虚拟圆度仪的研制

    0 引言

    虚拟圆度仪就是采用计算机技术对传统圆度仪的部分功能进行软化,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地实现仪器控制和测量功能的基于个人计算机的测量仪器,它由计算机资源和通用的模块化功能硬件及图形化编程的应用软件有效地结合起来。

    1 圆度误差数学模型[1]

    如图1所示,以测量时被测截面的回转中心O1为圆心,对被测实际轮廓进行等角度间隔采样,设采样点为Pi($ri,Hi)(i=1,2,*,m),根据最小二乘原理,最小二乘圆心的坐标分量为:

    则最小二乘评定法的圆度误差为:

    式中 Ei=$ri-acosHi-bsinHi,i=1,2,*,m符合最小条件的圆度误差可采用如下无约束最优化方法求出:

min{f(a,b)}

    其中目标函数为:

    设式(3)的最优点为?V*=[a*,b*]T,则最小条件评定法的圆度误差为:

    2 虚拟圆度误差测量仪

    2.1 虚拟仪器的硬件系统方案选择

    虚拟圆度误差仪的硬件设计中,数据采集系统采用研祥公司的PCL818L数据采集卡,基于PC的虚拟仪器硬件平台如图2所示[2-5]。

    PCL818L数据采集卡的主要技术指标是:模拟通道数为16路单端P8路差动;数字通道数为16路数字输出通道,16路数字输入通道;分辨率为12位;芯片采样及转换时间为8Ls;单通道采集速率为100k;输入阻抗为10M8;输入电压量程为±10V,±5V,±2.5V,±1.25V (high);±5V,±2.5V,±1.25V,±0.625V(low);总线接口采用ISA总线接口,与TTL,CMOS逻辑电平兼容。

    2.3 虚拟圆度误差测量仪的软面板设计[6-8]

    a.采样参数设定。在虚拟测控平台的软面板上,输入采样点数参数、确定测量中的传感器量程,即可获得正确的采样数值。

    b.采集卡参数设定。该部分可设定采集卡的工作状态,满足不同条件下测量量程,测量信号和信号采集模式不同的需要。

    c.数据处理及显示。该模块可以在动态描绘采样数据的同时,在后台处理采集到的测量数据,根据最二乘原理自动计算出圆度误差和最小二乘圆心参数,并且通过图形显示出试件的圆度误差。

    2.4 虚拟圆度误差测量仪的组成原理

    a.测试执行模块。采样点数参数确定后,程序根据参数对采集卡IPO口输出控制信号,通过步进电机带动机械执行机构实现仪器控制。因此对测试执行模块的控制就变成了对步进电机的控制。根据采样点参数,可以计算出等角度间隔采样时,每采集一个点,步进电机走的步数。通过调用底层的执行模块,向数据采集卡直接送入操作数来实现采样。通过程序内部循环和计数,完成测量过程。