多功能形位誤差檢測儀設(shè)計(jì)

目錄HYPERLINK摘要……………3HYPERLINK前言……………3HYPERLINK第1章形狀公差的概述…….4HYPERLINK1．1形狀公差的概述………………….4HYPERLINK1．2形狀公差的定義…………………..6HYPERLINK第2章編程軟件LabVIEW簡介HYPERLINK2．1LabVIEW概述…………………..10HYPERLINK2．2LabVIEW的應(yīng)用………………..10HYPERLINK2．3LabVIEW的編程環(huán)境…………..11HYPERLINK2．4設(shè)計(jì)過程中常用功能簡介…………12HYPERLINK第3章形位誤差的評(píng)定HYPERLINK3．1直線度誤差的評(píng)定……………...21HYPERLINK3．2圓度誤差的評(píng)定………………..25HYPERLINK第4章直線度和圓度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)HYPERLINK4．1檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)………..28HYPERLINK4．2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算……………28HYPERLINK4．3檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………….29HYPERLINK4．4檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)………….31HYPERLINK附錄1程序圖…………37HYPERLINK附錄2英文翻譯HYPERLINK英文原文………………..47HYPERLINK譯文…………………….58HYPERLINK結(jié)束語………..72HYPERLINK參考文獻(xiàn)…………………74摘要：本設(shè)計(jì)多功能形位誤差測量儀，通過LABVIEW虛擬儀器控制采集與進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，使數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)中，采用不同的方法評(píng)定軸類零件的直線度、圓度和同軸度，然后可以得到它們的誤差值和誤差曲線圖。前言目前，生產(chǎn)現(xiàn)場對(duì)形位誤差測試的要求不斷提高，一些原有的測試手段已不能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。例如各種工件的直線度的測量，以前采用跨橋和自準(zhǔn)直儀測出角度，再采用人工計(jì)算、作圖的方法得出結(jié)論。這種方法存在兩方面的缺乏：一是測量誤差大、精度低。如從自準(zhǔn)儀上讀數(shù)時(shí)要產(chǎn)生誤差、人工畫圖時(shí)要產(chǎn)生誤差；二是勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。由于測量數(shù)據(jù)必須記錄在表格中，再進(jìn)行人工繪圖，造成工作量大，消耗時(shí)間。多功能形位誤差測量系統(tǒng)是一種精度高、功能多、性能穩(wěn)定、測量數(shù)度快、操作簡單和使用方便的形位誤差測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)直線度、圓度等形位誤差進(jìn)行測量，并且可以采用不同的方法進(jìn)行評(píng)定誤差。第1章形狀公差的概述1．1．概述零件在加工過程中，由于機(jī)床——夾具——刀具系統(tǒng)存在幾何誤差，以及加工中出現(xiàn)受力變形、熱變形、震動(dòng)和磨損等影響，使被加工的零件的幾何要素不可防止地產(chǎn)生誤差。這些誤差包括尺寸偏差、形狀誤差〔包括宏觀幾何形狀誤差、波形和外表粗糙度〕及位置誤差。圖1－1零件的幾何誤差形狀和位置誤差〔簡稱形位誤差〕對(duì)零件的使用功能有較大的影響。例如，孔與軸的結(jié)合，由于存在形狀誤差，在間隙配合中，會(huì)使間隙分布不均勻，加快局部磨損，從而降低零件的工作壽命；在過盈配合中，那么使過盈量各處不一致，影響聯(lián)結(jié)強(qiáng)度?？傊?，零件的形狀誤差對(duì)機(jī)器或儀器的工作精度、壽命等性能均有較大影響。對(duì)精密、高速、重載、高溫、高壓下工作的機(jī)器或儀器的影響更為突出。因此，為了滿足零件裝配后的功能要求，保證零件的幾何要素規(guī)定必要形狀和位置公差〔簡稱形位公差〕。我國先行的形位公差標(biāo)準(zhǔn)為：《形狀和位置公差通那么、定義、符號(hào)和圖形表示法》〔GB/T11821996〕,《形狀和位置公差未注公差值》〔GB/T118——1996〕，《形狀和位置公差〔GB/T4249——1996〕及《形狀和位置公差最大實(shí)體要求，最小實(shí)體要求和可逆要求》〔GB/T16671——1996〕等。零件的形狀公差共14項(xiàng)，見表1－1。表1－1形狀公差分類表為了介紹形位公差，首先對(duì)幾個(gè)有關(guān)術(shù)語說明如下：構(gòu)成零件幾何特征的點(diǎn)、線、面稱為要素，要素可分為：理想要素與實(shí)際要素理想要素指具有幾何學(xué)意義的要素。它是按設(shè)計(jì)要求，由圖紙上給給定的點(diǎn)、線、面的理想狀態(tài)。實(shí)際要素指零件上實(shí)際存在的要素，即加工后得到的要素。通常由測得的要素來代替。由于存在測量誤差，故測得要素并非該要素的真實(shí)狀況。2．單一要素與關(guān)聯(lián)要素按該要素與其他要素是否存在功能關(guān)系又可分為：〔1〕單一要素單一要素指僅對(duì)其本身給出形狀公差的要素?！?〕關(guān)聯(lián)要素指對(duì)其他要素有功能關(guān)系的要素，即規(guī)定位置公差的要素。1．2形狀公差的定義形狀公差是指單一實(shí)際要素的形狀所允許的變動(dòng)全量。形狀公差用形狀公差帶表達(dá)。形狀公差帶是限制實(shí)際要素變動(dòng)的區(qū)域，零件實(shí)際要素在該區(qū)域內(nèi)為合格。形狀公差帶包括公差帶形狀、方向、位置和大小等四個(gè)因素。其公差值用公差帶的寬度或直徑來表示，而公差帶的形狀、方向、位置和大小那么要隨要素的幾何特征及功能要求而定。1．2．1各項(xiàng)形狀公差帶及其公差帶盡管零件的種類繁多，但構(gòu)成零件幾何的要素不外乎是直線、曲線、平面。回轉(zhuǎn)面和曲面等。形狀公差工程有以下6項(xiàng)。直線度直線度公差用于控制直線、軸線的形狀誤差。根據(jù)零件的功能要求，直線度可分為在給定平面內(nèi)、在給定方向上和任意方向上三種情況。在給定平面內(nèi)其公差帶是距離為公差值t的兩平行直線之間的區(qū)域。在給定方向上又可分為：給定一個(gè)方向其公差帶是距離為公差值t的兩平行平面之間的的區(qū)域〔如以下圖1-2所示〕圖1-2給定兩個(gè)方向其公差帶是正截面為t1*t2的四棱柱內(nèi)的區(qū)域〔見以下圖1-3〕圖1-3當(dāng)只需控制實(shí)際線某一給定方向上的形狀誤差時(shí)，按前者標(biāo)注。而后者標(biāo)注法那么用于控制實(shí)際線兩個(gè)給定方向上的形狀誤差。通常是指相互垂直的兩個(gè)方向，以下相同。任意方向上其公差帶是直徑為公差值t的圓柱面內(nèi)的區(qū)域(如以下圖)，用于實(shí)際任意方向上的形狀誤差均需控制的情況。圖1-4標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在形位公差值前加注“〞，表示其公差帶為一圓柱體，當(dāng)被測要素為軸線或中心平面等中心要素時(shí)，指引線的箭頭應(yīng)與尺寸線對(duì)齊〔如上圖1-4〕圓度圓度公差帶是垂直于軸線的任意正截面上半徑為公差值t的兩同心圓之間的區(qū)域〔如以下圖1-5〕圖1-5第2章編程軟件LabVIEW簡介隨著測試技術(shù)及大規(guī)模集成電路技術(shù)的開展，傳統(tǒng)的電子測試儀器己從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)開展；從單臺(tái)儀器向多種功能儀器的組合及系統(tǒng)型開展；從完全由硬件實(shí)現(xiàn)儀器功能向軟硬結(jié)合方向開展；從功能組合向以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心構(gòu)成通用測試平臺(tái)、功能模塊及軟件包形式的自動(dòng)測試系統(tǒng)開展。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代自動(dòng)測試系統(tǒng)正向儀器的自動(dòng)化、智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和綜合化方向開展。虛擬儀器的出現(xiàn)給現(xiàn)代測試技術(shù)帶來了一場革命，虛擬儀器技術(shù)是測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是兩門學(xué)科的最新技術(shù)的結(jié)晶，融合了測試?yán)碚?、儀器原理和技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形化軟件編程于一身，實(shí)現(xiàn)了測量儀器的智能化、多樣化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化，表達(dá)出多功能、低本錢、應(yīng)用靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢，成為當(dāng)代儀器開展的一個(gè)重要方向，并受到各國企業(yè)界的高度重視。所謂虛擬儀器〔VirtualInstrument，簡稱VI〕，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)的屏幕上虛擬出儀器的面板以及相應(yīng)的功能，人們通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關(guān)和按鍵，去選用儀器功能，設(shè)置各種工作參數(shù)，啟動(dòng)或停止一臺(tái)儀器的工作。在計(jì)算機(jī)軟件控制下對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行采集、分析、處理，測量結(jié)果〔數(shù)據(jù)、波形〕和儀器工作狀態(tài)都可從虛擬儀器面板上讀出。用戶在屏幕上通過虛擬儀器面板對(duì)儀器的操作如同在真實(shí)儀器上的操作一樣直觀、方便、靈活。