1 检测监控系统的组成

1. 接触测头传感器：当它与工件接触时，发出一开关信号：
2. X/Y方向直线位移传感器及相关二次仪表(GX-A型中科院制) ：用于记录X/Y方向坐标值，并以BCD 码形式传输到计算机：
3. 光栅传感器并行接口(研华，PCL733，32路BCD码接口板)：用于将光栅的尺寸信息传输给计算机：
4. 专用通讯接口(SCIC，自行设计与开发)：根据控制计算机的指令，驱动测头运动，完成计算机与加工的中心信号传递：
    
   图1 检测监控系统结构原理
5. 微机相关测量软件：用来模拟加工中心控制台并控制加工中心的运行。它是基于微机的智能检测系统核心，整个检测系统的结构原理如图1所示。

2 检测监控系统的硬件装置及接口

1. 光栅 在高精度数控机床上，使用光栅作为位置检测装置，它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC装置，实现闭环控制。由于激光技术的发展，光栅制作精度得到很大提高，现在光栅精度可达到微米级，通过细分电路分辩率可达到0.1µm，甚至更高。本实验系统采用的光栅尺Gx-A型，准确度：±1µm。
光栅的安装和调整，考虑到HURCO BMC 20L数控机床的性能要求及实际的操作环境，光栅尺的安装必须注意以下几点：

1. 标尺光栅的安装 安装表面必须没有油漆，平面度不低于0.1mm，光栅尺与机床导轨的平行度不低于0.1mm，每个安装面与机床导轨的平行度必须在0.2mm之内：
2. 读数头的安装 安装面必须无油漆，安装面与机床导轨的平行度不低于0.1mm，光栅尺体的安装表面与读数头安装表面的平行度在0.05mm之内：
3. 安装检测 检测传感器主体底面和侧表面与机床导轨运动方向的平行度误差，在全长范围内应小于0.20mm，实际测量值为0.02mm读数头的滑体不应与传感器内壁有摩擦，固定后，检查读数头与传感器主体密封口上表面间隙应保持在1.2～1.5mm之内。

光栅接口 选用32位光电隔离数字输入板，电路基本原理如图2所示。
 


(a)

(b)

1.光耦PC814 2.电阻排 3.六反向触发器74LS14P 4.缓冲存储器74LS244 5.缓冲存储器74LS245 6、7、8.SN74LS688及GAL芯片组成四选一功能电路

图2 光栅接口基本原理

工作原理简述如下：外部信号经过光电耦，使两个电路的地电位完全隔离开，这样地电位即使不同也不会造成干扰。进入电阻排，上拉电阻使电路在光耦不通的情况下，处于高阻状态，导通的信号通过74LS14P整形滤波电路形成规则的信号进入缓冲存储器，当计算机指令通过图2b的四选一功能电路，选通k1或k2或k3或k4后，相应缓存内的信号送入缓存245中，使计算机传来的信号能在k5控制下，最终完成信号的输出。
CNC机床与PC控制通讯接口 一般情况下，数控机床的CNC装置需要与下列设备进行数据传送和信息通讯：即数据输入输出设备，外部机床控制面板，通用手摇脉冲器，进给驱动电路和主轴驱动电路。随着工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)的发展，CNC装置作为FA或CIMS结构中的一个层次，除了与数据输入输出设备相连外，还要与上级计算机或DNC计算机直接通讯，因此还应具有网络通讯功能。而计算机与加工中心通讯并不容易，且现有绝大部分加工中心并不是为网络通讯而设计的，因此，要实现计算机与加工中心全面的通讯，必须另外开发专用的通讯接口单元。我们的实验是在HURCO BMC 20L加工中心上完成的，开发的专用通讯接口单元SCIC(Special Communication InterfaceCard)由以下两部分组成：
1. 高性能、多功能数据采集卡(研华，PCL818HG型)这里主要用来传输32位数字量输入/输出信号，并能接受测头触发的中断信号，完成计算机与专用通讯接口的信息传递。
2. 专用通讯接口单元开发的通讯接口单元，能实现诸如信号隔离、信号传递和信号变换等功能，具有以下功能：
   • 仿真加工中心控制台，即：
     1. 进给速度倍率调整：
     2. 主轴转速倍率调整：
     3. 快速进给：
     4. 微调进给：
     5. 三轴运行方向控制。
   • 启动和停止加工中心运行
   • 动态控制进给速度
   • 驱动测头运行，实现循环检测

3 检测监控系统的软件