文懷興 楊永濤 張玉杰

（陜西科技大學機電工程學院，陜西西安 710021）

硬質合金拉絲模是生產金屬絲材的重要工具之一，它的質量優(yōu)劣將直接影響金屬絲材的產量和質量，尤其是在高速拉絲機中。模具孔型結構參數及各部分尺寸是模具質量的關鍵因素，這就要求在模具生產過程中，生產者要及時掌握這些參數，以便進行必要的研磨修正，從而提高產品質量。因此，選擇合適的測量系統(tǒng)是快速、精確測量模具孔型的關鍵。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，利用計算機軟件系統(tǒng)在工業(yè)中進行自動化的控制與監(jiān)測中得到了廣泛的應用。

1 拉絲?？仔徒Y構特點

拉絲模孔的軸向結構如圖1所示，按工作性質可分入口錐A、壓縮錐B、定徑帶C和出口錐D等4部分。模具在生產過程中拉絲模的內徑輪廓很重要，它決定著壓縮線材所需的拉力，并影響拉拔后線材中的殘余應力。

拉絲?？仔蜋z測系統(tǒng)主要測量的是軸向參數，包括入口錐、工作錐、定徑帶長度和工作錐角度（2β，2γ）。比如壓縮錐錐角2γ，主要用于確定拉拔力的大小:2γ過大，則金屬絲在變形區(qū)中的流線急劇轉彎，從而導致附加剪切變形增大而造成模具破裂;2γ過小，金屬絲與模壁工作面的接觸面積增大，從而增大金屬絲與模孔的摩擦力使拉拔力增大。

2 檢測系統(tǒng)結構設計

拉絲模內部幾何結構的特點使測量器具活動空間受到限制，操作調整不便，對小孔、深孔的測量難度更大。合理的機械設計是拉絲模孔型測量系統(tǒng)的核心。?？锥◤綆У淖钚≈睆綖?.5 mm，一般的測量方法無法實現內孔參數的直接測量。因此，采用如圖2所示的探針式接觸測量，其測量原理為:電動機4通過齒輪傳動、絲杠螺母機構4帶動模具1水平移動，從而使探針2產生垂直位移。探針的微小位移變化，被位移傳感器轉化為電壓信號輸出。這種間接測量將拉絲模孔軸向變化通過位移傳感器轉換為徑向位移，最終達到測量的目的。

3 上位機軟件系統(tǒng)的設計

上位機軟件以32位的Windows XP操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺，并采用支持可視化編程的集成環(huán)境Visual Basic.NET作為開發(fā)工具。

軟件采用模塊化設計方法，主要由以下幾個模塊構成:發(fā)送命令模塊，接收數據模塊，繪制圖形模塊及運算處理模塊。該應用軟件運行后，控制系統(tǒng)直接進入主界面，用戶可以進行數據采集命令發(fā)送、接收數據、進行曲線擬合處理，算出入口錐角，最后進行相應結果的優(yōu)化和整理，保存采集數據到數據庫中。上位機軟件運行主界面如圖3所示。

3.1 系統(tǒng)功能

軟件系統(tǒng)設計的主要目的是完成對下位機采集的拉絲模具的數據進行接收，并對其進行分析和處理，最后得到需要的參數，包含的主要功能有:

（1）啟動下位機進行數據采集 下位機將采集的數據通過串口上傳至上位機，作為上位機軟件進行后續(xù)分析的數據來源。

（2）數據處理和分析 上位機軟件通過對采集來的數據進行分析和計算，計算出拉絲?？仔偷南嚓P參數，包括入口錐、工作錐角度、工作錐和定徑帶長度等。

（3）采集數據和分析結果的存儲 上位機軟件將對每次采集結果按照測量的模具類型和模具名的方式來分別存儲，方便于對不同模具的測量和記錄。

（4）歷史數據查詢和報表打印 可以根據模具類型、模具名稱以及測量時間來查詢之前測量過的模具數據，并可以圖形方式打印輸出。

（5）用戶管理 系統(tǒng)對每個操作員設置一個用戶名和密碼，并且系統(tǒng)將記錄每個操作員的操作信息，包括登錄時間、退出時間等。

3.2 數據采集界面

模具位置調整好之后，點擊“立即采集”按鈕，開始采集數據。當數據采集完成時，單擊“原始曲線”按鈕之后會在左邊的坐標系內顯示原始曲線，顏色為綠色。如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)查詢界面

