基于多方法的圆度测量虚拟实验系统研究

　　1 引言

　　根据误差理论与数据处理课程的教学需要，结合圆度测量的特点，本实验系统采用多方法来测量圆度误差，结合虚拟仪器技术，开发出一套圆度误差测量的教学软件。本实验装置是在旋转台上安装一二维微动工作台以实现对被测工件的圆心与旋转台的圆心之间进行一次微调，达到两者之间的基本重合。用步进电机对旋转台的驱动，使转台旋转。在二维工作台上放置被测工件，用接触式传感器对工件进行检测，得到的数据传到数据采集卡中，在计算机上用Labview对数据进行采集和处理。采用三点法和多步法对圆度测量进行误差分离与修正，得到精确的圆度误差。

　　2 圆度测量虚拟实验系统软硬件设计

　　2.1 实验系统硬件组成

　　本系统主要由驱动模块、采集模块、减震系统、二维微动工作台和装有Labview的计算机组成。实验系统的基本原理是在减震系统上，用驱动模块对工作台驱动，再用采集模块将采集到的数据输送到电脑中，用Labview编写的数据处理程序，对采集到的数据进行处理，得到圆度误差。实验系统框图如图1所示。驱动模块包括有步进电机、步进电机控制器、旋转台等。采集模块包括电感传感器、数据采集卡等。本系统的步进电机控制器采用的型号为SC300。数据采集卡是由北京迪阳公司生产的型号为U18数据采集卡。

　　2.2 圆度测量的程序设计

　　本软件系统是采用NI公司的Labview8.6图形化编程软件，通过虚拟仪器Labview对采集到的数据进行处理。在计算机上安装U18的驱动程序，运行Labview进行数据采集和数据处理。软件系统包括登录系统、数据调零系统、数据采集系统、数据处理系统等。登录系统是为了在实验教学中对学生进行记录，此系统将记录实验的日期、班级、姓名、学号、时间等等; 调零系统是在数据采集之前对工件与传感器进行调整，使传感器测得的数据在规定的范围内; 数据采集系统是对经过调零后的实验系统进行数据采集; 数据处理系统是对采集到的数据进行处理，得到圆度误差。程序的运行界面如图2所示，图3为系统程序流程图。

　　3 圆度测量的测量结果

　　3.1 单测头测量结果

　　工件安装在微动台上后，对工件进行微调，但不能完全消除偏心误差，用最小二乘圆法处理可得存在偏心x0=0.382mm，y0=0.004mm，圆度误差为0.033mm，圆度误差轮廓曲线如图4所示。

　　3.2 三点法测量结果

　　采用三点法，用三个电感传感器安装在工作台上，分别对工件进行圆度测量，得到三点法圆度误差分离的基本方程