1、目錄摘要3前言3第1章 形狀公差的概述.411形狀公差的概述.412形狀公差的定義.6第2章 編程軟件LabVIEW簡介21 LabVIEW概述.1022 LabVIEW的應用.1023 LabVIEW的編程環境.1124設計過程中常用功能簡介12第3章 形位誤差的評定31 直線度誤差的評定.2132 圓度誤差的評定.25第4章 直線度和圓度檢測系統設計41 檢測系統總體方案設計.2842 機械系統設計計算2843 檢測系統的硬件設計.2944 檢測系統的軟件設計.31附錄 1 程序圖 .37附錄2 英文翻譯 英文原文.47 譯文.58結束語.72參考文獻 74摘要：本設計多功能形位誤差測量儀

2、，通過LABVIEW虛擬儀器控制采集與進行數據處理，通過多功能數據采集卡進行采集，使數據進入計算機中，采用不同的方法評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，生產現場對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品生產的需要。例如各種工件的直線度的測量，以前采用跨橋和自準直儀測出角度，再采用人工計算、作圖的方法得出結論。這種方法存在兩方面的不足：一是測量誤差大、精度低。如從自準儀上讀數時要產生誤差、人工畫圖時要產生誤差；二是勞動強度大、效率低。由于測量數據必須記錄在表格中，再進行人工繪圖，造成工作量大，耗費時間。多功能形位誤差測量系統是一

3、種精度高、功能多、性能穩定、測量數度快、操作簡單和使用方便的形位誤差測量系統。該系統可對直線度、圓度等形位誤差進行測量，并且可以采用不同的方法進行評定誤差。第1章形狀公差的概述11概述零件在加工過程中，由于機床夾具刀具系統存在幾何誤差，以及加工中出現受力變形、熱變形、震動和磨損等影響，使被加工的零件的幾何要素不可避免地產生誤差。這些誤差包括尺寸偏差、形狀誤差（包括宏觀幾何形狀誤差、波形和表面粗糙度）及位置誤差。圖11 零件的幾何誤差形狀和位置誤差（簡稱形位誤差）對零件的使用功能有較大的影響。例如，孔與軸的結合，由于存在形狀誤差，在間隙配合中，會使間隙分布不均勻，加快局部磨損，從而降低零件的工作

4、壽命；在過盈配合中，則使過盈量各處不一致，影響聯結強度。總之，零件的形狀誤差對機器或儀器的工作精度、壽命等性能均有較大影響。對精密、高速、重載、高溫、高壓下工作的機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準為：形狀和位置公差 通則、定義、符號和圖形表示法（GB/T1182-1996）,形狀和位置公差 未注公差值（GB/T1181996），形狀和位置公差（GB/T42491996）及形狀和位置公差 最大實體要求，最小實體要求和可逆要求（GB/T166711996）等。零件的形狀公差共14項，見表11

5、。表11 形狀公差分類表為了介紹形位公差，首先對幾個有關術語說明如下：構成零件幾何特征的點、線、面稱為要素，要素可分為：1、 理想要素與實際要素（1） 理想要素 指具有幾何學意義的要素。它是按設計要求，由圖紙上給給定的點、線、面的理想狀態。（2） 實際要素 指零件上實際存在的要素，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狀況。2單一要素與關聯要素按該要素與其他要素是否存在功能關系又可分為：（1）單一要素單一要素指僅對其本身給出形狀公差的要素。（2）關聯要素 指對其他要素有功能關系的要素，即規定位置公差的要素。12 形狀公差的定義形狀公差是指單一實

6、際要素的形狀所允許的變動全量。形狀公差用形狀公差帶表達。形狀公差帶是限制實際要素變動的區域，零件實際要素在該區域內為合格。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、位置和大小則要隨要素的幾何特征及功能要求而定。121各項形狀公差帶及其公差帶盡管零件的種類繁多，但構成零件幾何的要素不外乎是直線、曲線、平面。回轉面和曲面等。形狀公差項目有下列6項。1 直線度直線度公差用于控制直線、軸線的形狀誤差。根據零件的功能要求，直線度可分為在給定平面內、在給定方向上和任意方向上三種情況。（1） 在給定平面內其公差帶是距離為公差值t的兩平行直

7、線之間的區域。（2） 在給定方向上又可分為：、 給定一個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域（如下圖1-2所示）圖1-2、 給定兩個方向其公差帶是正截面為t1*t2的四棱柱內的區域（見下圖1-3）圖1-3當只需控制實際線某一給定方向上的形狀誤差時，按前者標注。而后者標注法則用于控制實際線兩個給定方向上的形狀誤差。通常是指相互垂直的兩個方向，以下相同。（3） 任意方向上其公差帶是直徑為公差值t的圓柱面內的區域(如下圖)，用于實際任意方向上的形狀誤差均需控制的情況。圖1-4標準中規定，在形位公差值前加注“F”，表示其公差帶為一圓柱體，當被測要素為軸線或中心平面等中心要素時，指引線的

8、箭頭應與尺寸線對齊（如上圖1-4）2 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域（如下圖1-5）圖1-5第2章 編程軟件LabVIEW簡介 隨著測試技術及大規模集成電路技術的發展，傳統的電子測試儀器己從模擬技術向數字技術發展；從單臺儀器向多種功能儀器的組合及系統型發展；從完全由硬件實現儀器功能向軟硬結合方向發展；從功能組合向以個人計算機為核心構成通用測試平臺、功能模塊及軟件包形式的自動測試系統發展。同時，隨著計算機技術的不斷提高，現代自動測試系統正向儀器的自動化、智能化、小型化、網絡化和綜合化方向發展。虛擬儀器的出現給現代測試技術帶來了一場革命，虛擬儀器技術是測

9、試技術和計算機技術相結合的產物，是兩門學科的最新技術的結晶，融合了測試理論、儀器原理和技術、計算機接口技術、高速總線技術以及圖形化軟件編程于一身，實現了測量儀器的智能化、多樣化、模塊化和網絡化，體現出多功能、低成本、應用靈活、操作方便等優點，在很多領域大有取代傳統儀器的趨勢，成為當代儀器發展的一個重要方向，并受到各國企業界的高度重視。所謂虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI），就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，利用虛擬儀器軟件開發平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器的面板以及相應的功能，人們通過鼠標或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關和按鍵，去選用儀器功能，設置各種工作參數，

10、啟動或停止一臺儀器的工作。在計算機軟件控制下對輸入的信號進行采集、分析、處理，測量結果（數據、波形）和儀器工作狀態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儀器的操作如同在真實儀器上的操作一樣直觀、方便、靈活。21 LabVIEW概述LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡稱，是美國國家儀器公司（NATIONAL INSTRUMENTS,簡稱NI）的創新軟件產品，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發集成環境。數據采集、儀器控制、過程監控和自動測試是實驗室研

11、究和工業自動化領域廣泛存在的實際任務。在20世紀80年代初計算機出現之前，幾乎所有擁有程控儀器的實驗室都采用貴重的儀器控制器來控制測試系統，這些功能單一、價格昂貴的儀器控制器通過一個集成通訊端口來控制總線儀器。后來，隨著PC機的出現，工程師和科學家找到一種通過性能價格比高的通用PC機控制臺式儀器的方法，各種基于PC機接口的板卡產品便應運而生。22 LabVIEW的應用LabVIEW 在包括航天、通訊、生物醫學、電子、地球物理、機械等各個領域內得到廣泛的應用，從簡單的儀器控制、數據采集到尖端的測試和工業自動化，從大學實驗室到工廠，從探索研究到技術集成，都可以發現應用LabVIEW的成果和開發產品

12、。221 LabVIEW應用于測試與測量LabVIEW已成為測試與測量領域的工業標準，通過GPIB、VXI、PLC串行設備和插卡數據采集板可以構成實際的數據采集系統。它提供了工業界最大的儀器驅動程序庫，同時還支持通過Internet 、ActiveX 、DDE 和SQL等交互式通信方式實現數據共享，它提供的眾多開發工具使復雜的測試與測量任務變得簡單易行。222 LabVIEW應用于過程控制和工業自動化LabVIEW強大的硬件驅動、圖形顯示能力和便捷的快速程序設計為過程的控制和工業自動化應用提供了優秀的解決方案。對于更為復雜、更專業的工業自動化領域，在LabVIEW基礎上發展起來的Bridge