在統(tǒng)計查詢界面下可實現數據顯示、繪圖、生成報表以及打印功能。用戶可通過對拉絲模型號進行設置，可以查找到對應型號模具在數據庫中的歷史數據及結構曲線。歷史數據顯示了從數據庫中提取的對用戶有用的信息，如檢測時間、入口錐角、工作錐的角度（出口錐角）、工作錐的長度和定徑帶的長度;趨勢曲線圖顯示一段時間該編號型號的工作錐角度（出口錐角）的趨勢變化曲線，同時當用戶單擊某一個時間點的測量記錄時，還可以顯示該時刻的歷史測量曲線。統(tǒng)計查詢界面如圖5所示。

當用戶單擊“生成測試報表”按鈕，會生成一個測試報表，該報表直接在Word2003下生成，形象直觀，方便用戶查看操作。生成的報表如圖6所示。

3.4 軟件的操作流程

這里使用的是VB.NET中的串口通信控件Serial-Port。利用函數發(fā)送具有特定意義的字符命令來實現事件的驅動。例如:要實現上下位機的鏈接測試，相關函數 SendData（CTE，SP1）發(fā)送連接命令 CTE（Command－Test－End），如圖7所示。

4 系統(tǒng)關鍵技術的設計

（1）實時數據顯示 上位機接收到下位機傳送的數據后，將數據以曲線的形式顯示出來。下位機發(fā)送的數據是12位的二進制數，每一個數據使用2個字符來表示。上位機接收到二進制字符之后，將其轉換為十進制數。方法是:高字節(jié)×256+低字節(jié)=十進制數。然后將轉換后的數據存到數組中，將數組中的數再在圖片框中顯示出來。

（2）數據低通濾波 采集上來的數據由于存在誤差，為了盡量減小誤差，對原始數據進行濾波處理。使用低通濾波可以減小誤差較大的數據產生的影響，也就是高頻成分。所以，采用低通濾波中的移動平均法來對原始數據進行處理。

（3）分段直線擬合 在數據的處理過程中，采用分段最小二乘法對濾波后的數據進行直線擬合。所以在對原始數據進行濾波之后，對其進行分段直線擬合，恢復其實際的線段狀態(tài)，然后才能進一步計算出需要的夾角參數。

（4）夾角計算方法 利用兩角差的正切公式，計算兩條直線的夾角。tan（α－β）=（tanα－tanβ）/（1+tanαtanβ）。其中，α是第1條直線的傾斜角，tanα=k1是第1條直線的斜率;β是第2條直線的傾斜角，tanβ=k2是第2條直線的斜率;α－β就是兩條直線的夾角。然后，再利用反正切函數求出α－β，并且取其絕對值。

5 結語

以VB.NET為開發(fā)工具，在Windows環(huán)境下編寫一個針對拉絲模孔型數據測量的可視化圖形操作界面，該界面能夠快速、準確地顯示出濾波后拉絲?？仔偷慕Y構曲線，最后對該曲線進行分段線性擬合，得到所需要的重要參數。同時將測量結果進行保存并可根據需要打印出測量結果。針對不同工藝要求的拉絲模建立起模具數據庫，達到在生產中快速測量與修復的目的。與以前的測量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)工作過程更加自動化、系統(tǒng)功能更加完善化、計算結果更加準確化。經使用表明，拉絲?？仔蜏y量儀性能穩(wěn)定、測量準確，適應大規(guī)模生產的要求。

［1］張玉杰，鄭晨升，蔡陳替.拉絲?？仔蜏y量儀的研制［J］.冶金自動化，2005（1）:63－65.

［2］李亞非，鄭玉，張軍強，等.Visual Basic程序設計教程［M］.南京:南京大學出版社，2009.

［3］蔡宏.Visual Basic.NET案例開發(fā)集錦［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.