国产光栅尺在校直机设备上的应用

胡选仲，张 鹏，陈景光，陈 城

(中机试验装备股份有限公司，吉林 长春 130103)

1 引 言

随着科技的不断发展，对校直机(车桥校平类)的需求日益增加。由于此类设备之前应用进口光栅尺，成本较高，不利于校直机(车桥校平类)设备的应用。经过多年的研发，国产光栅尺现已可以满足校直产品的应用需求。

本文根据实际情况和对光栅尺应用情况的综合评估，选择国产光栅尺和对应的采集盒，并将其应用于校直设备。国产光栅尺系统在校直机产品上的成功应用，标志着国产光栅尺可以代替进口光栅尺产品，这会极大地降低此类产品的成本、缩短此类原材料的采购周期，具有重要的应用价值。

2 硬件开发环境

2.1 硬件构成

针对适配器多路国产光栅尺数据采集进行针对性的开发，利用串口(RS485)进行适配器与上位机通信，获得采集盒采集到的原始光栅尺数据，再将采集到的数据进行解析与处理，最终得到多路光栅尺中每路光栅尺的具体数据。把这些数据作为校直产品的基本数据，再根据校直的具体需求进行运算处理，最终达到完成校直产品的目的，硬件构成如图1所示。

图1 硬件构成

2.2 硬件配置与功能简介

2.2.1 上位机

配置要求：上位机需具备串口通信接口，如果上位机只有RS232串口接口，那就需要外部连接一个RS232转RS485的硬件(如图2所示)。

图2 RS232转RS485的硬件

2.2.2 适配器

功能：首要任务是适配器进行光栅尺数据采集工作，这也是适配器的基本工作，适配器与光栅尺交互数据信息如图3所示。适配器完成数据采集后，将数据提供给上位机。上位机利用串口通信的方式，从适配器读到当前所有光栅尺的数据，间接获得光栅尺数据。适配器在光栅尺数据的采集过程中，起到了承上启下的作用。

图3 适配器与光栅尺交互数据信息

2.2.3 光栅尺

精度：分辨率0.01μm级别；功能：利用光栅的光学原理工作，能够精密反馈位移，其数据是校直软件中测量数据的基础值，所以要求较高，必须准确无误地反馈位移值，才能为保证校直精度和节拍提供基本保障。

3 软件开发环境

系统：Windows7；软件：Visual Studio 2017、DevExpressComponentsBundle-18.1.6；语言：C#语言；描述：利用DevExpressComponentsBundle-18.1.6控件中的串口控件，通过C#语言进行光栅尺数据采集模块的编程与开发[1]。

4 适配器接口介绍与应用

4.1 接口介绍

通信模式：串口通信。

串口参数：

波特率：115200bps；停止位：1位；数据位：8位；校验位：无奇偶校验位。

协议类型：USART协议。

传输方式：RS485。

数据结构介绍与描述：数据ID和数据域的关系如图4所示。

图4 数据ID和数据域

数据描述：

帧头：0X1A；STA：状态域；EA：错误及报警；D00～D03：编码器0数据(数据全0XFF表示编码器未连接，数据全为0XEE表示CRC错误)；D10～D13：编码器1数据(数据全0XFF表示编码器未连接，数据全为0XEE表示CRC错误)；D20～D23：编码器2数据(数据全0XFF表示编码器未连接，数据全为0XEE表示CRC错误)；D30～D33：编码器3数据(数据全0XFF表示编码器未连接，数据全为0XEE表示CRC错误)。

4.2 接口应用

首先是硬件的搭建，把多路光栅尺与适配器相连接，再把适配器和上位机连接，这样就可以利用串口通信协议[2，3]，使上位机和适配器之间建立通信及信息交互。具体交互信息是利用上位机向适配器发送事先定义的请求数据，适配器给上位机返回采集到的原始数据，上位机对数据进行分析，最终解析出每个光栅尺的数据，完成上位机与适配器接口之间信息交互。

5 国产光栅尺在校直机上的应用实例

5.1 初始化程序

主要设置串口通信参数，然后再打开串口，程序如下：

var port = new SerialPort {PortName = "COM" + (GlobalParametersManager.SysS etting.SensorComPort + 1), };

port.BaudRate = 115200;

port.DataBits = 8;

port.StopBits = StopBits.One;

port.Parity = 0; GlobalParametersManager.serialPortManager.OpenSerialPort(port, s =>

{

try

{

s = s.Trim();

if (s.Length != 11)

{

LoggingHelper.Error(string.Format(LNG._("光栅尺错误"), s), true);

}

}

catch (Exception e)

{

Console.WriteLine(e);

}

});

Thread.Sleep(10);

5.2 读取光栅尺数据程序

通过串口读取数据，再进行数据处理(读取每个光栅尺数据并转换数据单位到μm)。校直软件要求数据采集过程中不能有错误，故采用了报错机制，不论哪一路数据异常，都会通过软件界面报错提示客户，并附带处理建议和方法，具体程序如下：

private void ComReceive(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)