13、VIEW是更好的選擇。223 LabVIEW應用于實驗室研究與自動化LabVIEW為科學家和工程師提供功能強大的高級數學分析庫，包括統計、估計、回歸分析、線性代數、信號生成算法、時域和頻域算法等眾多科學領域，可滿足各種計算機和分析需要。即使在聯合時域分析、小波和數字濾波器設計等高級或特殊分析場合，LabVIEW也為此提供專門的附加軟件包。23 LabVIEW的編程環境221 LabVIEW模板與一般的程序相比，LabVIEW提供了三個浮動的圖形化工具模板，分別是工具模板、控制模板和功能模板。這三個模板功能強大，使用方便，表示直觀，是用戶編程的主要工具。（1）工具模板 工具模板包括操作工具，定位

14、工具，標注工具，連線工具，彈出菜單工具，滾動工具斷點工具探針工具，顏色工具和顏色拷貝工具。通過這樣的工具，就用于VI的創建、修改和調試。 （2）控件模板控件模板按功能分類，每個工具圖標雙包含一系列子模板。控件模板功能強大，通過這些子模板可以找到創建程序所需的所有對象工具。使用控制模板可以給前面板增加輸入控件和輸出指示器。子模板包括數值子模板、布爾子模板、字符串子模板、列表和環子模板、數組和簇子模板、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）功能模板使用功能模板可創建框圖程序模板上每一個頂層圖標都表示一個子模板。LabVIEW框圖編程的所

15、有函數按照功能分類都分布在功能模板的子模板里。每個子模板的內容及操作是LabVIEW編程最基本、最重要的內容。功能模板包括下列子模板：結構子模板、數值運算子模板、布爾邏輯子模板、字符串子模板、數組子模板、簇子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入/輸出子模板、儀器輸入/輸出子模板、通信子模板、數據采集子模板、分析功能子模板、示教課程子模板、高級功能子模板、選擇VI子程序子模板、用戶庫子模板、應用控制子模板和儀器驅動子模板。通過這些功能子模板，可實現所有LabVIEW的應用功能。 24 設計過程中常用功能簡介241 數據類型LabVIEW的數據類型與傳統編程語言中的數據類型基本相似，除了

16、一般的數據類型之外，還有一些獨特的數據類型。LabVIEW中的數據類型包括數字型(Numeric)、布爾型(即邏輯型，Boolean)和字符串型(String)；構造數據類型包括數組和簇；其他數據類型包括枚舉（RefNum）、空類型等等。數字類型的前面板對象包含在控制模板 Numeric子模板中，傳統的數據類型分為變量和常量兩種，在某種意義上，LabVIEW的數據也可以這么分，Numeric子模板中的前面板對象就相當于傳統編程語言中的數字變量，。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，人數字量、滾動條、水箱、溫度計、旋鈕、表頭、刻度盤以及顏色框等，但本質是完全相

17、同的，都是數字型，只是外觀不同而已。在LabVIEW中布爾弄數據即邏輯型數據，它的值為真(true)或假(false)，或者為1或0。布爾型前面板對象包含在控制模板 Boolean子模板中。模板中有不同有布爾前面板對象，如不同形狀的按鈕、指示燈和開關等，這都是從實際儀器的開關、按鈕演化來的，十分形象。采用布爾按鈕可以設計出逼真的虛擬儀器前面板。與數字類型相似，這些不同的布爾控制也是外觀不同，內涵相同，都是布爾型，只有0和1兩個值。242 結構For循環是LabVIEW最基本的結構之一，它執行指定次數的循環，相當于語言中的For循環：For (i=0; i<N; i + ) LabVIEW

18、中的For循環可從框圖功能模板FunctionStructure子模板中創建。大多數情況下，用戶使用For循環處理數組。這是因為LabVIEW已經知道了元素的個數，而且自動變址功能會為用戶自動處理迭代：用戶所要做的所有事情是將數組裝入循環，迭代次數會與數組中的元素的個數相等。移位寄存器（Register）和框架通道（Channel）兩個獨具特色的新概念。移位寄存器的功能是將第 i-1, i-2, i-3次循環的計算結果保存在FOR循環的緩沖區內，并在第i次循環時將這些數據從循環框架左側的移位寄存器中送出，供循環框架內的節點使用。在循環框架上的右鍵彈出菜單中選擇Add Shit Register