2．1LabVIEW概述LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境〔LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench〕的簡稱，是美國國家儀器公司〔NATIONALINSTRUMENTS,簡稱NI〕的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、開展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過程監(jiān)控和自動(dòng)測試是實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛存在的實(shí)際任務(wù)。在20世紀(jì)80年代初計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，幾乎所有擁有程控儀器的實(shí)驗(yàn)室都采用貴重的儀器控制器來控制測試系統(tǒng)，這些功能單一、價(jià)格昂貴的儀器控制器通過一個(gè)集成通訊端口來控制總線儀器。后來，隨著PC機(jī)的出現(xiàn)，工程師和科學(xué)家找到一種通過性能價(jià)格比高的通用PC機(jī)控制臺(tái)式儀器的方法，各種基于PC機(jī)接口的板卡產(chǎn)品便應(yīng)運(yùn)而生。2．2LabVIEW的應(yīng)用LabVIEW在包括航天、通訊、生物醫(yī)學(xué)、電子、地球物理、機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用LabVIEW的成果和開發(fā)產(chǎn)品。2．2．1LabVIEW應(yīng)用于測試與測量LabVIEW已成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過GPIB、VXI、PLC串行設(shè)備和插卡數(shù)據(jù)采集板可以構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫，同時(shí)還支持通過Internet、ActiveX、DDE和SQL等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測試與測量任務(wù)變得簡單易行。2．2．2LabVIEW應(yīng)用于過程控制和工業(yè)自動(dòng)化LabVIEW強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過程的控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。對(duì)于更為復(fù)雜、更專業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在LabVIEW根底上開展起來的BridgeVIEW是更好的選擇。2．2．3LabVIEW應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化LabVIEW為科學(xué)家和工程師提供功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)學(xué)分析庫，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多科學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計(jì)算機(jī)和分析需要。即使在聯(lián)合時(shí)域分析、小波和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等高級(jí)或特殊分析場合，LabVIEW也為此提供專門的附加軟件包。2．3LabVIEW的編程環(huán)境2．2．1LabVIEW模板與一般的程序相比，LabVIEW提供了三個(gè)浮動(dòng)的圖形化工具模板，分別是工具模板、控制模板和功能模板。這三個(gè)模板功能強(qiáng)大，使用方便，表示直觀，是用戶編程的主要工具?！?1\*Arabic1〕．工具模板工具模板包括操作工具，定位工具，標(biāo)注工具，連線工具，彈出菜單工具，滾開工具斷點(diǎn)工具探針工具，顏色工具和顏色拷貝工具。通過這樣的工具，就用于VI的創(chuàng)立、修改和調(diào)試?！?2\*Arabic2〕．控件模板控件模板按功能分類，每個(gè)工具圖標(biāo)雙包含一系列子模板?？丶０骞δ軓?qiáng)大，通過這些子模板可以找到創(chuàng)立程序所需的所有對(duì)象工具。使用控制模板可以給前面板增加輸入控件和輸出指示器。子模板包括數(shù)值子模板、布爾子模板、字符串子模板、列表和環(huán)子模板、數(shù)組和簇子模板、路徑和參考名子模板、圖形子模板、裝飾子模板、用戶控制子模板、控制子模板和AxtiveX子模板。〔=3\*Arabic3〕．功能模板使用功能模板可創(chuàng)立框圖程序模板上每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。LabVIEW框圖編程的所有函數(shù)按照功能分類都分布在功能模板的子模板里。每個(gè)子模板的內(nèi)容及操作是LabVIEW編程最根本、最重要的內(nèi)容。功能模板包括以下子模板：結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運(yùn)算子模板、布爾邏輯子模板、字符串子模板、數(shù)組子模板、簇子模板、比擬子模板、時(shí)間和對(duì)話框子模板、文件輸入/輸出子模板、儀器輸入/輸出子模板、通信子模板、數(shù)據(jù)采集子模板、分析功能子模板、示教課程子模板、高級(jí)功能子模板、選擇VI子程序子模板、用戶庫子模板、應(yīng)用控制子模板和儀器驅(qū)動(dòng)子模板。通過這些功能子模板，可實(shí)現(xiàn)所有LabVIEW的應(yīng)用功能。2．4設(shè)計(jì)過程中常用功能簡介2．4．1數(shù)據(jù)類型LabVIEW的數(shù)據(jù)類型與傳統(tǒng)編程語言中的數(shù)據(jù)類型根本相似，除了一般的數(shù)據(jù)類型之外，還有一些獨(dú)特的數(shù)據(jù)類型。LabVIEW中的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)字型(Numeric)、布爾型(即邏輯型，Boolean)和字符串型(String)；構(gòu)造數(shù)據(jù)類型包括數(shù)組和簇；其他數(shù)據(jù)類型包括枚舉〔RefNum〕、空類型等等。數(shù)字類型的前面板對(duì)象包含在控制模板Numeric子模板中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型分為變量和常量兩種，在某種意義上，LabVIEW的數(shù)據(jù)也可以這么分，Numeric子模板中的前面板對(duì)象就相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語言中的數(shù)字變量，。LABVIEW的子模板包括多種不同形式的控制和指示，它們的外觀各不相同，人數(shù)字量、滾動(dòng)條、水箱、溫度計(jì)、旋鈕、表頭、刻度盤以及顏色框等，但本質(zhì)是完全相同的，都是數(shù)字型，只是外觀不同而已。在LabVIEW中布爾弄數(shù)據(jù)即邏輯型數(shù)據(jù)，它的值為真(true)或假(false)，或者為1或0。布爾型前面板對(duì)象包含在控制模板Boolean子模板中。模板中有不同有布爾前面板對(duì)象，如不同形狀的按鈕、指示燈和開關(guān)等，這都是從實(shí)際儀器的開關(guān)、按鈕演化來的，十分形象。采用布爾按鈕可以設(shè)計(jì)出逼真的虛擬儀器前面板。與數(shù)字類型相似，這些不同的布爾控制也是外觀不同，內(nèi)涵相同，都是布爾型，只有0和1兩個(gè)值。2．4．2結(jié)構(gòu)For循環(huán)是LabVIEW最根本的結(jié)構(gòu)之一，它執(zhí)行指定次數(shù)的循環(huán)，相當(dāng)于Ｃ語言中的For循環(huán)：For(i=0;i<N;i++){}LabVIEW中的For循環(huán)可從框圖功能模板FunctionStructure子模板中創(chuàng)立。大多數(shù)情況下，用戶使用For循環(huán)處理數(shù)組。這是因?yàn)長abVIEW已經(jīng)知道了元素的個(gè)數(shù)，而且自動(dòng)變址功能會(huì)為用戶自動(dòng)處理迭代：用戶所要做的所有事情是將數(shù)組裝入循環(huán)，迭代次數(shù)會(huì)與數(shù)組中的元素的個(gè)數(shù)相等。移位存放器〔Register〕和框架通道〔Channel〕兩個(gè)獨(dú)具特色的新概念。移位存放器的功能是將第i-1,i-2,i-3…次循環(huán)的計(jì)算結(jié)果保存在FOR循環(huán)的緩沖區(qū)內(nèi)，并在第i次循環(huán)時(shí)將這些數(shù)據(jù)從循環(huán)框架左側(cè)的移位存放器中送出，供循環(huán)框架內(nèi)的節(jié)點(diǎn)使用。在循環(huán)框架上的右鍵彈出菜單中選擇AddShitRegister創(chuàng)立。框架通道是For循環(huán)與循環(huán)外部數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)通道，其功能是在For循環(huán)開始運(yùn)行前，將循環(huán)外其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送至循環(huán)內(nèi)，供循環(huán)框架內(nèi)的節(jié)點(diǎn)使用。還可以在For循環(huán)運(yùn)行結(jié)束時(shí)將循環(huán)框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送至循環(huán)外，供循環(huán)外的節(jié)點(diǎn)使用。用連線工具將數(shù)據(jù)連線從循環(huán)框架內(nèi)直接拖至循環(huán)框架外，LabVIEW會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)框架通道。框架通道有兩面三刀種屬性：有索引(EnableIndexing)和無索引(DisableIndexing).For循環(huán)執(zhí)行的是包含在循環(huán)框架內(nèi)的程序節(jié)點(diǎn)。