【正文】 用Delphi軟件開發(fā)平臺, 研究開發(fā)了一種精度高、性價比高、界面友好、智能化的應(yīng)變測試虛擬儀器系統(tǒng)。檢測技術(shù)的不斷提高，要求我們要使與硬件相配套的檢測軟件技術(shù)也得到大幅度的提高，才能使我國的檢測技術(shù)得到更好的發(fā)展。在這個概念下，美國國防部在1956 年啟動了SETE 計劃的研究項目，成為現(xiàn)代檢測系統(tǒng)大規(guī)模研究的開端。檢測系統(tǒng)的復(fù)雜程度取決于被檢測信息檢測的難易程度以及所采用的實驗方法。因此，在機(jī)械加工中，精確測定工藝系統(tǒng)剛度對認(rèn)識機(jī)床的加工能力，改進(jìn)工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高機(jī)床加工精度和加工效率有著重要作用。 關(guān)鍵詞：車床剛度；電渦流位移傳感器；PCI9118數(shù)據(jù)采集卡；Delphi The Design of Dynamic Stiffness Measurement System for Lathe Technology SystemAbstract Lathe dynamic stiffness automatic test method based on virtual instrument technology for the great advantages of the virtual instrument technology in the formation of the test system, and derived the theoretical formula of the latheline testing of the dynamic lathe dynamic stiffness test system hardware by the eddy current displacement sensor, PCI9118 data acquisition card and puter ponents。Software development using Delphi language, in which including the calibration of eddy current displacement sensor, using data processing method for the signal processing and analysis,as least squares method, the mean filter and so of the system to draw the lathe dynamic stiffness curve exhibited explicitly in the stiffness of the different parts of the lathe,provide data for the study of lathe machining accuracy. Key words:The stiffness of lathe。因此，機(jī)床剛度的檢測是相當(dāng)重要的。對檢測系統(tǒng)的基本要求是可靠、實用、通用、經(jīng)濟(jì)，這些都是考慮檢測系統(tǒng)組成的前提條件。從20世紀(jì)60年代開始，檢測系統(tǒng)就應(yīng)用于工業(yè)，在吸取早期軍事上的經(jīng)驗教訓(xùn)后，拋棄了“萬能”思想，而致力于著重解決生產(chǎn)商關(guān)鍵測試所需的“專業(yè)”檢測系統(tǒng)。設(shè)備的智能化，專業(yè)化等問題是我國設(shè)備檢測與國外相差較遠(yuǎn)的地方，因此要加快智能化發(fā)展速度，切實提高檢測水平是我們的工作重點。 本課題研究的意義是將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床剛度測量系統(tǒng)的硬件驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)輸出等，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方法，實現(xiàn)了對機(jī)床剛度測量系統(tǒng)的基于虛擬儀器思想的程控，對虛擬儀器技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一個范例。在此，本次設(shè)計利用Delphi軟件及其PCI9118數(shù)據(jù)采集卡，對車床工藝系統(tǒng)靜剛度的檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和研究，以獲得機(jī)床的靜剛度，便于更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。車床加工系統(tǒng)剛度越大,復(fù)映在工件上的誤差越小。 為刀具剛度, N/mm。試件已加工表面的偏差值可以電渦流傳感器來測定，切削力則采用八角環(huán)形電阻應(yīng)變式車削測力儀來測定。虛擬儀器控制功能強(qiáng)，有自動調(diào)零、自動調(diào)節(jié)量程、自動轉(zhuǎn)換極性和自動校準(zhǔn)等功能。最簡單的是基于PC總線的插卡式儀器,也包括帶GPIB接口和串行接口的儀器；另一類是用于高可靠性的關(guān)鍵任務(wù)，如航空、航天、國防等應(yīng)用的儀器系統(tǒng)，由計算機(jī)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一操作。