圆度误差虚拟测量仪研制

　　1　虚拟仪器系统构成

　　虚拟仪器系统中,软件是关键,其系统的构成见图1。虚拟仪器有以下优点:用户可以自定义,以便满足特殊要求,而不用由厂家定义;系统面向应用,可以和网络、外设方便连接,有利于数据的处理和共享;开发成本低,可重复使用,减少了开发时间和费用。由图1中可以看出,虚拟仪器的构成需要一些特定的接口硬件来与被测的对象进行数据通信。这些接口硬件中有一些已经形成了国际标准,比如GPIB(通用接口总线GPIB, General Purpose InterfaceBus)接口,是基于ANSI/IEEE488.2-1987标准的一种被广泛采用的接口。

　　LabVIEW和C语言编译器、PASCAL编译器一样,也是一个程序开发平台。它的一个显著的特点是由一种基于图形的程序设计语言—G语言构成的。G语言的每一条语句都是由图形来表示的。在本质上,G语言和其它语言一样也是一种通用语言,它带有自己的函数库和过程库。

　　LabVIEW是一种结构化解释型开发平台。结构化是指LabVIEW的程序完全支持顺序结构,循环结构和条件结构3种标准结构,同时又是由模块化的形式组成的,它的每一个子程序都称为一个VI(Virtual Instrument),子程序间可以互相调用。所谓解释型是指用LabVIEW开发的软件,无法在Windows操作系统下直接运行,而且目前LabVIEW还不支持P-Code代码,所以软件必须在LabVIEW平台的支持下运行。也就是说LabVIEW不能生成真正的可执行(.EXE)文件。

　　2　圆度误差虚拟测量仪研制

　　宝钢集团苏州冶金机械厂研制的圆度误差虚拟测量仪就是应用LabVIEW软件开发的,其研制步骤为:建立圆度误差数学模型;用LabVIEW来解释这个数学模型,可以使用LabVIEW的公式节点(Formula node)实现;将这个VI应用到整个圆度误差虚拟测量仪器中去。

　　2.1　圆度误差数学模型

　　2.1.1　最小二乘法

　　图2是圆度误差测量原理图。如图2所示,以回转体被测截面的回转中心O1为圆心,对被测实际外圆轮廓进行等角度采样,设采样点为Pi($ri,Hi),(i=1,2,…,m),根据最小二乘原理,可得最小二乘圆心坐标分量为

　　则最小二乘评定法的圆度误差为

　　式中ξi=Δri-acosθi-bsinθi,i=1,2,…,m。

　　2.1.2　最小条件法

　　符合最小条件的圆度误差可利用无约束最优化方法求解,设目标函数为

　　设(3)式的最优解为:V*=[a*,b*]T,则最小条件评定法的圆度误差为

　　2.2　圆度误差虚拟测量仪硬件构成

　　轴线直线度误差测量系统中,数据采集部分采用PCL818L数据采集卡,该数据采集卡具有16路单端、8路差动模拟通道;16路数字输入通道、16路数字输出通道;采样和转换时间为8Ls;分辨率为12位;单通道采样速率为100 K;总线接口采用ISA总线接口,与TTL,CMOS逻辑电平兼容。