直线度误差处理系统的研制

　　1 引言

　　直线度公差是关键的形位公差项目之一,在生产实际当中使用比较频繁。直线度误差测量不像尺寸误差那样简单,普通仪表不能直接显示测量结果。目前生产中较为常用的方法是将被测部位分段,通过水平仪测得各个分段两端点的高度差,然后通过计算(或借助软件在微机上计算)求得直线度误差值。如果需要在现场得到误差值,必须通过专用的小型计算机借助软件实现;如果需要查看误差曲线或了解误差方向,现场还需配备打印机。总之,传统的测量方案系统普遍存在结构复杂、成本较高、使用不便的缺陷。为了向用户提供一种更方便、高效、功能完善的误差处理手段,笔者研制了直线度误差专用处理系统。该系统集误差值及误差曲线打印、最小区域误差分析等功能于一身,通过对软件的适当修改,可以与任何具有标准串行接口的电子水平仪接口,系统体积小巧、成本低廉、操作方便,处理的结果清楚、可信,信息含量高。

　　2 系统结构及工作过程

　　直线度误差处理系统由单片机、微型打印头、标准串行接口组成(如图1所示)。单片机负责直线度误差最小区域确定及误差值计算、误差曲线输出时的直线插补运算以及整个系统的运行控制(包括键盘显示器接口、通信接口、打印头等的控制)。直线度误差的最小区域算法以及输出直线的插补算法全部由8031汇编语言实现,驻留在存储器中。系统启动后,自动处于实时显示状态,微处理器通过串行接口不断接收电子水平仪发来的数据流(格式由水平仪型号决定)并在显示器上动态显示,以帮助操作人员判断数据是否稳定,确认稳定后可根据需要按下确认键,系统自动保存当前值作为一个采样值。依次手动提取N个有效采样值(N=2~16,对应的测点数为3~17)后按下打印输出键,微处理器立即开始计算直线度误差值并在显示器上予以显示,打印头随即打印出实际误差直线的放大图以及最小区域位置和直线度误差值。

　　系统输出的内容分为两部分:

　　(1)采样数据及测点绝对高度(采样值为转换成微米的原始采样值,绝对高度为各点高度微米值);

　　(2)误差曲线图及误差值,包括两条最小区域线。

　　3 直线度误差算法

　　考虑到单片机有限的内存空间,直线度误差的最小区域评定采用凸多边形法,具体实现策略采用对分搜索,具体流程参看图2。

　　程序要求的测点数为3~17,因为选择测点数小于3时对于计算直线度误差无意义,测点数大于17时既受单片机内存的限制,同时实用价值也不大。各个凸点的确定按照如下顺序进行: