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摘要：介紹了有別于傳統CT和自動機器人系統的智能送樣系統，可以實現自動CT采集系統，自動取樣、自動樣品對中、自動檢測、自動放樣，滿足測試的任務要求。將測試人員從繁瑣的測試操作中解放出來。

關鍵詞：伺服電機；步進電機；電動夾爪；CT檢測系統

引言

傳統的CT測試操作方法測試效率比較低，需要每測試一個樣品就要開門取放樣品，每個樣品都要重新對中調試。CT掃描時間相對較短，成批量的樣品，需要測試人員長時間職守，不停地做取樣和放樣的工作，效率比較低下[1]。

1自動CT采集系統與傳統測試系統比較

傳統的CT測量步驟：（1）測試準備，如設備自檢、射線源的預熱；（2）放置樣品，打開防護門，將樣品放置在樣品座上，然后關閉防護門；（3）參數設定，如探測器參數、射線源參數、運動各軸參數的設定；（4）進行CT采集；（5）完成CT采集；（6）開門取出樣品并放置新的樣品。自動CT采集系統，在原CT機的基礎上增加了取樣橫向移動Y軸、垂直移動Z軸、樣品抓取電動夾爪（電動夾爪固定在移動軸上跟隨移動Y軸和Z軸移動）和有12個樣品放置位的樣品放置進給軸。測量步驟：（1）測試的準備。（2）放置樣品，成批量編號，產品設定樣品座可放置12個樣品，分別編號1～12號，樣品座為0號樣品。（3）根據樣品的特點設定測試各參數。（4）從批量送料裝置按1～12的順序取出樣品。（5）開始CT測試。（6）完成CT測試，從0號樣品座取下樣品，放回樣品座上。（7）樣品進給軸自動進給到取樣位置，將待測樣品放置在取樣位。計算機在確定測試0位無測試樣品時，取樣Y軸移動到取樣位置，升降Z軸將電動夾爪移動到待測樣品同一位置，電動夾爪夾取樣品。升降Z軸和取樣Y軸移動到測試0位樣品座，電動夾爪放開樣品，將樣品放置到樣品座上。然后取樣Y軸和升降Z軸移動到原位。（8）開始測樣。（9）測試完成后重復（7）步驟。如此這樣直到放置的12個樣品均測試完畢。

2自動送樣的控制系統軟硬件設計

2.1硬件

該工業ct電氣控制系統采用原來采用美國DEL⁃TATAU公司的PMACClipper開放式多軸控制卡。該控制卡能夠提供運動控制、離散控制、同主機的交互等功能[2]。系統硬件設計如圖1所示。PMAC的主要功能如下：PMAC最主要的任務是按照運動程序順序執行運動程序[3]。執行PLC程序，對于運動順序不同步的程序采用可編程的邏輯控制程序，類似可編程邏輯控制器的程序。在自動執行任務中，針對每一個電機PMAC均以固定的頻率對伺服更新。對于運動的位置增量和實際反饋傳感器讀回的實際位置相比較，最后在兩這的差的基礎上輸出命令使差值變小，如此往復，直到此值得到滿意的結果。PMAC會定期的執行資源管理，以確認整個系統處于正常的工作狀態。這些功能包括安全檢查，如隨動誤差限制，硬件超行程限制，軟件超行程限制，放大器出錯。還包括看門狗的觸發控制，當看門狗計時器觸發后卡將關閉。該控制卡的硬件特點是:和上位機的通訊可以采用USB口、RS232口和ETHERNET口，一般采用ETHERNET口同上位機進行通訊[4]。伺服接口具有模擬量和數字量接口，能夠連接模擬的和數字的交、直流伺服驅動器來控制伺服電動機，以及連接步進驅動器控制步進電機多種的測量器件，如正弦編碼器、SSI、絕對式編碼器、旋轉變壓器等。數字I/O口，具有TTL和隔離的24V、下沉式和吸入式源兩種模式。

