用虚拟仪器改造YD200A型圆度仪

　　1 引言

　　目前国产圆度仪的测量精度基本上在微米级,精度较低,主要原因有:圆度仪主轴系统精度低;电子元器件质量不过关,性能和可靠性不高;评定手段落后,检测数据靠人工读取。高精度圆度仪大多依赖进口,价格昂贵。为了利用现有资源并适应高效、高精度检测要求,本文基于虚拟仪器技术对YD200A型圆度仪进行了改造。

　　2 系统硬件设计

　　虚拟仪器的硬件部分由工作台、主轴、传感器、信号调理模块、数据采集卡和PC机组成(见图1)。系统采用原圆度仪的工作台、主轴及传感器;信号调理模块选用3B40,从传感器出来的微弱信号,通过信号调理模块放大、滤波;数据采集卡采用PCI-9114HG数据采集板。

　　3 系统软件设计

　　虚拟圆度仪软件系统由虚拟测控平台提供的数据采集和通讯软件、LabVIEW环境下自行开发的数据分析、数据处理与输出程序以及仪器面板等软件组成。软件结构框图如图2所示。

　　(1)数据分析与处理模块 该模块有三大功能:

　　①误差分析与处理。分析了影响测量结果的几个主要因素,如被测件安置时产生的径向偏心和轴线歪斜,主轴回转误差,提出了消除这些因素对测量结果影响的处理方法,编制了相应程序。

　　②圆度误差评定。研究了国标规定的四种评定圆度误差的方法(最小区域圆法、最小二乘法、最小外接圆法和最大内接圆法),阐述了各自的原理,建立了相应数学模型,深入研究了评定圆度误差的算法,设计了一种新的逐次逼近的迭代算法。该法以最小二乘圆的圆心作为初始圆心,将中心最佳移动法和交叉弦线法相结合,用解析法确定中心最佳移动方向和最佳移动距离,达到更快、更精确地逼近理想圆圆心的目标。该法成功地应用于最小区域圆法、最小外接圆法和最大内接圆法。与其它方法相比,该法迭代速度快,精度高,无原理误差。

　　③数字滤波。按确定采样频率完成数据采集,对采集数据进行数字滤波。采用Butterworth滤波器,为了在截止频率处满足国标传输要求,对滤波器进行了修正,修正后的滤波器传递函数为

　　根据上式得滤波器的差分方程为

　　利用此迭代方程,即可用C语言编制滤波子程序。

　　(2)数据采集与通讯模块 数据采集与通讯由虚拟测控平台提供。

　　(3)数据输出模块 主要用来进行评定方法的选择和评定结果的可视化输出。

　　(4)仪器面板模块 主要提供进行可视化输入输出操作的控件,实现测量控制。

　　4 系统集成与测量

　　(1)系统集成

　　系统采用原圆度仪的工作台、主轴及传感器,传感器输出信号端子不再接入放大器而接入信号调理模块;将信号调理模块、驱动电源、PCI板集中到一个箱体内,将各输入、输出引脚与标准插座连接,完成信号调理模块安装;数据采集卡PCI-9114HG安装到主板上任一个PCI扩展槽内。