科学论坛 磨耗板平面度自动检测仪的开发研制 黄奕程 （齐齐哈尔四达铁路设备有限责任公司黑龙江齐齐哈尔１６１００２） 【摘要】主要论述了磨耗板平面度检测的计算机控制，数据采集，以及之后的数据处理和判断方法，并详述了系统的软、硬件的设计。 本文所论述的测算方法应用广泛，具有很高的应用和推广价值。 【关键词】磨耗板工业Ｐｃ平面度数据处理自动检测 中图分类号：ＴＰ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－－９１４Ｘ（２０１３）３５—３５２—０２ 一、概要 随着中国铁路高速、重载主旋律的奏响，提升传统制造、检测工 艺自动化水平，保障提速车辆的运行安全成为行业发展的重大课题。 磨耗板平面度的检测直接关系到车辆走行部分的安全和稳定，应用计 算机和现代自动控制技术对磨耗板平面度进行全方位的准确测量，将 填补国内该方面的铁路应用技术空白。 磨耗板平面度检测一直以来就是各磨耗板生产厂家的一个棘手 难题，多年以来，大多数厂家仍在沿用传统的人工测量方法，难以准 确反映检测结果，费时费力且检测精度难以得到保证，所以研制以计 算机控制技术为核心的自动磨耗板检测系统势在必行。 在对众多的磨耗板生产厂家进行调研后，参照铁道部相关技术标 准，借鉴和吸收引进国、内外自控检测技术新成果，开发了具有国内 领先水平的新一代磨耗板平面度自动检测仪。 二、现状分析 通过对多众多磨耗板生产厂家的调研，发现大多数厂家仍在沿用 人工手动运用塞尺进行检测的传统方法，无法对待测磨耗板的中心部 位进行检测。尽管近期市场上出现了一些采用接触传感器测量的新方 法，然而其采用的都是人工手工移动的方法，但是这种接触式传感器 测量探头易磨损，且易产生卡死现象，并且精度不高，劳动强度大， 无法进行大批量精确检测。 三、技术分析 新造的磨耗板平面度自动检测仪必须摒弃以往的人工手动进行 检测的方法，并可按照铁道部有关操作规程进行规范检测。采用自动 上、下料机构，减轻工人的劳动强度，在检测方式上采用更加先进的 进口新型测量传感器，为杜绝探头易磨损、易卡死现象的发生，最好 采用非接触检测方式，同时也可保证磨耗板平面度自动检测仪在长期 大工作量情况下的检测精度和使用寿命。在软件方面做到操作简单、 直观，自动计算、判断、分析磨耗板的各项数据并反馈给操作者，以 便操作者进行分类，进入下一道工序。 四、方案设计 基于以上各种原因新近开发了新一代磨耗板平面度自动检测系 统，该系统采用一台工业Ｐｃ进行综合控制，分为上、下料机构、定 位机构、传导机构及检测机构等几部分构成。 ４．１控制系统： 控制系统采用一台工业ＰＣ进行综合控制。接收检测系统的信号， 计算出平面度结果和超差点，并接收按钮站和各位置接近开关信号， 对整个检测过程进行全程控制‘，完成自动检测过程。由于ＰＣ机有广 泛的用户基础和丰富的软、硬件及人力资源，使得工业Ｐ ｃ成为国内 外发展较快的工控产品。工业ＰＣ不仅有非常高的稳定性和抗干扰能 力，而且可以根据需要对其进行必要的升级和扩展。从而为以后的软 件升级和网络管理打下良好的基础。 ４．２检测系统： 检测系统用来检测位置、高度等数据，并控制传感器的行程。传感器 采用进口激光技术非接触精密测量元件及先进的位置控制技术，实时与控 制系统交换位置数据，并进行修正处理，从而保证位置控制的 确性。 ４．３输入、输出系统： 输入、输出系统由通讯接口、操作键盘、鼠标、液晶显示器和按 钮站组成。通讯接口用来传输数据，连接网络；键盘、鼠标用来修改、 调整、控制应用程序。检测过程的控制也主要由键盘、鼠标完成；按 钮站主要为方便大批量检测时的手动操作及设备出现故障时的手动 调整和设备复位用。 ４．４上、下料机构： 上、下料机构由伺服电机配合高精细导轨副和丝杠组成，使磨耗 板完成进给、返回等指定运动，并接受控制系统指令，配合传感器完 成对磨耗板平面度的检测工作。 五．结构设计 ３５２ ｌ科技博览 根据设备性能特点的要求，在上述方案的基础上，设计出了磨耗 板平面度自动检测仪的结构图。外形见图。 —— — 『 ｊ一 一 Ｊ …。２ ＝＝＝［ １ ＝＝ Ｊ。 自ｌ劫 忸｛ 目 § 自自 目 ５．１主机 主机由下列部分构成，参见附图。 齿轮 标准平板 基础平板 主机结构示意图 ａ．机体部分：包括基础平板，主、副立柱，上连接梁。 构成磨耗板平面度自动检测仪的主体，均采用铸铁制成，基础平 板和上连接梁为磨床加工，严格保证机体精度，铸铁材质能有效减弱 机体震动，保证检测稳定性，并可保证在长期使用过程中不产生形变。 ｂ、标准平板：标准平板采用铸铁材质，经过磨床精磨平面度在 Ｏ．０３ｍｍ以内，减少对待测磨耗板平面度的检测误差影响。并且在标 准平板的前边和右边上均有一条定位挡铁，在检测过程中对磨耗板起 到定位作用。 