其重復(fù)端口相當(dāng)于C語言For中的I，初始值為0，每次循環(huán)遞增步長為1。而且，重復(fù)端口的初始和步長在LabVIEW中是固定不變的，假設(shè)要用到不同的初始值或步長，可對(duì)重復(fù)端口產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算，也可用到移位存放器來實(shí)現(xiàn)。CASE選擇結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于C語言中的switch語句：switch(表達(dá)式){case常量表達(dá)式1：語句1；case常量表達(dá)式2：語句2；case常量表達(dá)式n：語句n；default：語句n+1；}在某種意義上還相當(dāng)于C語言的if語句：if(條件判斷表達(dá)式){}else{}語句選擇結(jié)構(gòu)可從框圖程序中的功能模板FunctionStructure中創(chuàng)立。最根本的選擇結(jié)構(gòu)是由選擇框架〔CaseFrame〕、選擇端口〔SelectionTerminal〕、框架標(biāo)識(shí)符(DiagramIdentifier)以及遞增/遞減按鈕(Increment/DecrementButton)組成。在選擇結(jié)構(gòu)中，選擇端口相當(dāng)于上述C語言Switch語句中的“表達(dá)式〞，框圖表示符相當(dāng)于“表達(dá)式n〞。編程時(shí)，將外部控制條件連接至選擇端口上，程序運(yùn)行時(shí)，選擇端口會(huì)判斷送來的控制條件，引導(dǎo)選擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)框架中的內(nèi)容。為與選擇框架外交換數(shù)據(jù)，選擇結(jié)構(gòu)也有框架通道。選擇結(jié)構(gòu)的邊框通道與For循環(huán)相類似，但有其自身特點(diǎn)。當(dāng)外部數(shù)據(jù)連接到選擇框架上供其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)使用時(shí)，選擇結(jié)構(gòu)的每一個(gè)子框架都能從該通道中獲得輸入的外部數(shù)據(jù)；中選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)部的數(shù)據(jù)需通過框架通道送至外部時(shí)，必需在每一個(gè)子框架中都連接一個(gè)同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)到同一個(gè)框架通道上。這主要是因?yàn)檫x擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行時(shí)是根據(jù)外部控制條件從其所有的子框架中選擇其一執(zhí)行的，子框架選擇非此即彼，所以每一個(gè)子框架都必需連接一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于一個(gè)框架通道，一個(gè)子框架中如果沒有連接數(shù)據(jù)，那么在根據(jù)控制執(zhí)行到這個(gè)子框架時(shí)，框架通道便沒有向外輸出數(shù)據(jù)來源程序就會(huì)出錯(cuò)。LabVIEW選擇結(jié)構(gòu)與其他語言的選擇結(jié)構(gòu)相比，簡潔明了，結(jié)構(gòu)簡單，不但相當(dāng)于Switch語句，還可以實(shí)現(xiàn)if…else語句功能。2．4．3數(shù)學(xué)運(yùn)算LabVIEW的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能主要由功能模板Numeric子模板中的節(jié)點(diǎn)完成。Numeric模板由根本的數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，類型轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)、三角函數(shù)節(jié)點(diǎn)、對(duì)數(shù)節(jié)點(diǎn)復(fù)數(shù)節(jié)點(diǎn)和附加常數(shù)節(jié)點(diǎn)組成。根本數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)不僅實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等根本運(yùn)算，還可以實(shí)現(xiàn)求整、開方、求冪、數(shù)組求和、求積和復(fù)合運(yùn)算等功能。根本運(yùn)算節(jié)點(diǎn)支持?jǐn)?shù)值輸入。但與一般編程語言提供的運(yùn)算符相比，LabVIEW的數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)功能更強(qiáng)，使用更靈活，它不僅支持單一的數(shù)值量輸入，還可以支持處理同類型的復(fù)合型數(shù)值量，比方由數(shù)值量構(gòu)成的數(shù)組、簇和簇?cái)?shù)組等。數(shù)值類型包括浮點(diǎn)數(shù)、整數(shù)和復(fù)數(shù)。模板中的Trigonometric子模板可實(shí)現(xiàn)各種三角函數(shù)運(yùn)算，該模板中的節(jié)點(diǎn)均心為弧度為單位。節(jié)點(diǎn)的輸入可以是數(shù)字標(biāo)量、數(shù)字量的數(shù)組或簇、數(shù)字量的簇的數(shù)組。該模板包括了大部份常用三角函節(jié)點(diǎn)，如sinx、coax、tanx、arcsinx、sinc等。根本運(yùn)算模板還可以通過類型轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)在各種不同的數(shù)據(jù)類型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過對(duì)數(shù)節(jié)點(diǎn)和復(fù)數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)數(shù)與復(fù)數(shù)的運(yùn)算。2．4．4比擬運(yùn)算比擬運(yùn)算就是通常所說的關(guān)系運(yùn)算，比擬運(yùn)算節(jié)點(diǎn)包含在Comparison子模板中。中LabVIEW中可以進(jìn)行以下幾種類型的比擬：數(shù)字值的比擬、布爾值的比擬字符串的比擬以用簇的比擬。比擬節(jié)點(diǎn)在比擬兩個(gè)數(shù)字值時(shí)，會(huì)先將其轉(zhuǎn)換為同要類型的數(shù)字。兩個(gè)布爾值比擬時(shí)，Ture比False值大。字符串的比擬是按照字符在ASCII表中的等價(jià)數(shù)字進(jìn)行比擬的。2．4．5數(shù)組創(chuàng)立一個(gè)數(shù)組，可從控制模板中的Array&Cluster子模板中創(chuàng)立。但這時(shí)只不過是一個(gè)數(shù)組框架，不包含任何內(nèi)容，再根據(jù)需要將相應(yīng)數(shù)據(jù)類型的前面板對(duì)象放入數(shù)組框架中，更得所需的數(shù)組類型。當(dāng)有一串?dāng)?shù)據(jù)需要處理時(shí)，它們很可能是一個(gè)數(shù)組，大多數(shù)的數(shù)組是一維數(shù)組，少數(shù)是二維數(shù)組，極少數(shù)為三維數(shù)組。在LabVIEW上可以創(chuàng)立數(shù)字類型、字符串類型、布爾類型以及其他任何數(shù)據(jù)類型的數(shù)組。數(shù)組常由LOOP循環(huán)來創(chuàng)立，其中，其中For循環(huán)是最正確的，因?yàn)樵谘h(huán)開始時(shí)它已經(jīng)分配好了內(nèi)存。數(shù)組是LabVIEW中常用的數(shù)據(jù)類型之一，與其他編程語言相比，LabVIEW中的數(shù)組更加靈活，獨(dú)具特色。數(shù)組由三部份組成：數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)索引和數(shù)據(jù)。另外，數(shù)組在創(chuàng)立之初都是一維數(shù)組，如果要用到二維以上的數(shù)組，用鼠標(biāo)在索引顯示的左下角向下拖動(dòng)，或者在數(shù)組的右鍵彈出菜單中選擇AddDimension即可添加數(shù)組維數(shù)。對(duì)于一個(gè)數(shù)組進(jìn)行操作，無非是求數(shù)組的長度、對(duì)數(shù)、對(duì)數(shù)據(jù)排序、取出數(shù)組中的元素、替換數(shù)組中的元素或初始化數(shù)組等各種運(yùn)算。傳統(tǒng)語言編程主要依靠各種數(shù)組函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算，而在LabVIEW中，這些函數(shù)是以功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)形式表現(xiàn)的。下面介紹一下常用的功能：(1).ArraySize返回輸入數(shù)組的長度。其輸入為一個(gè)n維數(shù)組，輸出為該數(shù)組各維包含元素的個(gè)數(shù)。(2)．IndexArray返回輸入數(shù)組中由輸入索引指定的元素。當(dāng)輸入數(shù)組為一維數(shù)組時(shí)，節(jié)點(diǎn)返回的是數(shù)組中與輸入索引對(duì)應(yīng)的元素。當(dāng)輸入數(shù)組是n維數(shù)組時(shí)，索引端口〔IndexTerminals〕的個(gè)數(shù)必需與數(shù)組的維數(shù)相對(duì)應(yīng)(3).ReshapeArray改變數(shù)組的維數(shù)。輸出數(shù)組的維數(shù)由節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)左側(cè)demissionsize端口的個(gè)數(shù)決定。如把一個(gè)一維數(shù)組轉(zhuǎn)換成二維數(shù)組。(4).InitializeArray初始化數(shù)組。節(jié)點(diǎn)的輸入輸出端口與數(shù)組的定義有關(guān)。