19、創建。框架通道是For循環與循環外部數據交換的數據通道，其功能是在For循環開始運行前，將循環外其他節點產生的數據送至循環內，供循環框架內的節點使用。還可以在For循環運行結束時將循環框架內節點產生的數據送至循環外，供循環外的節點使用。用連線工具將數據連線從循環框架內直接拖至循環框架外，LabVIEW會自動生成一個框架通道。框架通道有兩面三刀種屬性：有索引(Enable Indexing)和無索引(Disable Indexing).For循環執行的是包含在循環框架內的程序節點。其重復端口相當于C語言For中的I，初始值為0，每次循環遞增步長為1。而且，重復端口的初始和步長在LabVIEW中是

20、固定不變的，若要用到不同的初始值或步長，可對重復端口產生的數據進行一定的數據運算，也可用到移位寄存器來實現。CASE選擇結構，相當于C語言中的switch語句：switch(表達式)case 常量表達式1：語句1； case 常量表達式2：語句2； case 常量表達式n：語句n；default ：語句n+1； 在某種意義上還相當于C語言的if語句： if(條件判斷表達式) else語句選擇結構可從框圖程序中的功能模板 Function Structure 中創建。最基本的選擇結構是由選擇框架（Case Frame）、選擇端口（Selection Terminal）、框架標識符(Diagram

21、 Identifier)以及遞增/遞減按鈕(Increment/Decrement Button)組成。 在選擇結構中，選擇端口相當于上述C語言Switch 語句中的“表達式”，框圖表示符相當于“表達式n”。編程時，將外部控制條件連接至選擇端口上，程序運行時，選擇端口會判斷送來的控制條件，引導選擇結構執行相應框架中的內容。為與選擇框架外交換數據，選擇結構也有框架通道。選擇結構的邊框通道與For循環相類似，但有其自身特點。當外部數據連接到選擇框架上供其內部節點使用時，選擇結構的每一個子框架都能從該通道中獲得輸入的外部數據；當選擇結構內部的數據需通過框架通道送至外部時，必需在每一個子框架中都連接一

22、個同數據類型的數據到同一個框架通道上。這主要是因為選擇結構執行時是根據外部控制條件從其所有的子框架中選擇其一執行的，子框架選擇非此即彼，所以每一個子框架都必需連接一個數據。對于一個框架通道，一個子框架中如果沒有連接數據，那么在根據控制執行到這個子框架時，框架通道便沒有向外輸出數據來源程序就會出錯。LabVIEW選擇結構與其他語言的選擇結構相比，簡潔明了，結構簡單，不但相當于Switch 語句，還可以實現ifelse 語句功能。243 數學運算LabVIEW的數學運算功能主要由功能模板 Numeric子模板中的節點完成。Numeric 模板由基本的數學運算節點，類型轉換節點、三角函數節點、對數節

23、點復數節點和附加常數節點組成。 基本數學運算節點不僅實現加、減、乘、除等基本運算，還可以實現求整、開方、求冪、數組求和、求積和復合運算等功能。基本運算節點支持數值輸入。但與一般編程語言提供的運算符相比，LabVIEW的數學運算節點功能更強，使用更靈活，它不僅支持單一的數值量輸入，還可以支持處理同類型的復合型數值量，比如由數值量構成的數組、簇和簇數組等。數值類型包括浮點數、整數和復數。模板中的Trigonometric子模板可實現各種三角函數運算，該模板中的節點均心為弧度為單位。節點的輸入可以是數字標量、數字量的數組或簇、數字量的簇的數組。該模板包括了大部份常用三角函節點，如sinx、coax、

24、tanx、arcsinx、sinc等。基本運算模板還可以通過類型轉換節點在各種不同的數據類型之間進行轉換，通過對數節點和復數節點進行對數與復數的運算。244 比較運算比較運算就是通常所說的關系運算，比較運算節點包含在Comparison子模板中。中LabVIEW中可以進行以下幾種類型的比較：數字值的比較、布爾值的比較字符串的比較以用簇的比較。比較節點在比較兩個數字值時，會先將其轉換為同要類型的數字。兩個布爾值比較時，Ture比False值大。字符串的比較是按照字符在ASCII表中的等價數字進行比較的。245 數組創建一個數組，可從控制模板中的Array & Cluster子模板中創建。