Ｃ、纵向导轨：标准平板可以在纵向导轨副上通过丝杠带动待测 磨耗板纵向移动，实现从上、下料工位到检测区域之间的移动。纵向 移动由伺服电机驱动。 ｄ、横向导轨：检测传感器可以通过丝杠带动在横向导轨上移动， 以便在检测过程中配合标准平板运动，检测磨耗板上各待测点高度， 实现对磨耗板的平面度检测。横向移动由伺服电机带动齿轮驱动。 六．工艺设计 工艺设计是以２４０Ｘ１９０ｍｍ有两孔的磨耗板为基型进行分析。根 据北京市计量科学研究所张泰昌等起草的《平板检定规程》中关于工 作面的平面度检测要求的叙述，小于或等于４００Ｘ４００ｍｍ规格的平板 平面度检测时，受检点数应大于或等于９点。因为待测磨耗板的规格 小于４００Ｘ４００ｍｍ，所以，我们采用在该磨耗板上取“米”字形的９ 点进行检测的方法来检测该磨耗板的平面度。整个检测过程分为两部 分：磨耗板各点高度的检测和对检测数据进行数据处理。 ６．１磨耗板各点高度的检测 将磨耗板待检测面朝上放置在磨耗板平面度自动检测仪的标准 平板上，由程序控制进给，伺服电机带动待测磨耗板进入检测区域。 控制系统通过操作者给出的磨耗板大小进行运算分析，控制连接传感 器的伺服电机运转，配合进给电机进行差补运动，到达该磨耗板上所 要检测的相应各点，并在到达每个点的同时对检测传感器发出指令， 检测该点高度，并接收传感器反馈的检测数据。 （下转第３５３页） 科学论坛 云计算基本情况及发展中国家面临的新挑战 吴双彤刘兆华 （南京师范大学） 【摘要】当今最火的ＩＴ名词，非云计算莫属。云计算作为一种崭新的互联网应用模式，具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性和成 本低廉等特点，它的出现彻底改变了旧有的互联网应用模式，被称为科学技术领域里的又一次革命。与此同时，由于极高的技术和资金门槛， 云计算正日渐被美国等少数国家高度集中和垄断，给众多发展中国家带来不少新的挑战。 【关键词】云计算基本情况发展中国家新挑战 中图分类号：ＴＰ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）３５—３５３—０１ 随着互联网应用的快速普及和计算机技术的高速发展，云计算作 力，而云计算则将成为互联网应用的核心和依托。但云计算正日渐形 为一种全新的商业应用和计算方式被提出来，并很快成为继“网格计 成一种被西方发达国家所垄断的发展趋势，这将给众多发展中国家带 算”之后的又一研究热点。国际各大ＩＴ巨头已围绕云计算技术纷纷 来不少新的挑战。 布局，在信息应用领域展开了一场没有硝烟的战略博弈。云计算在颠 （一）发展中国家的信息安全将受到严峻考验。信息除了与国家 覆原有互联网应用模式的同时，也给发展中国家带来了不少新的挑 政治、经济等方面密切相关之外，更直接融入普通民众的日常生活， 战。 对民众的心理和意志影响重大。目前，互联网基础设施大部分掌握在 一、云计算的概念 美国手中，从域名的根服务器到诸如谷歌、微软等公司提供的各类网 云计算是指大规模分布并行计算，其基本原理是使计算分布在大 络与个＾ 应用。虽然人们期望互联网成为一种“全球公共产品”，然而， 量的分布式计算机上，利用互联网高速传输能力，将数据的处理过程 在１９９１年海湾战争时期，美国将所有伊拉克国家域名的网站全部封锁， 从个人计算机或服务器移到互联网上的计算机集群中。这些分布式计 并激活预先安装在伊拉克军队打印机中的所有病毒；微软公司曾经主 算机都是很普通的工业标准服务器，由一个大型的数据处理中心管理 动切断了古巴、朝鲜、叙利亚、伊朗和苏丹等五国服务，导致这五个 着，数据中心按客户的需要分配计算资源，达到与超级计算机同样的 国家的用户都无法登陆ＭＳＮ；谷歌禁止苏丹网民下载谷歌即时通信和 效果。通俗地说，云计算就是超级计算中心，它是通过一种智能计算 地图服务软件，而雅虎等互联网服务商亦有可能针对上述国家采取类 方法，动态管理几十万台、几百万台甚至几千万台计算机资源所具有 似措施。联想到这些互联网垄断设施造成的安全隐患，令人如坐针毡。 的总处理能力，从而构成一个个超级云计算中心，并借助互联网，让 如果未来国家的全民数据都高度集中在国际公司的云计算中心，那么， 各类智能终端从这些“云”中以极低的费用获取各种服务。 国家信息更存在“去国家化”的风险，大量的信息聚合后若被进行别 二、云计算的特点 有用心的分析、挖掘，发展中国家的信息安全将受到严峻考验。 规模超大。“云”具有相当的规模，用于云计算的计算机有成百 （二）发展中国家的网络安全面临巨大风险。制网权已成为各国继 上千万台，可以说接人互联网的每台计算机均有可能成为云计算中的 制海权、制空权、制天权之后的又一重要争夺焦点。２００８年，北约成员 一部分，是一个名副其实的超级计算中心。 