數(shù)組的維數(shù)由節(jié)點(diǎn)左側(cè)dimensionsize端口的個(gè)數(shù)決定，數(shù)組中所有元素都相同，均等于輸入的element值。(5).BuildArray建立一個(gè)新數(shù)組。節(jié)點(diǎn)將從左側(cè)端口輸入的元素功數(shù)組按從上到下的順序組成一個(gè)新數(shù)組。(6).Search1DArray搜索指定元素在一維數(shù)組中的位置。由startindex端口指定開始搜索的位置，當(dāng)前數(shù)組指定位置后的那部份元素中沒有元素時(shí)，節(jié)點(diǎn)返回；假設(shè)該元素存在，那么返回元素所在的位置。(7).ArrayMax&Min返回輸入數(shù)組中的最大值和最小值，以及它們?cè)跀?shù)組中所在的位置。數(shù)組可以是任意維的，當(dāng)數(shù)組中有多個(gè)元素同為最大值或最小值時(shí)，節(jié)點(diǎn)只返回第一個(gè)最大值或最少值所在的位置。2．4．6波形顯示控件LabVIEW是以模擬真實(shí)儀器操作面板提供了強(qiáng)在的交互式界面設(shè)計(jì)功能。傳統(tǒng)的儀器儀表中，除了最簡單的數(shù)碼顯示外，能夠顯示測量信號(hào)波形和儀器工作狀態(tài)的CRT熒光屏正在廣泛應(yīng)用，包括數(shù)字示波器、頻譜分析儀和邏輯分析儀等，這些高級(jí)的儀器都必需具備實(shí)時(shí)圖形顯示能力。一幅精心設(shè)計(jì)的畫面為用戶提供的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過完全由數(shù)字或文字組成的報(bào)告。因此能夠?qū)⒋罅繙y量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為意義明確的顯示曲線或三維圖形的控件是設(shè)計(jì)虛擬儀器所必需的。按照處理測量數(shù)據(jù)的方式和顯示過程的不同，LabVIEW波形顯示控件主要分為兩大類，一類為事后記錄呼〔Graph〕,另一類為實(shí)時(shí)趨勢圖〔Chart〕，這兩類控件都是用來對(duì)波形或圖形進(jìn)行顯示的，它們的區(qū)別在于兩面三刀者的數(shù)據(jù)組織方式及波形刷新方式不，同。結(jié)于事后記錄圖Graph方式來說，它的根本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組，也就是就Graph顯示是將構(gòu)成數(shù)組的全部測量數(shù)據(jù)一次顯示完成；而實(shí)時(shí)趨勢圖Chart方式是實(shí)時(shí)顯示一個(gè)或幾個(gè)測量數(shù)據(jù)，而且新接收數(shù)據(jù)點(diǎn)要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。它的根本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)標(biāo)量，也可以是數(shù)組。顯示控件包括事后記錄波形控件(WaveFormGraph)、實(shí)時(shí)趨勢圖控件(WaveFormChart)、XY波形記錄控件〔XYGraph〕、密度圖形顯示控件(IntensityGraph)、密度趨勢控件(IntensityChart)等XY波形記錄控制器〔XYGraph〕是一次完成波形顯示刷新，XY波形記錄控件在波形顯示的同時(shí)還反映測量點(diǎn)X、Y值的變化，所以它的輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)數(shù)組打包構(gòu)成的簇，簇的每一對(duì)數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)一個(gè)顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)。第3章形位誤差的評(píng)定3．1直線度誤差的評(píng)定形狀誤差的評(píng)定，既要考慮使用者的要求，又要考慮制造者的可能。即不但要規(guī)定使用者驗(yàn)收的工程和公差，而且要為制造者提供進(jìn)行工藝誤差分析的檢驗(yàn)頂目和公差，從而把制造和使用有機(jī)地結(jié)合起來。給定平面內(nèi)直線度誤差的評(píng)定方法最小包容區(qū)域法參看圖3－1，根據(jù)給定平面內(nèi)直線度公差帶的形狀，由兩條平行直線包容實(shí)際被測直線S時(shí)，成“高－低－高〞三極點(diǎn)相間接觸，那么這兩條平行直線之間的區(qū)域就是最小包容區(qū)域U〔簡稱最小區(qū)域〕這稱為給定平面內(nèi)直線度誤差最小區(qū)域判別準(zhǔn)那么。直線度的誤差就是寬度fMZ。圖3－1最小二乘中線法參看圖3－2，最小二乘中線L是一條穿過被測直線S的理想直線，它所處的位置使實(shí)際被測直線上各點(diǎn)至它的平方之和為最小。以該理想直線作為評(píng)定基準(zhǔn)，取測得各點(diǎn)相對(duì)于它的偏離值中的最大偏離值hmax與最小偏離值hmin之差fLS作為直線度誤差。在它下面的測點(diǎn)的偏離值取負(fù)值，即fLS＝hmax-hmin。圖3－2兩端點(diǎn)連線法參看圖3－3，以實(shí)際被測直線S的首、末兩端點(diǎn)B和E的連線lBE作為評(píng)定基準(zhǔn)，取測得各點(diǎn)相對(duì)與它的偏離值的最大偏離值hmax與最小偏離值hmin之差fBE作為直線度誤差值。在它上面的測點(diǎn)的偏離值取正值；在它下面的偏離值取負(fù)值，即fBE=hmax-hmin。圖3－3任意方向的直線度誤差的評(píng)定方法最小包容區(qū)域法根據(jù)任意方向直線度公差帶的形狀，由圓柱面包容實(shí)際被測直線時(shí)，其中具有最小直徑fMZ的圓柱內(nèi)的區(qū)域就是最小區(qū)域。該圓柱面的直徑即為符合定義的誤差值。圖3－4如下：圖3－4最小二乘中線法參看圖3－5，用軸線平行于實(shí)際被測軸線S的二乘中線lLS的圓柱面包容該實(shí)際被測軸線時(shí)，取其中具有最小直徑的圓柱面的直徑fLS作為誤差值。具有最小直徑的圓柱面與實(shí)際被測軸線的接觸有兩點(diǎn)接觸和三點(diǎn)接觸兩種形式，如圖3－5所示：圖3－5ab兩點(diǎn)接觸形式〔見圖a〕是指實(shí)際被測軸線上各測點(diǎn)在垂直于最小中線的平面上的投影，由以相距最遠(yuǎn)兩點(diǎn)的連線為直徑的圓所包容；三點(diǎn)接觸形式是指各測點(diǎn)的投影由以相距最遠(yuǎn)三點(diǎn)的銳角的三角形的外接圓所包容。兩端點(diǎn)聯(lián)線法參看圖3－6，用軸線平行于實(shí)際被測軸線S兩端點(diǎn)連線lBE的圓柱面包容該實(shí)際被測軸線時(shí)，取其中具有最小直徑的圓柱面的直徑fBE作為誤差指。具有最小直徑的圓柱面與該實(shí)際被測軸線的接觸有兩點(diǎn)接觸和三點(diǎn)接觸兩種形式。圖3－63．2圓度誤差的評(píng)定圓度誤差的評(píng)定方法最小二乘圓法最小二乘圓是一個(gè)穿過實(shí)際被測輪廓的園，它所處的位置使實(shí)際被測輪廓上各測點(diǎn)至它的距離的平方之和為最小。其圓心稱為最小二乘圓圓心。參看圖3－7，圖3－7測量中心O為測量實(shí)際被測輪廓時(shí)所采用的坐標(biāo)系的，令最小二乘圓圓心的直角坐標(biāo)為G〔a，b〕，按直角坐標(biāo)系獲得實(shí)際被測輪廓上各測點(diǎn)的坐標(biāo)為Pi(xi，yi)，按極坐標(biāo)系獲得實(shí)際被測輪廓上各測點(diǎn)的坐標(biāo)為Pi(ri，)，那么最小二乘圓圓心的坐標(biāo)值a和b按下式計(jì)算：式中n——測點(diǎn)數(shù)目。最小二乘圓的半徑R按下式計(jì)算：R＝取最大二乘圓圓心至實(shí)際被測輪廓的最大距離Rmax與最小距離Rmin之差作為圓度誤差值fLS，即fLS=Rmax-Rmin。最小外接圓法最小外接圓是指外接于軸的實(shí)際被測輪廓的可能最小圓，如圖3－8所示。其圓心O稱為最小外接圓圓心。由最小外接圓包容實(shí)際被測輪廓時(shí)，實(shí)際被測輪廓上有兩個(gè)測點(diǎn)與該圓接觸，而由這兩點(diǎn)連成直徑恰為該圓的直徑〔圖3－8a〕;或者實(shí)際被測輪廓上有三個(gè)測點(diǎn)與該圓接觸，而這三點(diǎn)連成一個(gè)銳角，該圓圓心位于此三角形內(nèi)〔見圖4－10b〕。取最小外接圓圓心至實(shí)際被測輪廓的最大距離〔即最小外接圓半徑〕R與最小距離Rmin之差作為園度誤差值fmc,即fmc=R-Rminab圖3－8第4章直線度和圓度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)4．1檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)采用了以微型計(jì)算機(jī)為核心的測量系統(tǒng)，位移測量用位移傳感，被測工件與電機(jī)1同軸安裝，測頭與位移傳感器安裝在可升降調(diào)整的絲杠上，在徑向測量力的作用下與被測工件保持接觸，兩路信號(hào)經(jīng)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換送進(jìn)微型計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由軟件程序處理計(jì)算得到各項(xiàng)誤差。其總體設(shè)計(jì)方案示意圖如以下圖所示。4．2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)主要有底座〔帶導(dǎo)軌〕、擺線輪定位夾緊裝置、擺線輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、橫向拖板絲杠副、縱向升降調(diào)整裝置及電機(jī)、傳感器定位夾緊裝置。設(shè)計(jì)計(jì)算主要由同組的另一位同學(xué)完成，在此不再贅述。4．3檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4．3．1PCI2003數(shù)據(jù)采集卡說明介紹PCI2003卡是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。PCI2003板上裝有12Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。為用戶提供了8雙/16單的模擬輸入通道和2路模擬輸出通道。輸入信號(hào)幅度可以經(jīng)程控增益儀表放大器調(diào)到適宜的范圍，保證最正確轉(zhuǎn)換精度。