25、但這時只不過是一個數組框架，不包含任何內容，再根據需要將相應數據類型的前面板對象放入數組框架中，更得所需的數組類型。當有一串數據需要處理時，它們很可能是一個數組，大多數的數組是一維數組，少數是二維數組，極少數為三維數組。在LabVIEW上可以創建數字類型、字符串類型、布爾類型以及其他任何數據類型的數組。數組常由LOOP循環來創建，其中，其中For循環是最佳的，因為在循環開始時它已經分配好了內存。數組是LabVIEW中常用的數據類型之一，與其他編程語言相比，LabVIEW中的數組更加靈活，獨具特色。數組由三部份組成：數據類型、數據索引和數據。另外，數組在創建之初都是一維數組，如果要用到二維以上的

26、數組，用鼠標在索引顯示的左下角向下拖動，或者在數組的右鍵彈出菜單中選擇Add Dimension即可添加數組維數。對于一個數組進行操作，無非是求數組的長度、對數、對數據排序、取出數組中的元素、替換數組中的元素或初始化數組等各種運算。傳統語言編程主要依靠各種數組函數來實現這些運算，而在LabVIEW中，這些函數是以功能函數節點形式表現的。下面介紹一下常用的功能：(1). Array Size 返回輸入數組的長度。其輸入為一個n維數組，輸出為該數組各維包含元素的個數。(2)Index Array返回輸入數組中由輸入索引指定的元素。當輸入數組為一維數組時，節點返回的是數組中與輸入索引對應的元素。當輸

27、入數組是n維數組時，索引端口（Index Terminals）的個數必需與數組的維數相對應(3).Reshape Array改變數組的維數。輸出數組的維數由節點圖標左側demission size端口的個數決定。如把一個一維數組轉換成二維數組。(4). Initialize Array初始化數組。節點的輸入輸出端口與數組的定義有關。數組的維數由節點左側dimension size端口的個數決定，數組中所有元素都相同，均等于輸入的element值。 (5). Build Array建立一個新數組。節點將從左側端口輸入的元素功數組按從上到下的順序組成一個新數組。(6). Search 1D Arr

28、ay搜索指定元素在一維數組中的位置。由start index端口指定開始搜索的位置，當前數組指定位置后的那部份元素中沒有元素時，節點返回；若該元素存在，則返回元素所在的位置。(7). Array Max & Min返回輸入數組中的最大值和最小值，以及它們在數組中所在的位置。數組可以是任意維的，當數組中有多個元素同為最大值或最小值時，節點只返回第一個最大值或最少值所在的位置。246 波形顯示控件 LabVIEW是以模擬真實儀器操作面板提供了強在的交互式界面設計功能。傳統的儀器儀表中，除了最簡單的數碼顯示外，能夠顯示測量信號波形和儀器工作狀態的CRT熒光屏正在廣泛應用，包括數字示波器、頻譜

29、分析儀和邏輯分析儀等，這些高級的儀器都必需具備實時圖形顯示能力。一幅精心設計的畫面為用戶提供的信息量，遠遠超過完全由數字或文字組成的報告。因此能夠將大量測量數據轉換為意義明確的顯示曲線或三維圖形的控件是設計虛擬儀器所必需的。按照處理測量數據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）,另一類為實時趨勢圖（Chart），這兩類控件都是用來對波形或圖形進行顯示的，它們的區別在于兩面三刀者的數據組織方式及波形刷新方式不，同。結于事后記錄圖Graph方式來說，它的基本數據結構為數組，也就是就Graph顯示是將構成數組的全部測量數據一次顯示完成；而實時

30、趨勢圖Chart方式是實時顯示一個或幾個測量數據，而且新接收數據點要接在原有波形的后面連續顯示。它的基本數據結構是數據標量，也可以是數組。顯示控件包括事后記錄波形控件(WaveForm Graph)、實時趨勢圖控件(WaveForm Chart)、XY波形記錄控件（XY Graph）、密度圖形顯示控件(Intensity Graph)、密度趨勢控件(Intensity Chart)等XY波形記錄控制器（XY Graph）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還反映測量點X、Y值的變化，所以它的輸入數據結構是由兩個數組打包構成的簇，簇的每一對數據都對應一個顯示數據點的X、Y坐標

