机，安装有可对弹簧测量结果进行统计分析的弹簧拉压仪测量软件；所述PLC的输出端连接上位机；

一工业交换机；

一数据服务器，安装有数据库管理系统；所述上位机和数据服务器都通过网络连接在工业交换机上。

其进一步的技术方案为：所述弹簧拉压仪还包括安装在外壳底座上的立柱、固定在立柱上的齿轮箱体、安装在齿轮箱体外部的测量手柄；所述齿条上端连接在立柱上，中部穿过齿轮箱体并和所述测量手柄之间通过齿轮箱体之内的齿轮相连接，所述测量手柄逆时针转动时，齿条向下位移压缩弹簧，测量手柄顺时针转动时，齿条向上位移。

其进一步的技术方案为：齿条之上设置有两个定位套，两个定位套分别位于齿轮箱体的上下两侧，齿条上下移动的范围为两个定位套之间。

其进一步的技术方案为：所述外壳底座上设置有放置待测弹簧的测量盘，所述测量盘位于压力传感器的中心，与所述齿条垂直。

其进一步的技术方案为：还包括放置测量完毕的弹簧的放置架；所述放置架上设置有多组物件放置指示灯和漫反射传感器，物件放置指示灯包括第二红色指示灯和第二绿色指示灯；漫反射传感器和物件放置指示灯都与PLC相连接；当放置弹簧时，漫反射传感器被触碰，第二绿色指示灯亮起；物件放置位置错误时，第二红色指示灯亮起。

其进一步的技术方案为：还包括条形码打印机，所述条形码打印机的数据输入口通过USB连接线连接到上位机上。

其进一步的技术方案为：所述PLC和上位机之间通过RS485转接器连接，所述PLC和RS485转换器的连接端设置有卡紧装置。

其进一步的技术方案为：所述上位机和数据服务器都通过超五类带屏蔽网线连接在工业交换机上，所述超五类带屏蔽网线两端设置有工业级水晶头。

其进一步的技术方案为：所述上位机内安装的弹簧拉压仪测量软件包括数据库连接元语言模块、串行接口元语言模块和数据采集元语言模块；所述数据库连接元语言模块设置有数据库连接信息；所述串行接口元语言模块设置有串行接口通讯信息，包括串口配置别名、串口号、波特率、校验位和停止位；所述数据采集元语言模块设置有PLC的通讯方式信息和所述串行接口元语言模块所调用的串行接口的对象信息。

本发明的有益技术效果是：

1.加快了检测的速度。本发明只需要操作员一次性下压即可采集多点数据，无需人眼观测。还避免了现有技术中操作员手的抖动和人眼观测估计造成的测量误差。

2.自动定位测量原点。无需根据弹簧个体的差异每次调整原点的位置，只需要根据外部高精度得光栅位移传感器定位原点位置。

3.数据自动采集至上位机。摒除了手工填写每个采集点数据的方式，系统直接自动采集被测数据至上位机，杜绝了人为造假，同时提高了工作效率。

4.被检数据永久保存。每个被测产品均对应一个条形码，该条形码与数据库中的数据对应，保证了数据的永久化保存。

本发明更适应现代生产和管理方式，被检弹簧的性能数据能够在检测的过程中直接由计算机自动进行数据采集，同时将数据保存至数据库，保证产品的生产数据可追溯，进而保证销售产品的合格性，同时可使得生产过程的管控更加严格。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是弹簧拉压仪的示意图。

图3是本发明的网络拓扑示意图

图4是压力测量装置的电路图。

图5是报警指示灯的电路图。

图6是漫反射传感器和物件放置指示灯的电路图。

图7是数据服务器中的数据库关系图

图8是通讯模块软件的设计结构图。

图9是数据采集和通讯模块结合软件的设计结构图。

图10是条形码软件模块示意图。

具体实施方式

图1是本发明的示意图。本发明包括：

(1)、弹簧拉压仪101。包括放置待测量弹簧的外壳底座和压下弹簧的齿条；还包括安装于外壳底座内部的压力测量装置，所述压力测量装置包括压力传感器和压力变送器、平行于齿条所在平面安装的光栅位移传感器。在测量时，弹簧拉压仪101应该水平的放置在操作台之上。

为了连接PLC102，光栅位移传感器需带有AB相高速通道输出端口。

(2)、PLC102。包括AB相高速通道和模拟量输入端口；光栅位移传感器的AB相高速通道输出端口连接PLC102的AB相高速通道。压力变送器连接PLC102的模拟量输入模块。

