圆柱度误差虚拟测量仪的设计及OpenGL应用

　　准确地求得圆柱度误差数值对保证和提高机械产品的质量十分重要.圆柱度误差虚拟测量仪就是采用计算机技术对传统圆柱度仪的部分功能进行软件化,通过灵活的控制软件及仪器软面版组成的虚拟测控平台更好的实现控制和测量功能的基于个人计算机的测量仪器,它是由计算机资源和通用的模块化功能硬件及图形化编程应用软件有机地结合而成.

　　1 虚拟测量仪技术与软件开发平台

　　虚拟测量仪技术的核心思想就是充分利用计算机的硬/软件资源,使本来需要硬件实现的技术软件化(虚拟化),以便最大限度地降低系统成本,增强系统的功能和灵活性.LabWindows/CVI是美国NI公司开发的32位面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台,可以在多种操作系统(如Windows98/NT/2000,MacOS和UNIX)下运行[1].它以ANSIC为核心,将功能强大、应用广泛的C语言与测控专业工具有机地结合起来,实现了数据的采集、分析和显示.另外,它的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的面板功能和库函数等使LabWindows/CVI自身功能更加强大,应用更加方便[2,3].

　　2 圆柱度误差的理论基础

　　2.1 圆柱度误差的评定方法及数学模型[4,5]

　　(1)圆柱度误差的最小二乘评定方法及数学模型

　　以被测实际圆柱面最小二乘轴线作为评定圆柱度误差的基准轴线,这种评定法称为圆柱度误差的最小二乘评定法.如图1所示,建立空间直角坐标系OXYZ,且令Z坐标轴为获得采样数据时的回转轴线.沿Z坐标轴方向取等距的m个采样截面,且使XOY坐标平面与各离散采样截面的对称中心平面重合,在每个采样截面的轮廓上等角度间隔采样,采样点数n为偶数.令各采样点为Pij(Δrij,Hij,zi)(i=1,2,,,m;j=1,2,,,n),被测实际圆柱面的最小二乘圆柱面的轴线为L,它通过XOY平面上的点O1(a,b,0),轴线L的一组方向数为g,l和1.则L的方程为

　　根据图中的几何关系和最小二乘法原理,可求得偏差

　　圆柱度误差值为

　　(2)圆柱度误差的最小区域评定方法及数学模型

　　以符合最小区域的理想轴线作为评定圆柱度误差的基准轴线,这种评定圆柱度误差的方法称为圆柱度误差的最小区域评定法.

　　建立目标函数

　　若改变a,b,g,l的值,则S也随之改变#按最小区域评定法的要求,应改变a,b,g,l,使S达到极小值,从而得到最小区域法圆柱度误差值:

　　2.2 对置两测头法误差分离技术

　　在高精度的测量中,要求测量机床基准件误差对测量结果无显著影响,往往很难做到#采用误差分离技术,则可在保证同样测量精度的条件下,显著降低对基准件的精度要求[4,6~9]#在圆柱度误差测量中,若实际测得传感器原始数据用V表示,工件表面被测点处实际的半径增量用S表示,而相应位置处机床基准件误差用G表示,则V是S和G的综合反映,即V=S+G.由于实际的机床标准件误差G是未知的,需要采用对置两测头时域法进行误差分离[4],在某一点测头测量数据可表示为V1=S+G,对置测头在同一点的测量数据表示为V2=S-G,将两式进行处理可得S=[ V1+V2]/2, G=[ V1-V2]/2,即可以把误差数据分离出来#