它把由廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，用戶可根據(jù)測試功能的需要，自己設(shè)計所需要的儀器系統(tǒng)，只要將具有一種或多種功能的通用模塊相結(jié)合，并且調(diào)用不同功能的軟件模塊，就能組成不同的儀器功能。用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板，檢驗儀器的通信和操作。分析比較以上的軟件語言，要開發(fā)通用的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，我們要選用了Borland公司的Delphi語言。 “真正的程序員用c，聰明的程序員用Delphi”，這句話是對Delphi最經(jīng)典、最實在的描述。Delphi提供了各種開發(fā)工具，包括集成環(huán)境、圖像編輯（Image Editor），以及各種開發(fā)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序，如DesktopDataBase Expert等。 (3）提供了許多快速方便的開發(fā)方法，使開發(fā)人員能用盡可能少的重復(fù)性工作完成各種不同的應(yīng)用。 (6）擁有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)能力，能夠快速的開發(fā)B/S應(yīng)用，它內(nèi)置的IntraWeb和ExpressWeb使得對于網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)效率超過了其他任何的開發(fā)工具。其原理圖如圖21所示。 (1)數(shù)據(jù)分辨率和精度 精度和分辨率有所不同，精度除了涉及A/D轉(zhuǎn)換精度外還考慮測試系統(tǒng)各部分誤差。對于工作在強(qiáng)電磁場干擾環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇具有隔離配置的數(shù)據(jù)采集板卡才能保證數(shù)據(jù)采集的可靠性。PCI一9118系列是一族功能強(qiáng)大的高速多功能PCI總線數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)可通過總線主控DMA實現(xiàn)無間隙、高流量的連續(xù)傳輸，即使海量數(shù)據(jù)亦應(yīng)付自如。采集數(shù)據(jù)在填滿環(huán)形緩沖器的后半部分后，數(shù)據(jù)重新寫進(jìn)前半緩沖區(qū)覆蓋掉舊的數(shù)據(jù)。然而，單緩沖器操作的最大缺點是輸入的最大數(shù)據(jù)量受限于在驅(qū)動程序中初始分配的存儲空間，以及計算機(jī)自由存儲空間的大小。 PCI一9118數(shù)據(jù)采集卡軟件介紹：PCI一9118的主要特點PCI一9118是基于32位帶總線主控功能的PCI卡，能廣泛用于DOS和WIN 9X，2000及NT下的數(shù)據(jù)采集，支持VB、Vc++、Delphi、BC5等編程語言。傳感器的輸出信號必須準(zhǔn)確反應(yīng)其輸入量，即被測量變化。電渦流傳感器的最大特點是非接觸測量，這是被廣泛應(yīng)用的主要原因，其優(yōu)點是靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的，其性能是線性和各向同性的，則線圈——金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通?？捎山饘賹?dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r，線圈與金屬導(dǎo)體距離δ，線圈激勵電流強(qiáng)度I和頻率ω等參數(shù)來描述。5%mV/μm互換177。剛度是指單位變形所需的作用力。靈敏度單位：壓電式用微微庫倫表示，即pC/N （或pC/kgf ）。圖36為YDCB一1105型壓電式三向測力儀結(jié)構(gòu)圖，它由底板、中板、隔熱板、上板、4個壓電石英品體i維力傳感器構(gòu)成，并用螺釘連接。各模塊之間可以相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，它們共同組成車床動剛度測試系統(tǒng)。 位移標(biāo)定模塊 位移標(biāo)定模塊的功能簡介位移標(biāo)定模塊主要是用最小二乘法標(biāo)定數(shù)據(jù)采集卡采集回的電渦流信號與實際位移的關(guān)系，最終得出一元線性回歸方程。保存數(shù)據(jù)標(biāo)定如果后邊操作出錯，可以點擊這個按鈕，找到前面保存的數(shù)組x,y和系數(shù)b0,b1。②設(shè)置屬性DeviceName，其設(shè)置方法如下：[=string]；③函數(shù)Open用來打開PCI9118數(shù)據(jù)采集卡，其函數(shù)定義如下：Function （[ErrMsgBox As Variant]）As Boolean；說明：[ErrMsgBox As Variant]是一個布爾類型變量，默認(rèn)值為False。0~（ⅳ）value As Variant：從模擬信號通道讀回來的電壓信號。由式（1）可知：重點是要求出b0和b1，下面就介紹下用一元線性回歸求標(biāo)定系數(shù)的方法：對樣本的一組觀察值（x1, y1),(x2, y2 ),…，(xn ,yn),對每個xi，由線性回歸方程（1）可以確定一回歸值： 這個回歸值與實際觀察值yi之差 刻畫了與回歸直線的偏離度。數(shù)據(jù)采集模塊的按鈕功能簡介如圖44所示。通過對該屬性設(shè)置來確定當(dāng)前數(shù)據(jù)采集卡的存儲模式。