基于虚拟仪器的主轴回转精度测量系统

以采用适当的机械装 置和精细调整来减小安 装偏
心, 或者在数据的后期处理当中采用滤波法或反相 叠加法来减弱偏心的影响。
测量数据 中包含的随机 误差一般属于高 频成
分, 应使用低通滤波去除。
本实验应用虚拟仪器技术方便地设计出数字滤
波器对偏心误差进行了分离, 也即最终使式( 2) 变为
xt = 5x
目前, 高精密机床的回转精度可以达到几百甚
4 结束语
本系统是西飞计量处热处理设备温度参数校准 技术研究课题的一部分, 已通过了国防军工委专家 组的验收。目前已经在西飞的军民机生产及转包生 产的项目中得到了应用。该系统的应用, 将人从繁 琐的劳动中解放出来, 统一了数据处理过程中起始 保温点的判定方法, 减少了在数据处理过程中人为 因素的影响, 大大提高了测试数据处理的准确性, 从 而更好的保证了热处理的工艺质量。
3 结果分析
测量之前首先要调节测量间隙找出电感涡流传 感器线性测量区域的中点以及针对本实验用的基准
# 23 #
测量与设备
球传感器的灵敏度进行参数标定, 找出测试系统的 输出电压与所测得的位移误差的比例关系如图 3。
由此得出计算 结果, 传感 器的灵敏度 ( 均 值) : 319213 V/ mm。
61 2 2
61 6 2
81 8 7
101 05
经实验证明, 所设计的测试系统充分发挥了虚 拟仪器系统的特长, 简化了操作, 实现测试过程软件 系统少调整或不调整, 测试精度高, 为主轴回转测试 提供了先进的测试方法和手段。
/ / 构造动态 SQL SELECT 语句 exp= sqlca1SyntaxFromSql ( sqlst at e, cst yle( p, err) / / 创建动态数据窗口
对象
图 4 Excel 文件格式
测量与设备
该系统具有很好的可扩展性, 能处理不同数据 采集 仪 中 导 出 的 数 据, 如 福 禄 克 2635A、安 杰 伦 34970A、吉时利 2700 等。
拟仪器面板的个人计算机, / 虚拟0主要有两个方面 的含义: 一是指它的面板是虚拟的; 二是指它的测试
高档新型仪器。在虚拟仪器系统中, 硬件仅仅是解 决信号输入和输出问题以及软件赖以生存、运行的
功能是由软件编程来实现。它的基本思想是利用计 物理环境, 软件才是整个仪器的核心。使用者只要
算机管理仪器, 组织仪器系统, 进而逐步代替仪器完 通过调整或修改仪器的软件, 便可方便地改变或增
[ 4] 韩林, 孙佩石, 张卫东, 顾 惠强 1 用 O LE 实 现应用 程序与 Excel 的集成[ J] 1 微计算机信息, 2000, 16( 1)
[ 5] 张长富 1 Pow erBuilder 8 实例教程[ M ] 1 北京: 北京 希望出版社, 2002
[ 6] 西安飞机工业( 集团) 有限责 任公司计 量处5材 料加工过 程中的 温度控制6 BAC5621K
由于在测量时需要确定主轴的转动角度, 因此 需要有旋转编码器来提供相应的脉冲序列来触发信 号的采集。 212 软件设计
LabVIEW 是较为常用的虚拟仪器系统软件平 台, 它采用的是图形化编程方案, 只需掌握简单的编 程规则, 所编的程序就是一幅/ 图0。系统自身还带
计量技术 20051N o 3
图3
至几十纳米, 有用信号非常微弱的混杂在输出信号
计量技术 20051N o 3
中, 要准确测量机床回转精度也需要有合适的、准确 高效的数字滤波器。滤波器的类型和参数会对滤波 效果有很大影响, 如果经过滤波, 干扰信号残留过多 或有用信号被滤除都会使最终结果出现偏差, 因此 数字滤波器的设计至关重要。数字低通滤波器有两 种无限脉冲响应 IIR 数字滤波器 和有限脉冲响应 F IR 数字滤波器。根据本实验的实际情况经多次试 验选用 FIR 数字滤波器。
1 测量原理
在主轴回转误差的单向测量当中, 位移传感器 检测到主轴回转误差在其敏感方 向的信号可描述
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为:
x t = E cos( 2Pf 0 t + H0) + 5x + S x
( 1)
式中, f 0 为主轴回转频率; E 为基准球的安装偏心; H0 为初始相位角; E cos( 2Pf 0 t + H0 ) 为基准球安装
参考文献
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[ 3] 陈家文, 潭月辉 1 Pow erBuilder 61 0 OLE 自动化的实现[ J] 1 河北 省科学院学报, 2001, 18( 2)