程控增益可選擇1、2、4、8〔PGA203〕或1、10、100、1000〔PGA202〕倍，A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍:±5V、±10V、0~10V，D/A轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍:±5V、±10V、0~10V。二、主要元件布局圖1937RP1RP3RP4RP5XF6RP6RP7XF7RP8XF8AD1674XF1XF212AD1674XF9XF3XF4XS2XS1192012DC-DCDC-DC20XF5XS31XF101920PCI插頭4．3．2傳感器的選擇測量可分為接觸式測量和非接觸式測量，如采用接觸式測量，測頭與被測工件之間的摩擦?xí)绊憸y量效果，而非接觸式測量那么不會(huì)出現(xiàn)這種情況，但考慮到經(jīng)濟(jì)問題，如選擇非接觸式傳感器如激光傳感器，在大量程測量時(shí)，傳感器的價(jià)格在十幾萬左右，所以我們綜合考慮還是選擇了接觸式測量，位移傳感器最終選擇了DA-5型直流差動(dòng)變壓器位移傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)：1、測量范圍：±5mm2、線性度：<0.05%3、工作電源：±12v4、額定信號(hào)輸出：±5v5、測量系統(tǒng)分辨率：1μm4．4檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4．4．1直線度的程序設(shè)計(jì)〔1〕用兩端點(diǎn)評(píng)定法測平面直線度首先從數(shù)據(jù)采集卡的得到直線度的測點(diǎn)偏差和測點(diǎn)的橫坐標(biāo)，然后根據(jù)首末兩端點(diǎn)的坐標(biāo)B〔〕和(),求出兩端點(diǎn)的連線lBE的方程系數(shù)c和g：xB然后，由各測點(diǎn)的坐標(biāo)值用下式變換為他們相對(duì)于的新坐標(biāo)值：求出中的最大值與最小值，以他們之差作為直線度誤差值。根據(jù)這種思路，在程序中用了四個(gè)indexarray和兩個(gè)rotate1Darray來別離出首末兩端點(diǎn)的坐標(biāo)和偏差，然后根據(jù)上式的公式通過labview的運(yùn)算符號(hào)來求出c和g，以及hi,再通過arrayMax&Min來別離出最大值和最小值，再相減就是直線度的誤差了；把x坐標(biāo)和z坐標(biāo)用Bundle打包，輸入圖形控件就是直線度的偏差圖了。具體程序參見附件。用最小包容區(qū)域法測直線度最小包容區(qū)域法是根據(jù)高－低－高的原那么來編程實(shí)現(xiàn)的，同樣從數(shù)據(jù)采集卡得到偏差和坐標(biāo)，然后用arrayMax&Min來別離出最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，再DeleteFromarray來去掉最高點(diǎn)，然后再用arrayMax&Min來找出極高點(diǎn)，然后利用點(diǎn)到直線的距離的公式通過編程求出距離，那么它們的距離就是直線度的誤差了，至于偏差圖同上，具體程序參見附件。用最小二乘中線法測平面直線度對(duì)于實(shí)際平面直線上的各點(diǎn)Pi,其位置可由xi，yi(i=1，2，···，m)確定，其中xi表示測點(diǎn)位置，yi表示測點(diǎn)的偏差值，可以求出最小二乘直線：yi＝a+gxi(i=1,2,···，m)的兩個(gè)參數(shù)。適當(dāng)?shù)眠x取坐標(biāo)原點(diǎn)，使，那么得：其中a為截距，g為斜率。在此程序中由于很多個(gè)求和，所以用了六個(gè)for循環(huán)，來求到首末兩端點(diǎn)，然后再利用求兩端點(diǎn)得方法來求得誤差。(4)用最小二乘法測軸線度根據(jù)被測軸線的分段數(shù)n〔即測點(diǎn)數(shù)目為n+1〕和各測點(diǎn)的坐標(biāo)〔〕,按最小二乘原理求出該被測軸線的最小二乘中線lLS的方程系數(shù)a，b，c，g：式中i為測點(diǎn)序號(hào)，i=0，1，2，3，···，n。然后，由各測點(diǎn)的坐標(biāo)〔〕按下式分別求出它們至最小二乘中線的距離Ri。找出hi中的最大值hmax，那么最小直徑包容圓柱面的的直徑￠即為被測軸線的直線度誤差值。在程序中用了三個(gè)For循環(huán)，第一個(gè)控制角度，第二個(gè)求出xi和yi得坐標(biāo)，第三個(gè)求出zi得坐標(biāo)，然后再求出上面的a，b，c，g和hi各值，再利用arrayMax&Min來求出最大值，即為誤差值，具體程序參見附件。〔5〕用兩端點(diǎn)連線法測軸線度根據(jù)被測軸線的始端點(diǎn)的坐標(biāo)B〔〕和末端點(diǎn)的坐標(biāo)E〔〕,求出兩端點(diǎn)連線的方程系數(shù)a,b,c,g：然后由其余各測點(diǎn)的坐標(biāo)〔〕分別求出它們至兩端點(diǎn)B和E的連線的距離hi：找出hi中的最大值hmax，那么最小直徑包容圓柱面的的直徑￠即為被測軸線的直線度誤差值。該程序的前面與上一程序大概類同，也是用了三個(gè)For循環(huán)來求出三坐標(biāo)，然后再根據(jù)上面的公式求出a，b，c，g，和hi的值,再求出最大值，即為誤差值。具體程序參見附件?！?〕用最小二乘法測圓度首先通過編程來求出最小二乘圓圓心，最小二乘圓圓心的坐標(biāo)值a和b按下式計(jì)算：式中n——測點(diǎn)數(shù)目。最小二乘圓的半徑R按下式計(jì)算：R＝取最大二乘圓圓心至實(shí)際被測輪廓的最大距離Rmax與最小距離Rmin之差作為圓度誤差值fLS，即fLS=Rmax-Rmin。在程序中首先用一個(gè)For循環(huán)來求出角度，然后再求出xi和yi的坐標(biāo)，再用一個(gè)For循環(huán)求出a，b和R的值，然后利用兩點(diǎn)的距離之和的公式求出每個(gè)測點(diǎn)到最小二乘圓心的距離，再用arrayMax&Min來別離出最大值和最小值，它們之差就是誤差值。畫圖只需把x坐標(biāo)和y坐標(biāo)打包就可以了。具體程序見附件。〔7〕用最小外接圓法測圓度首先用兩點(diǎn)距離的公式求出每兩個(gè)測點(diǎn)的距離,然后用arrayMax&Min別離出最大值,也就是最大的外接圓,然后求出原點(diǎn)到測點(diǎn)的距離再找到最小的值,把剛剛的直徑除以2就是半徑,把最大值與小值相減就是誤差了。它的程序與上面的相同。4．4．5數(shù)據(jù)采集程序、主程序及儀器前面板的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備采用北京迪陽科技公司的PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集程序主要是調(diào)用原有的演示程序包，兩通道同時(shí)采集數(shù)據(jù)，再加進(jìn)一些信號(hào)處理子模塊，最終輸出的數(shù)據(jù)為測點(diǎn)偏差。采用連續(xù)采集數(shù)據(jù)的方法，在采集程序中使用的是順序結(jié)構(gòu)，先連續(xù)采集數(shù)據(jù)，再截取一個(gè)周期數(shù)據(jù)，要得到完整的一周期數(shù)據(jù)，首先要保證采集的數(shù)據(jù)大于一個(gè)周期。得到數(shù)據(jù)后再將它們進(jìn)行處理，以便輸出的數(shù)據(jù)可以在子程序中直接利用，詳細(xì)程序見附件。主程序的功能是協(xié)調(diào)管理其它各個(gè)模塊，并將各子程序有機(jī)地組合起來，形成一個(gè)完整的虛擬直線度圓度誤差檢測儀軟件。將上述的數(shù)據(jù)采集程序、不同的方法評(píng)定直線度和圓度的誤差處理程序設(shè)為〔SubVI〕,在主程序中調(diào)用，將它們連接好線路，并進(jìn)行必要的輸入及輸出控制設(shè)置，詳細(xì)程序見附件。儀器前面板的設(shè)計(jì)是指在虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)上，利用各種子模板圖標(biāo)創(chuàng)立用戶界面。LabVIEW提供了非常豐富的界面控件對(duì)象，可以方便地設(shè)計(jì)出生動(dòng)、直觀、操作方便的用戶界面。我們將主程序的前面板作為儀器的操作面板，通過設(shè)計(jì)，直線度和圓度的誤差檢測儀的操作面板如下圖。附錄一以下是各程序的前面板或后面板：主程序前面板主程序程序圖主程序流程圖數(shù)據(jù)采集卡子程序兩端點(diǎn)評(píng)定平面直線度最小包容區(qū)域法評(píng)定平面直線度用最小包容區(qū)域法測平面直線度最小包容區(qū)域法評(píng)定平面直線度的流程圖最小二乘法評(píng)定平面直線度兩端點(diǎn)法評(píng)定軸線度用最小二乘法評(píng)定圓度用兩端點(diǎn)法評(píng)定圓度附錄二英文翻譯英文原文UsingNI-VISA3.0toControlYourUSBDeviceThistutorialismeantasastartingpointforusingNI-VISAtocommunicatewithaUSBdevice.ItisnotintendedasastartingpointforlearningaboutUSBarchitectureorthevariousprotocolsusedinUSBcommunication.Afterreadingthistutorial,youshouldbeabletoinstallaUSBdeviceanduseNI-VISAtocommunicatewiththatdevice,aslongasyouunderstandthedevicecommunicationprotocol.TableofContents:1.USBandVISABackground2.ConfiguringNI-VISAtoControlYourUSBDevice3.UsingNI-VISAtoCommunicatewithYourUSBDeviceUSBandVISABackgroundVISAisahigh-levelapplicationprogramminginterface(API)usedtocommunicatewithinstrumentationbuses.VISAisplatformindependent,busindependent,andenvironmentindependent.Inotherwords,thesameAPIisusedregardlessofwhetheraprogramiscreatedtocommunicatewithaUSBdevicewithLabVIEWonamachinerunningWindows2000orwithaGPIBdevicewithConamachinerunningMacOSX.