{

int data1 = 0, data2 = 0;

ReceiveCompleted = false;

if (_recStaus) //如果已经开启接收

{

try

{

Thread.Sleep(50);

ReceivedDataPacket = new byte[CurrentSerialPort.BytesToRead];

ReceivedDataPacketChar = new char[CurrentSerialPort.BytesToRead];

// change to char datas

if (ByteMode)

{

CurrentSerialPort.Read(ReceivedDataPacket, 0, ReceivedDataPacket.Length);

if (ReceivedDataPacket.Length == 12)

{

string strTemp = "";

if (ReceivedDataPacket[0] == 26)

{

string[] abc = new string[4];

int[] abcd = new int[4];

if ((ReceivedDataPacket[5]) == 255) //判断1号光栅尺错误

{

strTemp = "1号光栅尺错误，";

LoggingHelper.Error(LNG._(strTemp + "请检查1号光栅尺是否连接正常"), true);

return;

}

else if (ReceivedDataPacket[5] == 0) //1号光栅尺返回正常数据

{

for (int k = 0; k < 4; k++)

{

abc[k] = ReceivedDataPacket[1 + k].ToString();

abcd[k] = Convert.ToInt32(abc[k]);

}

data1 = abcd[3] + abcd[2] * 256 + abcd[1] * 256 * 256 + abcd[0] * 256 * 256 * 256;

//光栅尺每变化一个分辨率大小，串口数据增加1(29Bit 分辨率：10μm)

data1 = data1 / 100;

GlobalParametersManager.IntParas[0] = data1;

ErrCount = 0;

}

else//判断1号光栅尺错误

{

strTemp = "1号光栅尺错误，";

LoggingHelper.Error(LNG._(strTemp + "关闭软件后对光栅尺重新上电"), true);

return;

}

if ((ReceivedDataPacket[10]) == 255) //判断2号光栅尺错误

{

strTemp = "2号光栅尺错误，";

LoggingHelper.Error(LNG._(strTemp + "请检查2号光栅尺是否连接正常"), true);

return;

}

else if (ReceivedDataPacket[10] == 0) //2号光栅尺返回正常数据

{

for (int j = 0; j < 4; j++)

{

abc[j] = ReceivedDataPacket[6 + j].ToString();

abcd[j] = Convert.ToInt32(abc[j]);

}

data2 = abcd[3] + abcd[2] * 256 + abcd[1] * 256 * 256 + abcd[0] * 256 * 256 * 256;

data2 = data2 / 100;

GlobalParametersManager.IntParas[1] = data2;

ErrCount = 0;

}

else//判断2号光栅尺错误

{

strTemp = "2号光栅尺错误，";

LoggingHelper.Error(LNG._(strTemp + "关闭软件后对光栅尺重新上电"), true);

return;

}

}

else//判断光栅尺错误

{

LoggingHelper.Error(LNG._(strTemp + "关闭软件后对光栅尺重新上电"), true);

return;

}

}

else if (ReceivedDataPacket.Length > 1) //判断光栅尺错误

{

LoggingHelper.Error(LNG._("光栅尺异常，关闭软件后对光栅尺重新上电"), true);

}

}

else

{

CurrentSerialPort.Read(ReceivedDataPacketChar, 0, CurrentSerialPort.BytesToRead);

string strTemp = "";

foreach (var b in ReceivedDataPacketChar)

{

strTemp += string.Format("{0}", b);

}

LoggingHelper.Message(LNG._("接收到串口数据：") + strTemp);

_action?.Invoke(strTemp);

}

ReceiveCompleted = true;

}

catch (Exception)

{

if (CurrentSerialPort.IsOpen == false) //如果ComPort.IsOpen == false，说明串口已丢失

{

SetComLose(); //串口丢失后相关设置

}

else

{

LoggingHelper.Error(LNG._("不能接收数据"));

}

}

}

else //暂停接收

{

CurrentSerialPort.DiscardInBuffer(); //请接收缓存

}

}

5.3 发送读取光栅尺数据指令程序

通过串口进行数据发送，如果上位机想要得到光栅尺数据，就需要上位机向光栅尺采集盒发送固定的数据(光栅尺采集盒已经定义的协议)，具体代码程序如下：

var rc = false;

Byte[] WriteBuffer00 = new byte[1];

WriteBuffer00[0] = 0X1A;

rc = GlobalParametersManager.serialPortManager.SendDataPacket(WriteBuffer00); //向适配器发送数据

if (!rc) //返回值异常

{

LoggingHelper.Error(LNG._("采集光栅尺指令发送异常"), true);

return;

}

6 结束语

本文详细介绍了光栅尺数据采集过程，并成功地将国产光栅尺应用于校直设备。通过此次产品开发，可以极大地降低生产成本、缩短采购周期，从而有效提高此类校直机的市场竞争力。通过已经在部分项目上的成功应用，证明国产光栅尺完全可以广泛地应用在此类校直机产品上。