而且PCI9118在存儲的數(shù)據(jù)還不是按照通道的順序進(jìn)行存儲。顯示剛度圖將那些剛度值都保存到自己指定的文件中，以便查詢。均值濾波也稱為線性濾波，其采用的主要方法為領(lǐng)域平均法。 均值濾波器也是平滑線性濾波器，常用于模糊處理和減小噪聲，模糊處理 ,經(jīng)常用于預(yù)處理。圖主要顯示偏差與車削力變化的關(guān)系。當(dāng)選題報告，開題報告定下來的時候，我當(dāng)時便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，設(shè)計也有條不絮的進(jìn)行著。這過程相當(dāng)容易些，主要是按要求一步步做就行。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 致　　謝本人在設(shè)計（論文）期間都是在王時英教授全面、具體指導(dǎo)下完成進(jìn)行的。感謝王時英教授等在畢業(yè)設(shè)計工作中給予的幫助。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。到4月底時，我的設(shè)計方案已基本上確定，試件裝配圖、測量裝配圖也基本上完成，對軟件的人機(jī)交互界面也有了個大致思路，對Delphi語言也有了個大致了解。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，我終于對自己的設(shè)計任務(wù)和方法有了個大致了解。該模塊的功能如圖48.顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值Edit1顯示車削前端時系統(tǒng)剛度值圖48 結(jié)果顯示模塊功能說明圖設(shè)計的該軟件系統(tǒng)可以完成電渦流位移傳感器的標(biāo)定，位移、車削力信號的采集和處理及最后得出車床工藝系統(tǒng)的剛度值和車床床頭、床尾、刀架部件的剛度值，為車床加工精度的研究提供了數(shù)據(jù)。通過線性濾波器和非線性濾波器可以減小噪聲。（2）均值濾波的實現(xiàn)算法均值濾波將每個像素點的灰度值設(shè)置為以該點為中心的鄰域窗口內(nèi)的所有像素灰度值的平均值，以實現(xiàn)像素的平滑，達(dá)到圖像去噪的目的。退出系統(tǒng)打開數(shù)據(jù) 圖45 數(shù)據(jù)處理模塊按鈕功能簡圖 均值濾波通常，在自然界中大部分信號都存在噪聲。 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊的功能簡介數(shù)據(jù)處理模塊主要是將采集回來的位移和車削力信號進(jìn)行均值濾波處理、找出位移和車削力對應(yīng)的實際變化曲線，最后通過車床動態(tài)剛度測量原理計算出車削試件前端時系統(tǒng)剛度、車削試件中間時系統(tǒng)剛度、車削試件后端時系統(tǒng)剛度、車床床頭部件的剛度、刀架部件的剛度、車床床尾部件的剛度。當(dāng)其中的一部分存滿時，PCI9118就停下現(xiàn)在的工作，去執(zhí)行AiHalfReady事件下的工作；若設(shè)置其屬性為False，其存儲區(qū)是一個整體，當(dāng)存儲區(qū)存滿時，PCI9118就停止現(xiàn)在的工作，而是去執(zhí)行AiComplete事件下的工作。 前端位移采樣前端車削力采樣首先采集卡準(zhǔn)備，在Label11中顯示采樣情況，然后將采集卡采集回的電壓數(shù)據(jù)分別存到數(shù)組qdcxl,zjcxl,hdcxl中，然后通過車削力標(biāo)定方程將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成車削力數(shù)據(jù)，將車削力數(shù)據(jù)分別存到數(shù)組qdcxl1,zjcxl1，hdcxl1中，并及時的將車削力數(shù)據(jù)在圖“車削力時間”中顯示出來。 令 上式表示所有觀察值與回歸直線的偏離平方和， 刻劃了所有觀察值與回歸直線的偏離度。本課題采用的是用最小二乘法來對電渦流傳感器進(jìn)行標(biāo)定。（2）采集數(shù)據(jù)函數(shù)函數(shù)ReadSingleAI用來從一路模擬信號通道采集單個數(shù)據(jù)，其函數(shù)定義為：Function (channel As Integer, Range As Integer, value As Variant) As Boolean。打開數(shù)據(jù)顯示一元線性回歸方程。各部分的功能如圖43位移標(biāo)定模塊功能圖。主程序 結(jié) 果 顯 示 模 塊 數(shù) 據(jù) 顯 示 模 塊 數(shù) 據(jù) 處 理 模 塊 數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊 位 移 標(biāo) 定 模 塊 圖41 測量系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)操作界面采集卡將采集到得信號A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)值信號由采集部分進(jìn)入工控機(jī)運算，這時我們需要對系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，檢測系統(tǒng)的軟件部分的編寫我們主要應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)建立一個虛擬檢測平臺。根據(jù)需要，通過控制測力儀的剛度(南結(jié)構(gòu)尺寸決定)和預(yù)緊力的大小，就可以設(shè)計出不同測力范同和頻率范圍的測力平臺。要求干擾小