UniversalSerialBus(USB)isamessage-basedcommunicationbus.ThismeansaPCandaUSBdevicecommunicatebysendingcommandsanddataoverthebusastextorbinarydata.EachUSBdevicehasitsowncommandset.YoucanuseNI-VISAReadandWritefunctionstosendthesecommandstoaninstrumentandreadtheresponsefromaninstrument.Checkwithyourinstrumentmanufacturerforalistofvalidcommandsforyourinstrument.

Startingwithversion3.0,NI-VISAsupportsUSBcommunication.TwoclassesofVISAresourcesaresupported:USBINSTRandUSBRAW.

TheUSBINSTRresourceclassisusedbyUSBdevicesthatconformtotheUSBTestandMeasurementClass(USBTMC)protocol.USBTMCdevicesconformtoaprotocolthattheVISAUSBINSTRresourceclasscanunderstand.NoconfigurationisnecessarytocommunicatewithaUSBTMCdevice.TocommunicatewithaUSBTMCinstrument,refertosection3.FormoreinformationabouttheUSBTMCspecification,refertotheUSBImplementersForumWebpagelinkedbelow.

USBRAWinstrumentsareanyUSBinstrumentotherthanthoseinstrumentsthatspecificallyconformtotheUSBTMCspecification.IfyouareusingaUSBRAWdevice,followtheinstructionsinsection2toconfigureNI-VISAtocontrolyourdevice.Contactyourinstrumentmanufacturerfordetailsaboutthecommunicationprotocolandthecommandsetyourinstrumentuses.

