多功能形位误差检测仪设计

1目录摘要……………………………………………………………3前言……………………………………………………………3第1章形状公差的概述…………………………………….41．1形状公差的概述………………………………….41．2形状公差的定义…………………………………..6第2章编程软件LabVIEW简介2．1LabVIEW概述…………………………………..102．2LabVIEW的应用………………………………..102．3LabVIEW的编程环境…………………………..112．4设计过程中常用功能简介…………………………12第3章形位误差的评定3．1直线度误差的评定……………………………...213．2圆度误差的评定………………………………..25第4章直线度和圆度检测系统设计4．1检测系统总体方案设计………………………..284．2机械系统设计计算……………………………284．3检测系统的硬件设计………………………….294．4检测系统的软件设计………………………….312附录1程序图…………………………………………....37附录2英文翻译英文原文………………………………………………..47译文…………………………………………………….58结束语………………………………………………………..72参考文献…………………………………………………743摘要：本设计多功能形位误差测量仪，通过LABVIEW虚拟仪器控制采集与进行数据处理，通过多功能数据采集卡进行采集，使数据进入计算机中，采用不同的方法评定轴类零件的直线度、圆度和同轴度，然后可以得到它们的误差值和误差曲线图。前言目前，生产现场对形位误差测试的要求不断提高，一些原有的测试手段已不能满足产品生产的需要。例如各种工件的直线度的测量，以前采用跨桥和自准直仪测出角度，再采用人工计算、作图的方法得出结论。这种方法存在两方面的不足：一是测量误差大、精度低。如从自准仪上读数时要产生误差、人工画图时要产生误差；二是劳动强度大、效率低。由于测量数据必须记录在表格中，再进行人工绘图，造成工作量大，耗费时间。多功能形位误差测量系统是一种精度高、功能多、性能稳定、测量数度快、操作简单和使用方便的形位误差测量系统。该系统可对直线度、圆度等形位误差进行测量，并且可以采用不同的方法进行评定误差。4第1章形状公差的概述1．1．概述零件在加工过程中，由于机床——夹具——刀具系统存在几何误差，以及加工中出现受力变形、热变形、震动和磨损等影响，使被加工的零件的几何要素不可避免地产生误差。这些误差包括尺寸偏差、形状误差（包括宏观几何形状误差、波形和表面粗糙度）及位置误差。图1－1零件的几何误差形状和位置误差（简称形位误差）对零件的使用功能有较大的影响。例如，孔与轴的结合，由于存在形状误差，在间隙配合中，会使间隙分布不均匀，加快局部磨损，从而降低零件的工作寿命；在过盈配合中，则使过盈量各处不一致，影响联结强度。总之，零件的形状误差对机器或仪器的工作精度、寿命等性能均有较大影响。对精密、高速、重载、高温、高压下工作的机器或仪器的影响更为突出。因此，为了满足零件装配后的功能要求，保证零件的几何要素规定必要形状和位置公差（简称形位公差）。我国先行的形位公差标准为：《形状和位置公差通则、定义、符号和图形表示法》（GB/T1182----1996）,《形状和位置公差未注公差值》（GB/T118——1996），《形状和位置公差（GB/T4249——1996）5及《形状和位置公差最大实体要求，最小实体要求和可逆要求》（GB/T16671——1996）等。零件的形状公差共14项，见表1－1。表1－1形状公差分类表为了介绍形位公差，首先对几个有关术语说明如下：构成零件几何特征的点、线、面称为要素，要素可分为：1、理想要素与实际要素（1）理想要素指具有几何学意义的要素。它是按设计要求，由图纸上给给定的点、线、面的理想状态。（2）实际要素指零件上实际存在的要素，即加工后得到的要素。通常由测得的要素来代替。由于存在测量误差，故测得要素并非该要素的真实状况。2．单一要素与关联要素按该要素与其他要素是否存在功能关系又可分为：（1）单一要素单一要素指仅对其本身给出形状公差的要素。6（2）关联要素指对其他要素有功能关系的要素，即规定位置公差的要素。1．2形状公差的定义形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差用形状公差带表达。形状公差带是限制实际要素变动的区域，零件实际要素在该区域内为合格。形状公差带包括公差带形状、方向、位置和大小等四个因素。其公差值用公差带的宽度或直径来表示，而公差带的形状、方向、位置和大小则要随要素的几何特征及功能要求而定。1．2．1各项形状公差带及其公差带尽管零件的种类繁多，但构成零件几何的要素不外乎是直线、曲线、平面。回转面和曲面等。形状公差项目有下列6项。1．直线度直线度公差用于控制直线、轴线的形状误差。根据零件的功能要求，直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和任意方向上三种情况。（1）在给定平面内其公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。（2）在给定方向上又可分为：①、给定一个方向其公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的的区域（如下图1-2所示）7图1-2②、给定两个方向其公差带是正截面为t1*t2的四棱柱内的区域（见下图1-3）图1-3当只需控制实际线某一给定方向上的形状误差时，按前者标注。而后者标注法则用于控制实际线两个给定方向上的形状误差。通常是指相互垂直的两个方向，以下相同。（3）任意方向上其公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域(如下图)，用于实际任意方向上的形状误差均需控制的情况。8图1-4标准中规定，在形位公差值前加注“”，表示其公差带为一圆柱体，当被测要素为轴线或中心平面等中心要素时，指引线的箭头应与尺寸线对齐（如上图1-4）2．圆度圆度公差带是垂直于轴线的任意正截面上半径为公差值t的两同心圆之间的区域（如下图1-5）图1-59第2章编程软件LabVIEW简介随着测试技术及大规模集成电路技术的发展，传统的电子测试仪器己从模拟技术向数字技术发展；从单台仪器向多种功能仪器的组合及系统型发展；从完全由硬件实现仪器功能向软硬结合方向发展；从功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台、功能模块及软件包形式的自动测试系统发展。