形状误差测量系统的体系结构

　　形状误差多种多样,其测量方法也千差万别。研究圆度[1]、直线度[2,3]、圆柱度[4,5]、平面度等形状误差的测量和分离不难发现,若应用计算机参与形状误差的测量和分离,除具体测量装置有所不同外,其测量系统具有相同或类似的配置或体系结构,比如采样逻辑、数据存储结构、采样程序的虚拟接口及程序界面等。本文将就上述共性问题出发,提出形状误差测量系统的一般构成方法,并结合笔者的研究课题,给出圆度、直线度、圆柱度等形状误差测量系统的应用实例。

　　1　测量系统的一般构成

　　一般地,形状误差测量系统的配置如图1所示。整个系统由信号拾取和放大、采样逻辑控制、模数转换、计算机等部分构成。信号的拾取和放大主要由测量传感器、测量放大器构成,用于形状误差信号的拾取和放大;采样逻辑控制由位置检测、电平转换、数字输入输出构成,用于实现对被测零件形状误差信号的等间隔采样及采样点的同步等;模数转换部分和采样逻辑控制部分一起现实对误差信号的采集。

　　通过采样逻辑控制功能的组合和变化,可实现被测零件的圆度、直线度和圆柱度等形状误差信号的在线或离线测量。

　　2　形状误差测量的采样逻辑

　　不论是圆度、直线度、圆柱度形状误差的测量和分离,还是螺纹导程误差的测量和分离均要求测量数据具有相关性。由于形状误差信号是位置相关的,因此对形状误差信号的采样不能在时间域进行,而应在空间域进行,这里称之为“分度”,这是形状误差测量和分离技术对采样的最基本的要求。此外,为保证采样点的重复性,还应具有采样同步点或采样起始点,这里称之为“同步”。分度和同步一起构成形状误差测量中的采样逻辑。被测的对象不同,其采样逻辑也不同。比如在现实圆度、直线度形状误差测量时,只需要一个分度信号和一个同步信号即可;而要实现圆柱度形状误差的测量,除要求圆周方向的分度信号和同步信号外,还需要截面分度和同步信号,相当于圆度和直线度形状误差采样逻辑的组合。在实现形状误差测量的采样逻辑时还要考虑分度信号和同步信号的特征,可利用分度信号的高电平、低电平、上升沿或下降沿触发采样,同步信号的与、或等实现采样的顺序控制和采样点的同步。

　　3　数据存储结构

　　在形状误差的测量和分离中,需要采集的误差数据是相当大的。例如在进行圆柱度形状误差测量时,当每周的测点数和测量截面较大时,测量数据可能达到数兆到数十兆字节。若将全部数据写入内存,既不现实,也不经济。这里采用硬盘作为误差信号的存储介质,并提出误差数据的块、段、组、重复的结构形式,不但使直线度、圆度、圆柱度形状误差测量时的数据格式完全统一,同时妥善解决了采样、存储和采样同步之间的相互协调。