PLC102还连接有测量结果指示灯，测量结果指示灯包括第一红色指示灯和第一绿色指示灯；第一绿色指示灯亮起表示测量结果合格；第一红色指示灯亮起表示系统为待检测状态或者测量结果不合格。

(3)、上位机103。PLC102的输出端连接上位机103。

在本实施例中，上位机103为满足下述条件的PC：

CPU：IntelI5以上处理器；内存：2G以上；硬盘：500G及以上；操作系统：WindowsXP及以上，如果上位机103是WindowXP的操作系统，为了实现本发明的功能，则需另外安装.net3.5framework组件，如果是Windows7的操作系统，则无需安装该组件。

上位机103和PLC102之间通过RS485转接器连接，RS485转接器和上位机103的连接端设置有卡紧装置，使其不可轻易拔出，以免影响监测程序的正常运行。PLC102和上位机103之间通过ModbusRTU协议传输数据，为了符合ModbusRTU协议的要求，本发明中的定时器时间片应该不低于200ms。

上位机103上还安装有与弹簧拉压仪相匹配的，可对弹簧的测量结果进行统计和分析的弹簧拉压仪测量软件，弹簧拉压仪测量软件包括数据库连接元语言模块、串行接口元语言模块和数据采集元语言模块；数据库连接元语言模块设置有数据库连接信息；串行接口元语言模块设置有串行接口通讯信息，包括串口配置别名、串口号、波特率、校验位和停止位；数据采集元语言模块设置有PLC102的通讯方式信息和所述串行接口元语言模块所调用的串行接口的对象信息。

在本实施例中，元语言模块、串行接口元语言模块和数据采集元语言模块分别对应弹簧拉压仪测量软件中的DbConfig.xml文件、erialPortConfig.xml文件和DataCollectorConfig.xml文件。

(4)、工业交换机104，上位机103通过网线连接工业交换机104。

(5)、数据服务器105，工业交换机104通过网线连接数据服务器105。

在本实施例中，数据服务器105为满足以下条件的PC：

CPU：IntelI5以上处理器；内存：2G及以上；硬盘：500G；网卡：100M以太网及以上；操作系统：Windows2008ServerDataCenterR2；安装有数据库管理软件：SQLServer2005及以上

数据库管理软件可将本系统用到的数据库文件还原或者附加到数据库管理系统中。数据服务器105设定有数据库管理系统访问的用户名和密码。数据服务器105防火墙的1433端口处于打开状态。数据服务器105在运行过程中，如无异常情况不应关机。每天0点自动备份数据库的数据。

本发明还可以包括条形码打印机107，条码打印机107具备热敏打印功能，可打印不干胶标签纸。条形码打印机107的数据输入口连接到上位机103的USB接口上。当数据服务器105中生成与所测量产品一一对应的条形码后，将条形码数据通过工业交换机104传输回上位机103，连接在上位机103上的条形码打印机107将条形码标签打印出来，贴在测量完毕的弹簧上，使得产品处理过程更加方便，速度更快。

本发明还可以包括与PLC102电学相连的放置架106。

放置架106用于放置已经测好的弹簧，放置架106上安装有多组漫反射传感器，并设置有多组物件放置指示灯，每组物件放置指示灯都包括第二红色指示灯和第二绿色指示灯。物件放置指示灯和漫反射传感器都与PLC102相连接。第二绿色指示灯表示漫反射传感器工作正常；第二红色指示灯亮起表示物件放置位置错误。

漫反射传感器的安装位置应位于放置架106上的周转箱的上沿水平，且易被工人碰触。在安装时应注意前方无物体时的距离应大于感应距离，前方感应区域不能有光滑反射面，有黑色吸光面为宜。在本实施例中，漫反射传感器的检测直径为1cm，检测范围为0.3m～1m。

在实际的操作中，弹簧拉压101仪设置于操作台上，与PLC102相连接的测试结果指示灯安装在操作台前方，方便操作员测量时观看。

图2是弹簧拉压仪的示意图。

弹簧拉压仪101包括放置待测量弹簧203的外壳底座201和压下弹簧203的齿条209；还包括安装于外壳底座201内部的压力测量装置，压力测量装置包括压力传感器和压力变送器；还包括平行于齿条209所在平面的光栅位移传感器204。在测量时，弹簧拉压仪101应该水平的放置在操作台之上。

弹簧拉压仪101还包括安装在外壳底座201上的立柱208、固定在立柱208上的齿轮箱体207、安装在齿轮箱体207外部的测量手柄210。齿条209上端连接在立柱208上，中部穿过齿轮箱体207并和测量手柄210之间通过齿轮箱体207之内的齿轮相连接，测量手柄210逆时针转动时，齿条209向下位移压缩弹簧，测量手柄210顺时针旋转时，齿条209向上位移。