31、。第3章 形位誤差的評定31 直線度誤差的評定形狀誤差的評定，既要考慮使用者的要求，又要考慮制造者的可能。即不但要規定使用者驗收的項目和公差，而且要為制造者提供進行工藝誤差分析的檢驗頂目和公差，從而把制造和使用有機地結合起來。1、 給定平面內直線度誤差的評定方法（1） 最小包容區域法參看圖31，根據給定平面內直線度公差帶的形狀，由兩條平行直線包容實際被測直線S時，成“高低高”三極點相間接觸，則這兩條平行直線之間的區域就是最小包容區域U（簡稱最小區域）這稱為給定平面內直線度誤差最小區域判別準則。直線度的誤差就是寬度fMZ。圖31（2） 最小二乘中線法 參看圖32，最小二乘中線L是一條穿過被測直線

32、S的理想直線，它所處的位置使實際被測直線上各點至它的平方之和為最小。以該理想直線作為評定基準，取測得各點相對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。在它下面的測點的偏離值取負值，即fLShmax-hmin。圖32（3） 兩端點連線法參看圖33，以實際被測直線S的首、末兩端點B和E的連線lBE作為評定基準，取測得各點相對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。在它上面的測點的偏離值取正值；在它下面的偏離值取負值，即fBE=hmax-hmin。圖332、 任意方向的直線度誤差的評定方法（1） 最小包容區域法根據任意方向

33、直線度公差帶的形狀，由圓柱面包容實際被測直線時，其中具有最小直徑fMZ的圓柱內的區域就是最小區域。該圓柱面的直徑即為符合定義的誤差值。圖34如下：圖34（2） 最小二乘中線法參看圖35，用軸線平行于實際被測軸線S的二乘中線lLS的圓柱面包容該實際被測軸線時，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際被測軸線的接觸有兩點接觸和三點接觸兩種形式，如圖35所示：圖35 a b兩點接觸形式（見圖a）是指實際被測軸線上各測點在垂直于最小中線的平面上的投影，由以相距最遠兩點的連線為直徑的圓所包容；三點接觸形式是指各測點的投影由以相距最遠三點的銳角的三角形的外接圓所包容。（

34、3） 兩端點聯線法參看圖36，用軸線平行于實際被測軸線S兩端點連線lBE的圓柱面包容該實際被測軸線時，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際被測軸線的接觸有兩點接觸和三點接觸兩種形式。圖3632 圓度誤差的評定1 圓度誤差的評定方法（1） 最小二乘圓法最小二乘圓是一個穿過實際被測輪廓的園，它所處的位置使實際被測輪廓上各測點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37， 圖37測量中心O為測量實際被測輪廓時所采用的坐標系的，令最小二乘圓圓心的直角坐標為G（a，b），按直角坐標系獲得實際被測輪廓上各測點的坐標為Pi(xi，yi)，按極坐標

35、系獲得實際被測輪廓上各測點的坐標為Pi(ri，)，則最小二乘圓圓心的坐標值a 和b按下式計算：式中 n 測點數目。最小二乘圓的半徑R按下式計算：R取最大二乘圓圓心至實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。2 最小外接圓法最小外接圓是指外接于軸的 實際被測輪廓的可能最小圓，如圖38所示。其圓心O稱為最小外接圓圓心。由最小外接圓包容實際被測輪廓時，實際被測輪廓上有兩個測點與該圓接觸，而由這兩點連成直徑恰為該圓的直徑（圖38a）;或者實際被測輪廓上有三個測點與該圓接觸，而這三點連成一個銳角，該圓圓心位于此三角形內（見圖410b）。取最小

36、外接圓圓心至實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-Rmina b圖38第4章直線度和圓度檢測系統設計41 檢測系統總體方案設計檢測系統采用了以微型計算機為核心的測量系統，位移測量用位移傳感，被測工件與電機1同軸安裝，測頭與位移傳感器安裝在可升降調整的絲杠上，在徑向測量力的作用下與被測工件保持接觸，兩路信號經A/D數模轉換送進微型計算機內，再由軟件程序處理計算得到各項誤差。其總體設計方案示意圖如下圖所示。42 機械系統設計計算機械系統主要有底座（帶導軌）、擺線輪定位夾緊裝置、擺線輪旋轉驅動裝置、橫向拖板絲杠副、縱向升降調整裝置及電機

