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虚拟圆柱度误差测量仪的研究

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  文摘:利用美国NI公司的LabWindows/CVI为软件开发平台,结合实验室现有的测量条件和基于PC的数据采集卡,开发研制了虚拟圆柱度误差测量仪。该仪器将形位误差测量技术与虚拟仪器技术相结合,用圆柱度误差的最小二乘评定法、最小区域评定法,解决了圆柱度误差的测量问题,并且将圆柱度误差图形在屏幕上显示出来。形象、直观,有利于分析误差产生的原因,以便控制制造误差。该仪器测量准确度高,工作稳定,制造成本低,并具有良好的功能扩展能力,既可用于实验教学,又可用于生产实际。

  1 引言

  机械零件的圆柱度误差对机械产品的质量有很大影响。比较准确地求得圆柱度误差的数值对保证和提高机械产品的质量十分重要[1,2]。目前,测量圆柱度误差可以用智能形位误差测量仪,这种测量仪成本高且不能进行功能扩展。

  虚拟仪器的核心是利用计算机所具有的高速计算吞吐能力和计算机环境下丰富的系统资源,将原来用硬件设备完成的功能转化为用计算机软件来解决,这就是所谓/软件就是仪器0的测量理念[3,4]。由于采用了软件设计技术,大大降低了测量系统的成本,同时对于测量信号的处理更具灵活性。虚拟仪器突破了传统智能化形位误差测量仪在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制,用户可方便地进行功能扩展。

  查阅现有的国内外资料,并未发现将虚拟仪器技术应用于形位误差测量方面的报道。因此,研制虚拟形位误差测量仪具有重要的现实意义。

  2 理论基础

  圆柱度误差是指被测实际圆柱面对理想圆柱面的变动量[5]。对于同一被测实际圆柱面,当理想圆柱面相对于被测实际圆柱面的位置不同时,会得到不同的圆柱度误差值。因此按照理想圆柱面相对于被测实际圆柱面的位置的不同,有两种不同的评定圆柱度误差的方法:最小二乘法、最小区域法。

  2.1 圆柱度误差的最小二乘评定法(LSCY)

  圆柱度误差的最小二乘圆柱评定法,是指以被测实际表面的最小二乘圆柱面为理想圆柱,评定圆柱度误差的方法。

  如图1所示,建立空间直角坐标系OXYZ,Z坐标轴为测量时被测件的回转轴线,将被测圆柱面分成与Z坐标轴垂直的彼此等距的m个采样截面,XOY坐标平面与被测要素的各离散采样截面的对称中心平面相重合,在每个采样截面内的被测轮廓上有n个等角度间隔的采样点Pij(Δrij,Hij,zi)(i =1,2,,,m;j=1,2,,,n),L为被测实际表面的最小二乘圆柱面的轴线,它通过XOY平面上的点O1(a,b,0),R为最小二乘圆柱面半径。

  L的方程为

  即

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