ForspecificinformationabouttheNI-VISAAPI,refertotheNI-VISAUserManualandNI-VISAProgrammerReferenceManual.BothdocumentsareincludedwithNI-VISAandareavailablethroughthelinksattheendofthistutorial.ConfiguringNI-VISAtoControlYourUSBDeviceThissectionwalksthroughthestepsforconfiguringaUSBRAWdevicetobecontrolledbyNI-VISA3.0onaWindows-basedcomputer.IfyouareusingaUSBTMC-compatibledevice,connectyourdeviceandskiptosection2.3.

Atthispoint,NI-VISAalreadyshouldbeinstalledonyourcomputer,andyourUSBdeviceshouldnotbeconnected.Furthermore,youshouldnothaveadriverforyourUSBdeviceinstalled.TherearethreestepstoconfigureyourUSBdevicetouseNI-VISA:CreatetheINFfileusingtheDriverDevelopmentWizard.InstalltheINFfileandtheUSBdeviceusingtheINFfile.TestthedevicewithNI-VISAInteractiveControl.Forthepurposesofthistutorial,aNationalInstrumentsDAQPad-6020EisusedasanexampleUSBdeviceandisinstalledonaWindowsXPsystem.BecausethistutorialisintendedtoexplaintheconfigurationofagenericUSBdevice,detailsspecifictotheDAQPad-6020Earenotdiscussed.RememberthatNI-DAQistheonlysupporteddriverforaDAQPad-6020E.

2.1.CreatetheINFFileUsingtheDriverDevelopmentWizard

TouseNI-VISA,youmustfirsttellWindowstouseNI-VISAasdefaultdriverforthedevice.IntheWindowsenvironment,youcandothiswithanINFfile.NI-VISA3.0includestheVISADriverDevelopmentWizard(DDW)tocreateanINFfileforyourUSBdevice.ToopentheDDW,selectStart?Programs?NationalInstruments?VISA?VISADriverDeveloperWizard.ThewindowshowninFigure1opens.

YoucanusethiswizardtocreateanINFfileforaPXI/PCIorUSBdevice.BecauseyouarecreatingthedriverforaUSBdevice,clickUSBandNext.TheVISADDWBasicDeviceInformationwindowopensasshowninFigureFigure1.VISADDWHardwareBusWindowYoucanusethiswizardtocreateanINFfileforaPXI/PCIorUSBdevice.BecauseyouarecreatingthedriverforaUSBdevice,clickUSBandNext.TheVISADDWBasicDeviceInformationwindowopensasshowninFigure2.Figure2.VISADDWBasicDeviceInformationWindowForthisstep,youmustknowtheUSBvendorIDandproductIDforyourUSBinstrument.ThesenumbersidentifyyourUSBdevicewhenyouinstallitandaddressyourdevicewhenyouwanttocommunicatewithit.AccordingtotheUSBspecification,bothnumbersare16-bithexadecimalnumbersandshouldbeprovidedbythedevicemanufacturer.

EnterthevendorID,productID,manufacturername,andmodelnameforyourdeviceintheirrespectivefields.

FortheDAQPad-6020E,thevendorIDandproductIDare0x3923and0x12C0,respectively.IfyourdeviceisnotaNationalInstrumentsDAQPad-6020E,thevendorIDandproductIDaredifferentforyourdevice.Contactyourdevicevendortoobtainthisinformation.