同时，随着计算机技术的不断提高，现代自动测试系统正向仪器的自动化、智能化、小型化、网络化和综合化方向发展。虚拟仪器的出现给现代测试技术带来了一场革命，虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是两门学科的最新技术的结晶，融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形化软件编程于一身，实现了测量仪器的智能化、多样化、模块化和网络化，体现出多功能、低成本、应用灵活、操作方便等优点，在很多领域大有取代传统仪器的趋势，成为当代仪器发展的一个重要方向，并受到各国企业界的高度重视。所谓虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI），就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能，人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关和按键，去选用仪器功能，设置各种工作参数，启动或停止一台仪器的工作。在计算机软件控制下对输入的信号进行采集、分析、处理，测量结果（数据、波形）和仪器工作状态都可从虚拟仪器面板上读出。用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真实仪器上的操作一样直观、方便、灵活。102．1LabVIEW概述LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）的简称，是美国国家仪器公司（NATIONALINSTRUMENTSTM,简称NI）的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究和工业自动化领域广泛存在的实际任务。在20世纪80年代初计算机出现之前，几乎所有拥有程控仪器的实验室都采用贵重的仪器控制器来控制测试系统，这些功能单一、价格昂贵的仪器控制器通过一个集成通讯端口来控制总线仪器。后来，随着PC机的出现，工程师和科学家找到一种通过性能价格比高的通用PC机控制台式仪器的方法，各种基于PC机接口的板卡产品便应运而生。2．2LabVIEW的应用LabVIEW在包括航天、通讯、生物医学、电子、地球物理、机械等各个领域内得到广泛的应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，都可以发现应用LabVIEW的成果和开发产品。2．2．1LabVIEW应用于测试与测量LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、VXI、PLC串行设备和插卡数据采集板可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过Internet、ActiveX、DDE和SQL等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。112．2．2LabVIEW应用于过程控制和工业自动化LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计为过程的控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更为复杂、更专业的工业自动化领域，在LabVIEW基础上发展起来的BridgeVIEW是更好的选择。2．2．3LabVIEW应用于实验室研究与自动化LabVIEW为科学家和工程师提供功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多科学领域，可满足各种计算机和分析需要。即使在联合时域分析、小波和数字滤波器设计等高级或特殊分析场合，LabVIEW也为此提供专门的附加软件包。2．3LabVIEW的编程环境2．2．1LabVIEW模板与一般的程序相比，LabVIEW提供了三个浮动的图形化工具模板，分别是工具模板、控制模板和功能模板。这三个模板功能强大，使用方便，表示直观，是用户编程的主要工具。（1）．工具模板工具模板包括操作工具，定位工具，标注工具，连线工具，弹出菜单工具，滚动工具断点工具探针工具，颜色工具和颜色拷贝工具。通过这样的工具，就用于VI的创建、修改和调试。（2）．控件模板控件模板按功能分类，每个工具图标双包含一系列子模板。控件12模板功能强大，通过这些子模板可以找到创建程序所需的所有对象工具。使用控制模板可以给前面板增加输入控件和输出指示器。子模板包括数值子模板、布尔子模板、字符串子模板、列表和环子模板、数组和簇子模板、路径和参考名子模板、图形子模板、装饰子模板、用户控制子模板、控制子模板和AxtiveX子模板。（3）．功能模板使用功能模板可创建框图程序模板上每一个顶层图标都表示一个子模板。LabVIEW框图编程的所有函数按照功能分类都分布在功能模板的子模板里。每个子模板的内容及操作是LabVIEW编程最基本、最重要的内容。功能模板包括下列子模板：结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串子模板、数组子模板、簇子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入/输出子模板、仪器输入/输出子模板、通信子模板、数据采集子模板、分析功能子模板、示教课程子模板、高级功能子模板、选择VI子程序子模板、用户库子模板、应用控制子模板和仪器驱动子模板。通过这些功能子模板，可实现所有LabVIEW的应用功能。2．4设计过程中常用功能简介2．4．1数据类型LabVIEW的数据类型与传统编程语言中的数据类型基本相似，除了一般的数据类型之外，还有一些独特的数据类型。LabVIEW中的数据类型包括数字型(Numeric)、布尔型(即逻辑型，Boolean)和字符串型13(String)；构造数据类型包括数组和簇；其他数据类型包括枚举（RefNum）、空类型等等。数字类型的前面板对象包含在控制模板Numeric子模板中，传统的数据类型分为变量和常量两种，在某种意义上，LabVIEW的数据也