外壳底座201上还设置有放置待测弹簧的测量盘202，测量盘202位于外壳底座201的中心，与齿条209垂直，可保证弹簧放置位置准确。

齿条209上还设置有两个定位套211。两个定位套211分别位于齿轮箱体207的上下两侧，齿条209的上下移动的范围为两个定位套211之间。测量手柄210逆时针旋转时，测量手柄210向下位移，位于齿条209上方的定位套可防止齿条209向下位移过多，测量手柄210顺时针旋转时，齿条209向上位移，位于齿条209下方的定位套可防止齿条209向上位移过多。

齿轮箱体207通过拧紧螺母206固定在立柱208之上。立柱208上还设置有调节螺母205，可调节立柱208的高度，进而调节齿条209的初始高度。

在使用弹簧拉压仪101对弹簧进行测量时，应保证弹簧位于外壳底座201的中心位置，同时弹簧应处于外壳底座201的垂直方向，以保证测量的准确性。在测量时，下压测量速度尽量匀速，不宜过快

图3是本发明的网络拓扑示意图，上位机103通过网络连接工业交换机104，工业交换机104通过网络连接数据服务器105，工业交换机104和上位机103之间通过TCP/IP协议交换数据。对于工业交换机104来说，网线都连接在工业交换机104的LAN口上。在安装时，要保证数据服务器105和上位机103在同一个网段内，在本实施例中，可将数据服务器105的IP地址设置为192.168.1.116，工业现场PC的IP地址设置为192.168.1.110。

为保证网络传输的效果，上位机103和数据服务器105都通过超五类带屏蔽网线连接在工业交换机104上。超五类带屏蔽网线两端连接有工业级水晶头。

图4是压力测量装置的电路图。

压力测量装置包括压力传感器和压力变送器，压力传感器连接压力变送器，压力变送器连接24V电源输入。

在本实施例中，压力传感器需0～20mV电压驱动，最大感应值为1000N，压力变送器可以将压力传感器接收到的压力信号，转换为4～20mA的电流信号。压力传感器和电源转换器之间还设置有屏蔽线，屏蔽线接地。压力传感器的受压面的方向应与被测物体即弹簧相垂直。在安装之前应通过标准物进行校准，编程对测量数据进行处理时应减去检测台和被测物件的自重作为压力测量原点。

图5是报警指示灯的电路图。PLC102上还设置有报警指示灯，如果PLC102正常工作，指示灯处于熄灭状态，如果PLC102工作出现异常，则报警继电器触点关闭，报警指示灯亮起，指示PLC102的异常状态。

图6是漫反射传感器和物件放置指示灯的电路图。在放置架106中，漫反射传感器和物件放置指示灯都与PLC102相连接。

图7是数据服务器中的数据库关系图，数据库服务器105中的数据库包括三个表单，表单A包括部门表和雇员表，部门表对雇员表是1对多的关系；表单B包括测试步骤设定表，测试过程设定表，弹簧测试规格表，旁通阀类型表，检测工单表，检测工单日志表，表单B中的各个表单，依照上述顺序，位于前面的表单与其之后紧邻的表单均为一对多的关系；表单C包括弹簧表和压力测试日志表，弹簧表对压力测试日志表是一对多的关系。

图8是通讯模块软件的设计结构图。本发明的PLC102、上位机103和数据服务器105都设置有通讯模块软件。通讯模块软件包括通讯介质接口301、RS232端口302、RS232端口操作303、端口操作接口304和通讯介质提供器305，通讯介质接口301是RS232端口302的实现接口，S232端口302和RS232端口操作303是聚合关系，端口操作接口304是RS232端口操作303的实现接口。通讯介质提供器305可调用通讯介质接口301的数据。

图9是数据采集和通讯模块结合软件的设计结构图。在PLC102、上位机103和数据服务器105中，与通讯模块软件结合，还设置有数据采集软件，为了通讯模块和数据采集模块可以顺利交换信息，还设置有数据采集和通讯模块结合的软件，包括通讯媒介包401、通讯模式包402和数据采集功能包403，通讯媒介包401和通讯模式包402之间是一对一的关系，通讯模式包402和数据采集功能包403之间是一对一的关系。

图10是条形码软件模块示意图。数据库服务器105中还设置有条形码模块软件，用以生成和查询所测量弹簧的条形码，包括条形码查询系统501、生产逻辑库502、数据访问层503、数据库504。条形码查询系统501和生产逻辑库502之间是一对一的关系，生产逻辑库502和数据访问层503之间是一对多的关系，数据访问层503和数据库504之间是一对多的关系。

