圆度仪改造中的数据处理方法

　　0 引言

　　我公司有一台英国进口的圆度仪,近年来,这台仪器的部分电路和配套专用计算机出现故障,难以修复。于是对该圆度仪技术改造,利用原有的台架和关键部件,对电路信号处理部分进行改造,用通用计算机代替其专用计算机。采用数字信号处理技术,实现软件滤波,开发应用软件,使之恢复使用。圆度仪的测量原理是轮廓测量法。主轴在传动系统带动下匀速转动,与被测工件接触的电感测头将采集的原始信号送给后续的电路进行处理,得到相应的原始数据。这些数据送给计算机后,根据需要选择滤波参数,经过数字滤波后,按照有关国家标准的评定算法给出圆度的各项参数。

　　1 仪器与计算机的硬件连接

　　硬件系统连接如图1所示。

　　利用原仪器的测量传感器以及其原有的模拟信号传输通道,通过接口板接入更新后的计算机,使用原仪器提供的脉冲信号产生中断来判断被测圆的测量起点和终点;将仪器提供的测量放大倍数信号亦接入计算机,参与数据计算。为了防止对圆度仪设备造成不利影响,或降低测量精度,未对仪器控制电箱进行改动。经测算,原仪器使用8位A/D转换,我们采用12位模数转换,确保采样过程不增大误差。

　　2 数据处理方法

　　1)为保证仪器的测量精度,软件在计算机进行数据采样时采用了中值平均的滤波方法,获取测量数据,以求减少外界干扰因素的影响,采样程序在定时触发过程中执行。

　　2)根据圆度仪的技术要求,对传感器获取的数据按不同的通带滤波,其通带共分为6档,分别是1~15波、1~50波、1~150波、1~500波、15~500波、全通;选用软件滤波方法对采样数据进行滤波,与硬件滤波相比,滤波器更改容易,滤波参数修改方便,测量一次数据,即可得到不同通带的滤波数据。具体的离散数字信号滤波方法如下所述:

　　a1采用FIR DF(有限冲激响应数字滤波器)窗函数设计离散数字信号滤波器,其抽样响应函数:

　　低通:

　　带通:

　　式中:ωc为通带截止频率,ωh为通带上限截止频率,ωl为通带下限截止频率,M为采样点数。

　　b.为减少吉布斯现象,采用Hamming(哈明)窗来代替矩形窗。

　　式中:N为采样点数。

　　c.从圆度仪的滤波通带要求可以看出,最大频率是500波数,根据抽样定理,最少的采样点数应是1000点。

　　h(n)即是要设计的数字滤波器。其频率特性如图2和图3所示。(采样点数为1000点,假设截止频率为P/8的低通滤波器),从图中的曲线可以看出,该滤波器在通带几乎不存在衰减,而阻带频率得到明显的抑制,过渡带狭窄,在通带具有良好的线性相位。