2.1.1樣品進給軸的控制樣品進給軸采用步進電機驅動的電動位移直線臺。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機[5]。步進電機具有動態轉矩大，抗干擾能力強，定位精度高等特點。該系統采用東方馬達的CVD型驅動器。脈沖輸入模式可以設定為單脈沖和雙脈沖方式，該驅動器可以根據負載需要的轉矩設定運行電流。驅動器具有過熱、過電壓、過電流等報警保護功能。為了提高系統的運行精度，可以調整設定的步級角。普通步進電機的步級角是1.8°/步，該驅動器可以實現625倍細分即最高步級角0.00288°。該驅動器和步進電機組成的線性位移臺，可以滿足系統的精度要求[6]。

2.1.2運動Y軸和Z軸的控制運動Y軸和Z軸采用精密滾珠絲杠導軌滑臺。軸驅動采用交流伺服電機，伺服驅動器采用臺達ASDA-B2伺服驅動器。該驅動器可以支持增量型17bit和20bit高分辨率編碼器，可以滿足機臺高精度的定位要求[7]。伺服驅動器具有內置位置、速度模式和扭矩模式控制模式。速度模式主要應用精密控速的場合，速度的設定可以通過模擬量和內部參數的設定。扭矩控制模式主要針對繞線機等對轉矩要求控制的場合。由于該系統不需要精確的速度控制和轉矩控制，因此系統伺服驅動器采用的是位置控制模式。伺服位置環控制原理如圖2所示。位置輸入采用外部位置脈沖的差動輸入方式，低速差動脈沖最高頻率可以達到500kP/s，而采用高速脈沖最高可達到4MP/s。使用位置跟隨模式設定電子齒輪，電機按照設定的比例準確運行。位置增益的調整可以提高位置環的響應寬度，前饋增益可以降低相位的落后誤差。

2.1.3電動夾爪電動夾爪可以根據樣品座的大小調節夾持的位置和打開位置。夾持的力量可以調節。夾持的控制方式可以采用RS232、RS485和開關量控制方式。電爪的控制如圖3所示。2.1.4在0位樣品檢測和進給軸1～12位樣品檢測位置信號通過開關量的輸入作為檢測樣品在位或不在位信號，傳送到PMAC控制系統。作為系統動作的邏輯判斷和狀態輸入。采用開關量信號可以克服外部信號干擾，增加信號的可信度。樣品的位置檢測如圖4所示。

2.2軟件

取樣部分的流程如圖5所示。

3自動送樣控制系統的調試

3.1軸精確定位

在設定位置環控制單元時，因為位置環的內環包含速度環，要考慮進給各軸的速度要滿足精確定位的要求[8]。要首先解決運動各軸在CT掃描時，不能影響CT的成像空間。抓取樣品和放置樣品，必須在運動各軸到位的前提下進行。電動夾爪必須能牢固夾住樣品又不能損傷樣品。

3.2自動進樣系統和CT測試系統的融合

在取樣結束后發給上位機，系統自動開始CT掃描。在CT掃描結束時，要將掃描過的樣品放回原處，將待掃樣品放置在掃描0位。即實現全自動CT掃描。

4結束語

工業CT自動送樣控制系統與CT的其他運動系統相融合，增加了相關的硬件和軟件。適合于批量CT測試任務，有利于CT標準化檢測。將工業自動化系統融入到傳統CT的改造中可提高檢測效率，減少人員工作量和工作復雜度，具有良好的推廣前景。

參考文獻：

［1］魏彪，馮鵬.X光工業用CT成像二代掃描運動控制系統設計［J］.光學精密工程，2003（6）：586-590.

［2］郝剛，韓秋實，孫志永.基于PMAC的開放式數控系統性能的研究［J］.北京機械工業學報2003（2）：24-28.

［5］張明.步進電機的基本原理［J］.科技信息，2007（9）：83.

［6］2相•5相步進電動機CVD使用說明書［Z］.日本東方馬達株式會社，2015.

［7］ASDA-B2系列標準泛用型伺服驅動器應用技術手冊［Z］.DELTA中達電通股份有限公司，2014.11.

［8］韓佩彤，李新國，劉蕓.基于PMAC的伺服系統誤差補償方法研究［J］.傳感器與微系統，2012，31（8）：12-14.

作者：王奎華 未永 張馳宇 張園成 白建國 單位：天津三英精密儀器股份有限公司