# 功能由用户自己定义 # 面向应用的系统结构, 可方便地与网络、外设、应用等连接 # 软件是关键部分 # 价格低廉, 可重 复利用 # 基于计算机技术的开放灵活的功能模块 # 技术更新快( 周 期为 1~ 2 年) # 基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用
目前, 对主轴回转误差的测量国内外普遍的方 法一般是用电容或电感涡流传感器对安装在主轴上 的标准球进行单点或多点测量, 测量信号中一般都 含有主轴回转误差信号, 标准球安装偏心信号和标 准球截面形状误差信号。需要从测量信号中分离出 误差信号, 通常使用频域法, 对测量信号作正反两次 傅立叶变换, 运用滤波技术对测量信号进行误差分 离。在测量不同转速的机床回转误差时, 需要不断 改变滤波器的类型和参数, 才能从中找到最适合的 滤波器, 用一般的编程语言更改数字滤波器时需要 编写复杂的程序, 难度和工作量较大, 而且程序的通 用性不好。而使用虚拟仪器技术编写的应用程序是 基于分层设计的理念模块化的方法开发出来的, 更 换和测试都非常方便。本实验应用虚拟仪器技术, 在 L abVIEW 平台上开 发出一套测试软件, 对主轴 回转精度进行测量并对测试数据进行误差分离、数 据处理和结果评定。
基于虚拟仪器的主轴回转精度测量系统
王卫东 翟 超 王 翔 陈 柯
( 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 合肥 230027)
摘 要 介绍了一套基于虚拟仪器的主轴回转精度测量系统, 该系统由高精度标准球、电涡 流传感器、微机和 数据处理软件组成。软件系统基于 LabVI EW 虚拟仪器技术开发, 硬件部 分采用了 由电感涡 流传感 器等组 成的单 向测量系统, 对实验数据进行误差分离和处理评定。采 用数字 滤波方法 消除一 次偏心 分量, 在此基 础上对 数据处 理和误差评定进行了探讨, 该系统用于车床主轴 回转精度的实际测量, 取得了良好效果。
图 2 程序流程图
图 1 硬件总体框图
CWY- DO- 500 型电涡流 传感器, 灵敏度为 8mV/ Lm, 频率响应为 0~ 5kHz; YE5937 型位移测 量仪和前置器, 量程为 2mm, 位移输出为 8V/ 2m m; LBM 03- 508 增量式旋转编码器; NI 公司的 PCI6071E 数据采集卡。
for j= 2 to columns 1dc tem[ j- 1] = xlsub1cells[ i, j] 1value
nex t INSERT INT O temp t able ( test t ime,
channel1, ,,, channel80) VAL UES( : ldt t ime, ,,, : ldc
偏心在固定敏感方向的投影; Sx 为基准球表面的形 状误差; 5x 为主轴回转误差在固定敏感方向上的投 影。由于选择高精度基准球, 其形状误差可忽略, 则
式( 1) 变为:
x t = E cos( 2Pf 0 t + H0) + 5x
( 2)
偏心误差是由于测量的需要带来的, 在零件的
实际加工当中并不存在, 必须剔除该信号。通常可
n
E ri
i= 1
n
其中: x i 和 yi 分别为实际轮廓 上各等分点 Pi 的横坐标和纵坐标; n 为被测圆的等分数, 通常取双
数值, n 越大结果越精确。 ri 为 Pi 点至最小二乘圆
圆心( a, b) 的距离:
r i= ( xi- a) 2+ ( yi- b) 2 实际圆度误差为:
f = r i max - r i min 由于本实验中的主轴径向跳动误差反映在钢球 的最大轮廓的变化上, 而且钢球的加工精度比较高, 根据传感器探头直径的大小可以忽略钢球的粗糙度 的影响, 因此误差评定可以依据圆度误差的评定方 法。 在同一转速下, 用单圈评定的方法, 找到最小二 乘圆心后分别求出最小二乘圆心到轮廓上每个点的 距离, 回转误差就是其中最大距离与最小距离的差,
关键词 虚拟仪器; 误差分离; 最小二乘法; 回转精度
0 引言
随着科学实验和工业生产的规模不断扩大以及
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精度的不断提高, 人们建立大规模、自动化、智能化 电子测控系统的需求越来越迫切。虚拟仪器技术随 着计算机硬件技术的发展孕育而出。
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测量与设备
虚拟仪 器 V I( Virtual Instrument ) 是 指具有虚 器的基本功能, 又有一般仪器所没有的特殊功能的
2 系统组成
211 硬件组成 硬件总体框架如图 1 所示。主要由计算机和测
量仪器系统组成, 配置有美国 NI 公司的插入式 PCI 数据采集卡( DAQ ) 的计算机用于快速高效完成数 据采集, 取样和转换及后 期处理, 测量仪器硬件包 括:
测量与设备
有大量的 显示和分析程序库。本实验的程序 使用 L abVIEW710 编写, 共 分为 三大 模 块: ( 1) 数据 采 集; ( 2) 数据处理; ( 3) 结果显示及评定。每个模块又 有一些小的部分组成, 如图 2 所示。