国已经商定，其条约规定的“集体防御”同样适用于网络空间，即某成 弹性计算。过去，因为系统已经固定部署在几台服务器上，导致 员国遭遇网络袭击时，其他国家应给予政治、经济甚至是军事支持。２０Ｏ９ 负荷非常紧张的系统，无法获得更多的资源，但随着资源的池化，使 年，美国防部正式下令组建网络战司令部，正式引发各国间的“网络军 系统可以随时动态申请资源，实现弹性计算，从而让小负荷的系统能 备竞赛”。俄罗斯、法国、德国、新加坡等国也相继成立了网络战机构或 够满足更加繁忙的应用需求。 部队。而云计算剥去其华丽外表，在本质上就是互联网的中枢神经系统。 广泛访问。随着云计算技术的发展，在云端的计算能力包括存储 因此，它的发展，不仅是商业行为，不仅是一种信息技术应用模式的更 能力越来越强大，因此对信息终端要求越来越低，加上今天发展的物 新，同时是涉及互联网中枢神经控制与争夺的较量。鉴此，一些发达国 联网和互联网技术，过去受到物理条件限制而用不到的一些能力和管 家政府开始积极部署，主导国家云计算的发展。美国目前实际上控制着 理环节，终端用户都可以很方便地享用。 全球互联网，但越来越多的专家认为，应该将其置于国际组织而不是美 三、云计算的关键技术 国的管理之下。云计算的提出，正好为美国提供了新的机会：一旦全球 一是云计算平台管理技术。云计算资源规模庞大，服务器数量众 信息的流动、存储和处理都要通过美国在互联网构建的“云”来进行， 多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用程序。云计算系统的 那么美国就牢牢掌握了对全球信息的绝对控制权。 平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便地进行业务部署和 （三）发展中国家发展壮大的新制高点可能丧失。当今世界，高 开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大 性能计算已成为理论和试验之外的第三种科学研究手段，计算能力因 规模系统的可靠运营。 而成为衡量一个国家综合国力和科学研究能力的指标。在实体的超级 二是数据存储技术。云计算系统由大量服务器组成，并能为多用 计算机研发耗资巨大且性能突破受到物理制约的条件下，相当于虚拟 户同时服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗 超级计算机的云计算则可无限扩充，并以更低成本、更高的计算能力 余存储方式（集群计算、数据冗余和分布式存储）保证数据的可靠性。 和更方便的应用环境为国家重要战略领域的高端研究提供支撑。许多 三是虚拟化技术。虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上而不 发展中国家的科研领域一直寄期望在信息网络时代，能够通过借助信 是真实的基础上运行，它可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置 息化的手段来缩短科研水平同发达国家的差距。但由于云计算正日渐 过程，减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统等。 被美国等少数国家高度集中和垄断，如果发展中国家不能在云计算方 四、发展中国家面临的新挑战 面获得长足发展，就很有可能加大同发达国家的差距，丧失占据发展 未来国家的综合实力，很大程度上将取决于互联网建设和管理能 壮大新制高点的有利时机。 （上接第３５２页） ６－２数据处理 具体方法就是采用座标变换法进行数据处理。 所谓座标变换法就是把相对于测量基准的数据，经过适当的变换后， 使新的数据成为相对于理想平面的数据。其实质是假定ｘｏｙ平面为测量 基准平面，并且理想平面与测量基准平面不重合，如图所示。当转角很 小时，可用直线位移代替角位移。设在Ｘ轴方向共有ｍ个节距，单位旋 转量为Ｑ；在ｙ轴方向共有ｎ个节距，单位旋转量为ｐ；Ｘ轴与Ｙ轴上的 七．结束语 节距相等（这一点满足）ｃ所以，座标变换也就是在原始数据上加—个对 随着中国铁路事业的飞速发展，新产品的研发和新技术、新设备 应的等差数列，计算误差时需沿ｚ轴方向取座标值。如图所示。 的应用是一个企业综合竞争力的有力保证，设计开发具有国内先进水 平的新一代磨耗板平面度自动检测仪。它的研制和应用大大提高了磨 耗板平面度检测的自动化水平。而且从中总结出的检测方法可广泛在 同类设备中得到应用。本文对工业过程控制、过程检测有一定的参考 价值。 参考文献： …黄玉峰主编，《互换性与没量技术基础》，东北林业大学出版社， １９９８。 『２］林奕鸿等，《机床数控技术及其应用》，机械工业出版社，１９９４。 科技博览ｌ ３５３