图9、图10是软件的总架构图，根据图中所示的软件架构，可以根据实际需要设计具体的软件，以实现相关的功能。

使用本发明进行弹簧测量的过程如下：

操作员在测量时，将待测量的弹簧203放置在弹簧拉压仪101的外壳底座201上的测量盘202之上，逆时针旋转手柄201，齿条209将弹簧203压下，压力测量装置测量弹簧203所受到的压力数据，同时光栅位移传感器测量弹簧形变所产生的行程数据，压力数据和行程数据传送都到PLC102中，PLC102通过计算后，通过测量结果指示灯指示弹簧的质量状态，并将结果传送给上位机103，上位机103可实时显示测量结果，并且通过工业交换机104，将测量结果传送到数据服务器105中，数据服务器105中的数据库对此弹簧生成唯一的条形码，并将图像数据传输回上位机103，通过条形码打印机107在不干胶标签纸上打印条形码。由此，每个经过测试的弹簧的相关数据都被分配了一一对应的条形码，操作员可将条形码粘贴在弹簧的外包装上。生产者和消费正都可以根据条形码查询手中的产品相对应的数据。

测量完毕后，操作员将已经经过测量的弹簧放入放置架106，操作员将弹簧放置在放置架106上时，碰触漫反射传感器，第二绿色指示灯会被点亮，表示漫反射传感器工作正常。如果物件放置位置正确，则指示灯不会发生变化，如果物件放置的位置错误，第二红色指示灯会被点亮，提醒操作员对放置位置错误的物件进行处理。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于，包括：

一弹簧拉压仪，包括放置待测量弹簧的外壳底座和压下弹簧的齿条；还包括安装于外壳底座内部的压力测量装置，所述压力测量装置包括压力传感器和压力变送器；还包括平行于齿条所在平面的光栅位移传感器；

一PLC，包括AB相高速通道和模拟量输入端口；所述光栅位移传感器的输出端连接PLC的AB相高速通道，所述压力变送器连接PLC的模拟量输入端口；所述PLC还连接有测量结果指示灯，所述测量结果指示灯包括第一红色指示灯和第一绿色指示灯；第一红色指示灯亮起表示系统为待检测状态或者测量结果不合格；第一绿色指示灯亮起表示测量结果合格。

一上位机，安装有可对弹簧测量结果进行统计分析的弹簧拉压仪测量软件；所述PLC的输出端连接上位机；

一工业交换机；

一数据服务器，安装有数据库管理系统；所述上位机和数据服务器都通过网络连接在工业交换机上。

2.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：所述弹簧拉压仪还包括安装在外壳底座上的立柱、固定在立柱上的齿轮箱体、安装在齿轮箱体外部的测量手柄；所述齿条上端连接在立柱上，中部穿过齿轮箱体并和所述测量手柄之间通过齿轮箱体之内的齿轮相连接，所述测量手柄逆时针转动时，齿条向下位移压缩弹簧，测量手柄顺时针转动时，齿条向上位移。

3.如权利要求2所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：齿条之上设置有两个定位套，两个定位套分别位于齿轮箱体的上下两侧，齿条上下移动的范围为两个定位套之间。

4.如权利要求2所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：所述外壳底座上设置有放置待测弹簧的测量盘，所述测量盘位于压力传感器的中心，与所述齿条垂直。

5.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：还包括放置测量完毕的弹簧的放置架；所述放置架上设置有物件放置指示灯和漫反射传感器，物件放置指示灯包括第二红色指示灯和第二绿色指示灯；漫反射传感器和物件放置指示灯都与PLC相连接；当放置弹簧时，漫反射传感器被触碰，第二绿色指示灯亮起；物件放置位置错误时，第二红色指示灯亮起。

6.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：还包括条形码打印机，所述条形码打印机的数据输入口通过USB连接线与上位机连接。

7.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：所述PLC和上位机之间通过RS485转接器连接，所述PLC和RS485转换器的连接端设置有卡紧装置。

8.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：所述上位机和数据服务器都通过超五类带屏蔽网线连接在工业交换机上，所述超五类带屏蔽网线两端设置有工业级水晶头。

9.如权利要求1所述的数据可追溯的弹簧检测系统，其特征在于：所述上位机内安装的弹簧拉压仪测量软件包括数据库连接元语言模块、串行接口元语言模块和数据采集元语言模块；所述数据库连接元语言模块设置有数据库连接信息；所述串行接口元语言模块设置有串行接口通讯信息，包括串口配置别名、串口号、波特率、校验位和停止位；所述数据采集元语言模块设置有PLC的通讯方式信息和所述串行接口元语言模块所调用的串行接口的对象信息。