虚拟仪器在深孔轴线直线度测量中的应用

　　1 LabVIEW的基本概念

　　LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Labora-toryVirtual Instrument Engineering Workbench)的简称,是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。LabVIEW程序称为虚拟仪器程序,简称VI。一个最基本的VI包括三个部分:前面板(Front Panel)、框图程序(Block Diagram)和图标/连接端口(Icon/Terminal)。前面板就是图形化用户界面,用于设置输入数值和观测输出量,它由控制(Con-trol)、指示(Indicator)和修饰(Decoration)构成。由于前面板是模拟真实仪器的前面板,所以称输入量为控制,称输出量为指示。而每一个前面板都有一个框图程序与之对应,框图程序包含VI的图形化原代码,在框图程序中对VI编程,以控制和操纵定义在前面板的输入和输出功能,它由节点(Node)和数据连线(Wire)组成。图1、图10所示就是我们测量仪器中的结构框图和前面板。

　　IMAQ Vision是LabVIEW中用于开发机器视觉和科学的图像应用的VI库,它主要由三个主要功能模块组成:Vision Utilities(用于显示和操作图像)、Image Processing (对图像进行分析、过滤、处理等)和Machine Vision (用于简化普通机器视觉任务的高级LabVIEW程序)。

　　IMAQVision可以处理三种图像类型:灰度图像(gray-level images)、彩色图像(color images)和复图像(complex images)。因此,通过图像采集卡得到的图像数据就要转换成上述几种形式,再统一成Lab-VIEW认可的簇的数据格式。

　　2 测量原理

　　将LabVIEW用于测量炮管内径的测量试验原理及其装置如图2所示。首先由电机旋转驱动齿轮带动齿条作直线运动来推动活塞前进,步进量由光栅位移传感器通过光栅电路输入计算机,准直激光系统发出的激光束射向分光镜,一部分透射后射向测量元件(活塞上加装一个精密平面反射镜),测量元件在活塞移动控制系统的驱动下在炮管内移动,通过位移测量系统(光栅位移传感器)测量其步进量(即齿条的位移)。测量元件感知炮管实际轴线位置的变化后,激光经平面反射镜反射后到达分光镜,经过分光镜反射到光靶上,面阵CCD传感器即可获得包含二维直线度误差信息的图像。再经过图像处理得出对应于每一个被测截面图像中激光光斑的中心,按照角度积累的公式计算出空间直线度误差。

　　3 图像处理

　　3.1 图像的获得

　　首先,可以调用内存中已经保存的图像,通过功能模板中的File I/O的Strip path、Build path等节点创建图像所在的目录,依次对该目录下的图像进行提取并进行数字图像处理,得到各图像的光斑中心坐标并以簇的形式显示在前面板上;或者可以通过IMAQVision软件包进行现场采集、保存、处理(图10中的图像组就是所采集的图像,每幅图像的大小为1280(H)@960(V)像素)。