基于虚拟仪器技术的木板自动分选系统

　　系统软件选择了虚拟仪器软件 LabVIEW。软件实现的功能为：（1）对积分球输出的电压进行测量；（2）计算出被测物的色差值；（3）根据用户的要求设定色差的范围；（4）按分选结果输出相应的控制信号，将同一色差范围木板分选在一起；（5）数据存储和显示。

　　2 硬件组成

　　系统由探测器、信号调理模块、数据采集卡（DAQ 卡）、个人计算机（PC 机）和执行机构等组成。系统结构图如图2 示。

　　图2 系统的结构图

　　探测器包括光源、滤色片和积分球等。积分球的基本原理是光源发出的光线经过滤光片照射到待测的样本上，不同颜色的样本会反射不同波段的光，反射的光一部分光被吸收井吸收，另外一部分光反射到积分球壁上的三个硅光电池上。当不同波段和强度的光照在硅光电池上，电池会产生不同大小的电压。三个硅光电池产生的电压反映该样本的三个刺激值。积分球内的硅光电池输出的是微弱电压，需要实现电压滤波和放大的信号调理功能。信号调理模块采用NI的SCXI，包括机座SCXI-1000、应力应变模块组SCXI-1520 和SCXI-1314，调理模块提供1～1000 的增益、10Hz～10kHz 的可编程模拟滤波器、0～10V 的激励直流电压、自动调零、桥路补偿等功能，还可以调理一般的模拟电压。在系统中，通过软件选择了10Hz 的硬件滤波。

　　数据采集卡采用 NI 的PCI-6024E 型DAQ 卡，是基于PCI 总线的12 位多功能数据采集卡，最高采样速率200kS/s，16 个单端模拟输入（或8 个差分模拟输入），8 个数字输入/输出，2 个模拟输出，2 个20MHz、24 位计数器/定时器，实现A/D、D/A 功能。PC 机的CPU 为 AMD 2500+（64 位），主频为1.4GHz，内存512Mb。执行机构采用日本东方电机生产的 5 相步进电机UPK596BW2，其基本步距角为0.72°，保持转矩2.1N·m，转动惯量J 为1400×10-7kg·m2，配合使用的驱动器为UDK5114NW2，功能是模拟现场的分选机构，执行转向命令。

　　3 软件设计

　　利用图形化的虚拟仪器软件 LabVIEW 专业开发版编写操作界面，配有Report GenerationToolkit 工具包。

　　软件采用模块化的思想，将整体结构分为主操作控制模块、自动检测模块、信息处理模块和辅助模块，并分页显示。每个模块下又细分为子模块，如数据储存子模块、报表显示打印子模块、历史回访子模块、重要参数修改子模块（需要输入密码才可见参数值）、统计分析子模块（显示最大值、最小值和平均值等）、帮助系统子模块、用户管理子模块等。以数据储存子模块为例，当信号采集完成后，数据直接存入 EXCEL，格式为时间、日期、三刺激值、色差等参数，并同时在数据旁边描绘出散点图。

　　主操作控制界面分为控制和显示两个区，实现对数据采集的控制和显示。显示部分包括三个通道输出电压、三刺激值、L*?a*?b*、色差△E 等显示，超过极限亮灯显示并且发出鸣叫声音，日期时间显示，变化趋势显示等；控制部分包括存储数据频率、控制开关、初始值、极限值等设置，主操作界面见图3 所示。程序最后生成.EXE 的文件，脱离LabVIEW 运行。

　　图3 主操作界面

　　4 标定与误差分析

　　系统与高精密的毫伏表（精度为 0.01mV）同时测量微弱电压，在范围0～500mV 选择45 个点，进行比较，系统测量误差绝对值最大为2.1mV，平均为0.9mV；相当误差绝对值最大为1.2％，平均为1.0％。以上海精密科学仪器有限公司的 WSC—S 测色色差计为标准，进行标定试验，测量数据如表1 所示。WSC—S 测色色差计是一种性能优越，用途广泛而又操作方便的测色计，适用于测定各种物体的反射色，测试头几何条件满足CIE 规定，配有标准白板用以校正。可以测试物体的白度、色度以及色差，数字显示。