基于误差分离技术的形位误差虚拟测量仪

　　1 引 言

　　大型轴类零件形位误差的现场测量一直是比较棘手的问题,由于加工机床基准件本身误差的影响,采用传统的测量方法很难保证其测量结果有较高的置信度。本文提出基于误差分离技术研制形位误差虚拟量仪的方法,并将其应用于轧辊廓形的圆度误差、圆柱度误差、轴线直线度误差的测量,取得了良好的效果。

　　2 系统的测量原理

　　系统采用LabWindows/CVI[1]软件编制虚拟仪器测量界面,用户只需根据需要选择测头数设定其它参数,然后按一个键即可完成所有测量工作和圆度误差的分析测量。

　　具体测量方法是:将两个传感器S1和S2对置于工件的上方和下方,利用拨叉使工件带动分度盘同时旋转,实现在工件整个圆周上的等间隔采样,若旋转一周后两测头的N点(N为偶数)采样数据为V1i(i =1,2,,,N)和V2i(i=1,2,,,N),那么理论上在同一采样点两测头的采样数据应该分别为工件表面该点处的位移增量与相应位置处机床标准件误差之和或之差,则该系统的系统误差fs可以表示为:

　　其工件表面偏差可以表示为

　　再根据相应形位误差的数学模型[2,3],即可求出各形位误差项目的误差评定结果。其测量系统构成如图1所示。

　　3 硬件部分设计

　　形位误差测量的虚拟仪器,由位移传感器、电感测微仪、分度盘、触发脉冲、回转装置、信号采集卡以及个人计算机组成。本文采用的研祥PCL818采集卡是具有多个模拟输入通道的多功能数据采集卡,可以接受最高±10V最低±0.625V模拟输入信号。它有外部触发控制端口,可以使用外部触发信号来控制信号采集卡工作。外部触发信号由分度盘和触发脉冲控制。传感器通过电感测微仪把采集的信号转换成模拟信号送给采集卡,采集卡进行A/D转换送给计算机。在分度盘的每一个露光孔发光二级管导通送给采集卡数字I/O口一个高电平,触发采集卡A/D转换一次,并将采样数据送入数据缓冲区暂存。其流程图如图2所示。

　　4 软件部分设计及数据处理

　　由于该系统有高度的模块化、对象化的特点,用分级模块化来实现算法比较容易,且结构清晰。因此,将数据采集和数据处理分别作成子程序。数据采集子程序中包含信号采集和量值转换两个部分。信号采集部分利用外部信号触发采集卡进行A/D转换,程序直接读采集卡端口的方式。数据处理子程序中包含基本的计算算法,如半径差的计算、径向扫描范围的确定、圆周方向扫描范围的确定等。把它们做成子程序,并逐级调用,使程序结构清晰,容易维护。