37、、傳感器定位夾緊裝置。設計計算主要由同組的另一位同學完成，在此不再贅述。43 檢測系統的硬件設計431 PCI2003數據采集卡說明一、 介紹PCI2003卡是一種基于PCI總線的數據采集卡，可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機內的任一PCI插槽中，構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數據采集、波形分析和處理系統。也可構成工業生產過程監控系統。PCI2003板上裝有12Bit分辨率的A/D轉換器和D/A轉換器。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。輸入信號幅度可以經程控增益儀表放大器調到合適的范圍，保證最佳轉換精度。程控增益可選擇1、2、4、8（PGA

38、203）或1、10、100、1000（PGA202）倍，A/D轉換器輸入信號范圍:±5V、±10V、010V，D/A轉換器輸入信號范圍:±5V、±10V、010V。 二、主要元件布局圖 19 37 RP1 RP3 RP4 RP5 XF6 RP6 RP7 XF7 RP8 XF8 AD1674 XF1 XF2 1 2 XF9 XF3 XF4 XS2 XS1 19 20 1 2 DC-DC 20 XF5 XS3 1 XF10 19 20 PCI插頭432 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會影響測量效果，

39、而非接觸式測量則不會出現這種情況，但考慮到經濟問題，如選擇非接觸式傳感器如激光傳感器，在大量程測量時，傳感器的價格在十幾萬左右，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型直流差動變壓器位移傳感器，其主要技術指標：1、測量范圍：±5 mm 2、線性度：< 0.05%3、工作電源：±12 v 4、額定信號輸出：±5 v5、測量系統分辨率：1m44 檢測系統的軟件設計441直線度的程序設計（1）用兩端點評定法測平面直線度首先從數據采集卡的得到直線度的測點偏差和測點的橫坐標，然后根據首末兩端點的坐標B（）和( ),求出兩端點的連線lBE的方

40、程系數c和g：xB 然后，由各測點的坐標值用下式變換為他們相對于的新坐標值： 求出中的最大值與最小值，以他們之差作為直線度誤差值。根據這種思路，在程序中用了四個index array和兩個rotate 1D array來分離出首末兩端點的坐標和偏差，然后根據上式的公式通過labview的運算符號來求出c和g，以及hi,再通過array Max &Min來分離出最大值和最小值，再相減就是直線度的誤差了；把x坐標和z坐標用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。（2） 用最小包容區域法測直線度最小包容區域法是根據高低高的原則來編程實現的，同樣從數據采集卡得到偏

41、差和坐標，然后用array Max &Min來分離出最高點和最低點，再Delete From array 來去掉最高點，然后再用array Max &Min來找出極高點，然后利用點到直線的距離的公式通過編程求出距離，則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。（3） 用最小二乘中線法測平面直線度對于實際平面直線上的各點Pi,其位置可由xi， yi (i=1，2，···，m)確定，其中xi表示測點位置，yi表示測點的偏差值，可以求出最小二乘直線：yia+gxi (i=1,2,···，m)的兩個參數。

42、適當得選取坐標原點，使，則得： 其中a為截距，g為斜率。在此程序中由于很多個求和，所以用了六個for循環，來求到首末兩端點，然后再利用求兩端點得方法來求得誤差。(4)用最小二乘法測軸線度根據被測軸線的分段數n（即測點數目為n+1）和各測點的坐標（）,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a， b， c，g： 式中i為測點序號，i=0，1，2，3，···，n。然后，由各測點的坐標（）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，則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For循環

43、，第一個控制角度，第二個求出xi 和yi得坐標，第三個求出zi得坐標，然后再求出上面的a，b，c，g和hi各值，再利用array Max &Min來求出最大值，即為誤差值，具體程序參見附件。 （5）用兩端點連線法測軸線度根據被測軸線的始端點的坐標B（）和末端點的坐標E（）,求出兩端點連線的方程系數a,b,c,g：然后由其余各測點的坐標（）分別求出它們至兩端點B和E的連線的距離hi：找出hi中的最大值hmax，則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For循環來求出三坐標，然后再根據上面的公式求出a，b，c， g，和