ClickNext.TheOutputFilesPropertieswindowisdisplayedasshowninFigure3.

Figure3.VISADDWOutputFilesPropertiesWindowTheUSBInstrumentPrefixissimplyadescriptoryouusetoidentifythefilesusedforthisdevice.EnteraUSBinstrumentprefix,selectthedesireddirectoryinwhichtoplacethesefiles,andclickFinish.TheINFfileiscreatedinthedirectoryspecifiedbytheoutputfiledirectory.2.2.InstalltheINFfilesandtheUSBdevice.

TheinstallationoftheINFfilesisdifferentforeachversionofWindows.WhentheDDWcreatesanINFfile,installationinstructionsareincludedinaheaderatthetopoftheINFfile.BecauseINFfilesareASCIItextfiles,theycanbereadinanytexteditorsuchasNotepad.FordetailedinformationaboutinstallingyourINFfile,openyourINFfileinatexteditorandfollowtheinstructionsatthetopofthefile.ThistutorialassumesyouareusingWindowsXP.CopytheINFfiletotheINFfolder.OnWindowsXP,thisfolderisusuallyatC:\WINDOWS\INF.Thisfoldermaybehidden,soyoumayneedtochangeyourfolderoptionstoviewhiddenfiles.Right-clickontheINFfileinC:\WINDOWS\INFandclickInstall.ThisprocesscreatesaPNFfileforyourdevice.YouarenowreadytoinstallyourUSBdevice.ConnectyourUSBdevice.BecauseUSBishotpluggable,WindowsshouldbeabletodetectyourUSBdevice,andtheAddNewHardwareWizardshouldopenautomaticallyassoonasyouconnectittotheUSBport.Followtheonscreeninstructionsforthewizard.Whenyouarepromptedtoselectadriverforthisdevice,browsetotheINFfolderandselecttheINFfileyoucreatedusingtheDDW.2.3.TestCommunicationwithVISAInteractiveControl.OpenMeasurement&AutomationExplorer.SelectTools?Refreshtorefreshtheview.YourUSBdeviceshouldbelistedasaUSBDeviceunderDevicesandInterfacesasshowninFigure4.YourUSBdeviceisnowinstalledandconfiguredtouseNI-VISA.

IfyouselectyourUSBdevice,thedeviceinformationisdisplayedintheAttributeswindow.Usingthiswindow,youcanaccessinformationsuchasthemanufacturerID,modelcode,andserialnumberforyourdevice.Figure4.USBDeviceShowninMeasurement&AutomationExplorerTocommunicatewithyourdeviceusingVISA,usetheVISAinstrumentdescriptorforyourdevice.TheinstrumentdescriptorformatforaUSBINSTRdeviceisUSB[board]::manufacturerID::modelcode::serialnumber[::USBinterfacenumber]::INSTR.TheinstrumentdescriptorformatforaUSBRAWdeviceisUSB[board]::manufacturerID::modelcode::serialnumber[::USBinterfacenumber]::RAW.

AccordingtotheUSBTMCspecification,allUSBTMCdevicesmusthaveaserialnumber.SomeUSBRAWdevicesmaynothaveserialnumbers.Ifyourdevicedoesnothaveaserialnumber,NI-VISAautomaticallyassignsaVISAspecificserialnumberforthatdevice.TheformatfortheserialnumberisNI-VISA-#,where#isanautomaticallygeneratednumber.

SomeUSBdeviceshavemultipleinterfaces.ThisissimilartothewayaPCIdevicecanhavemultiplefunctions.Ifyourdeviceonlysupportsoneinterface,youdonotneedtoincludetheUSBinterfacenumber.

TheDAQPad-6020EusestheRAWclass,andthemanufacturercodeandmodelcodeare0x3923and0x12C0,respectively.FortheDAQPad-6020E,theinstrumentdescriptorisUSB0::0x3923::0x12C0::00B50DAE::RAW.

Totestcommunicationwiththisdevice,openMeasurement&AutomationExplorer.SelectTools?NI-VISA?VISAInteractiveControl.AwindowsimilartothatshowninFigure5shouldopen.

Figure5.VISAInteractiveControlTheVISAInteractiveControl(VISAIC)isautilityprogramusedtocommunicateeasilywithanyVISAresource.AfteryourUSBdeviceisconfiguredtouseVISA,itshouldbelistedintheUSBbranch.Double-clickonyourdevicetoopenaVISAsessiontothedevice.ThewindowshowninFigure6shouldopen.Figure6.VISAInteractiveControlOpenVISASession

WhenyouopenaVISASessionwithVISAIC,theTemplatetabandthePropertyNode(Read)tabareautomaticallyselected.Toreadaproperty,selectthedesiredpropertyandclickExecute.ThecurrentvalueofthepropertyspecifiedinAttributeNameisdisplayedintheCurrentValueindicator.InFigure6,theResourceNamepropertywasread.

FormoreinformationaboutusingVISAIC,refertoDeveloperZoneTutorial:VISAInteractiveControl(VISAIC),linkedbelow.ForinformationabouttheNI-VISAAPI,reviewtheNI-VISAProgrammerReferenceManualandtheNI-VISAUserManual.Bothareavailablethroughthelinksattheendofthistutorial.ForalistofvalidcommandsforyourUSBinstrument,contactyourinstrument’smanufacturer.3.UsingNI-VISAtoCommunicatewithYourUSBDeviceThissectionexplainshowtocommunicatewithyourUSBdeviceusingNI-VISA3.0andabove.RecallthattherearetwoclassesofUSBdevices.Themethodofcommunicationdependsontheclassofyourdevice.

3.1USBINSTRClass(USBTMC)DevicesthatconformtotheUSBTestandMeasurementClass(USBTMC)usetheNI-VISAUSBINSTRclass.Thesedevicesuse488.2stylecommunication.Forthesedevices,youcansimplyusetheVISAOpen,VISAClose,VISARead,andVISAWritefunctionsinthesamewayyouwouldifyouwerecommunicatingwithGPIBinstruments.

Figure7illustratesaLabVIEWVIthatcommunicateswithaUSBTMCdevice.Inthisexample,aVISAsessionisopenedtoaUSBdevice.Acommandiswrittentothedevice,andtheresponseisreadback.Inthisexample,thespecificcommandbeingsentistheIDqueryforthedevice.Checkwithyourdevicemanufacturerforyourdevicecommandset.Afterallcommunicationiscomplete,theVISAsessionisclosed.

Figure7.USBTMCLabVIEWExampleBlockDiagram3.2USBRAWClassCommunicatingwiththeUSBRAWclassismorecomplicatedbecauseeachdevicemayuseitsowncommunicationprotocol.Contactyourdevicevendorfordetailsaboutthecommunicationprotocolforyourdevice.

USBcommunicatesusingfourtypesofpipesorendpoints:control,bulk,interrupt,andisochronous.Eachtypeofpipetransfersadifferenttypeofinformation.Furthermore,anynumberofendpointscanbeofanyendpointtype.Thinkofanendpointasacommunicationsocket.ForspecificdetailsaboutUSBarchitecture,reviewtheUSBspecificationlinkedbelow.

NI-VISAsupportsthreetypesofUSBpipes:control,bulk,andinterrupt.WhenNI-VISAdetectsy