44、hi的值,再求出最大值，即為誤差值。具體程序參見附件。（6）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值a 和b按下式計算：式中 n 測點數目。最小二乘圓的半徑R按下式計算：R取最大二乘圓圓心至實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For循環來求出角度，然后再求出xi和yi的坐標，再用一個For循環求出a，b和R的值，然后利用兩點的距離之和的公式求出每個測點到最小二乘圓心的距離，再用array Max&Min來分離出最大值和最小值，它們之差就是誤差值。畫圖只需把x坐標和y坐

45、標打包就可以了。具體程序見附件。（7）用最小外接圓法測圓度首先用兩點距離的公式求出每兩個測點的距離,然后用array Max&Min分離出最大值,也就是最大的外接圓,然后求出原點到測點的距離再找到最小的值,把剛才的直徑除以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。445 數據采集程序、主程序及儀器前面板的設計數據采集硬件設備采用北京迪陽科技公司的PCI2003數據采集卡，數據采集程序主要是調用原有的演示程序包，兩通道同時采集數據，再加進一些信號處理子模塊，最終輸出的數據為測點偏差。采用連續采集數據的方法，在采集程序中使用的是順序結構，先連續采集數據，再截取一個周期

46、數據，要得到完整的一周期數據，首先要保證采集的數據大于一個周期。得到數據后再將它們進行處理，以便輸出的數據可以在子程序中直接利用，詳細程序見附件。主程序的功能是協調管理其它各個模塊，并將各子程序有機地組合起來，形成一個完整的虛擬直線度圓度誤差檢測儀軟件。將上述的數據采集程序、不同的方法評定直線度和圓度的誤差處理程序設為（SubVI）,在主程序中調用，將它們連接好線路，并進行必要的輸入及輸出控制設置，詳細程序見附件。儀器前面板的設計是指在虛擬儀器開發平臺上，利用各種子模板圖標創建用戶界面。Lab VIEW提供了非常豐富的界面控件對象，可以方便地設計出生動、直觀、操作方便的用戶界面。我們將主程序的

47、前面板作為儀器的操作面板，通過設計，直線度和圓度的誤差檢測儀的操作面板如圖所示。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據采集卡子程序兩端點評定平面直線度最小包容區域法評定平面直線度用最小包容區域法測平面直線度最小包容區域法評定平面直線度的流程圖最小二乘法評定平面直線度兩端點法評定軸線度用最小二乘法評定圓度用兩端點法評定圓度附錄二 英文翻譯 英文原文Using NI-VISA 3.0 to Control Your USB Device This tutorial is meant as a starting point for using NI-VISA t

48、o communicate with a USB device. It is not intended as a starting point for learning about USB architecture or the various protocols used in USB communication. After reading this tutorial, you should be able to install a USB device and use NI-VISA to communicate with that device, as long as you unde

49、rstand the device communication protocol.Table of Contents:· 1. USB and VISA Background· 2. Configuring NI-VISA to Control Your USB Device· 3. Using NI-VISA to Communicate with Your USB Device1. USB and VISA BackgroundVISA is a high-level application programming interface (API) used t

50、o communicate with instrumentation buses. VISA is platform independent, bus independent, and environment independent. In other words, the same API is used regardless of whether a program is created to communicate with a USB device with LabVIEW on a machine running Windows 2000 or with a GPIB device

51、with C on a machine running Mac OS X.Universal Serial Bus (USB) is a message-based communication bus. This means a PC and a USB device communicate by sending commands and data over the bus as text or binary data. Each USB device has its own command set. You can use NI-VISA Read and Write functions t

52、o send these commands to an instrument and read the response from an instrument. Check with your instrument manufacturer for a list of valid commands for your instrument.Starting with version 3.0, NI-VISA supports USB communication. Two classes of VISA resources are supported: USB INSTR and USB RAW.

53、The USB INSTR resource class is used by USB devices that conform to the USB Test and Measurement Class (USBTMC) protocol. USBTMC devices conform to a protocol that the VISA USB INSTR resource class can understand. No configuration is necessary to communicate with a USBTMC device. To communicate with a USBTMC instrument, refer to section 3. For more information about the USBTMC specification, refer to the USB Implementers Forum Web page linked below.USB RAW instruments are any USB instrument other than those i