【正文】 用于工業(yè)，在吸取早期軍事上的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，拋棄了“萬(wàn)能”思想，而致力于著重解決生產(chǎn)商關(guān)鍵測(cè)試所需的“專(zhuān)業(yè)”檢測(cè)系統(tǒng)。因此，機(jī)床剛度的檢測(cè)是相當(dāng)重要的。 關(guān)鍵詞：車(chē)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。檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度取決于被檢測(cè)信息檢測(cè)的難易程度以及所采用的實(shí)驗(yàn)方法。檢測(cè)技術(shù)的不斷提高，要求我們要使與硬件相配套的檢測(cè)軟件技術(shù)也得到大幅度的提高，才能使我國(guó)的檢測(cè)技術(shù)得到更好的發(fā)展。分析機(jī)床受力變形對(duì)加工精度，生產(chǎn)效率和抗振性的影響，實(shí)屬必要。 為工件剛度, N/ mm。虛擬儀器排除了干擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差，大大提高了測(cè)試精度。而虛擬儀器將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享硬件資源，既有普通儀器的功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能。實(shí)驗(yàn)基于PCI9118 數(shù)據(jù)采集卡，可以選擇的語(yǔ)言有VB、VC++、C++Builder、Delphi及圖形化語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW 等與之無(wú)縫連接。Object Pascal語(yǔ)言是在Pascal語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，簡(jiǎn)單易學(xué)。Delphi既可用于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，也適合于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。選擇一款合適的數(shù)據(jù)采集卡，首先要了解數(shù)據(jù)采集卡的核心部件—A/D變換器，此外還應(yīng)該了解板卡上一些有關(guān)部件和一些選用的指標(biāo)。 設(shè)計(jì)所選數(shù)據(jù)采集卡 本設(shè)計(jì)選用PCI一9118系列數(shù)據(jù)采集卡,該卡是臺(tái)灣ADLINK公司生產(chǎn)的一種高速數(shù)據(jù)采集卡，能用于Windows或DOS編程環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)在可以根據(jù)應(yīng)用需要在用戶(hù)緩沖器中處理數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖31B)。所以，雙緩沖器模式可能不適于高速輸入的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)選擇江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司的電渦流傳感器（CWYDO510)作為檢測(cè)元件，來(lái)完成信號(hào)的傳送。圖34 傳感器輸出特性曲線(xiàn) 所選電渦流傳感器主要技術(shù)指標(biāo)線(xiàn)性量程10mm線(xiàn)性度及誤差不互換5%互 換8%靈敏度及誤差不互換1177。1%。整個(gè)檢測(cè)軟件系統(tǒng)分為五個(gè)大的模塊，即位移標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示和結(jié)果顯示模塊。用最小二乘法標(biāo)定電壓與位移的關(guān)系，得出一元線(xiàn)性回歸方程：y=b0+b1x，并在“電壓位移”圖和Label10中顯示出來(lái)。0~3177。 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊功能簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)采集模塊主要采集車(chē)削試件前端時(shí)位移變化信號(hào)、車(chē)削力變化信號(hào)，車(chē)削試件中間時(shí)位移變化信號(hào)、車(chē)削力變化信號(hào)和車(chē)削試件后端時(shí)位移變化信號(hào)、車(chē)削力變化信號(hào)，并將這些采集回來(lái)的電壓信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成位移和車(chē)削力信號(hào)，在圖形中顯示出來(lái)。PCI9118將采集回來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組中，而不是按通道的將其分開(kāi)存儲(chǔ)。再用模板中的全體像素的平均值來(lái)代替原來(lái)像素值。其中“位移電壓”圖主要顯示實(shí)際位移值與電渦流傳感器測(cè)出的電壓值之間的關(guān)系；“位移時(shí)間”圖主要顯示數(shù)據(jù)卡采集回的位移信號(hào)；“車(chē)削力時(shí)間”圖主要顯示數(shù)據(jù)卡采集回的車(chē)削力信號(hào)；“系統(tǒng)剛度39。在這過(guò)程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流。唯一有點(diǎn)遺憾的是由于實(shí)驗(yàn)室工作排的比較滿(mǎn)，沒(méi)時(shí)間去車(chē)床上做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確性，只是自己模擬輸入了一組數(shù)大概檢驗(yàn)了一下程序的可靠性。感謝我的學(xué)友和朋友對(duì)我的關(guān)心和幫助。我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)與時(shí)間，畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我難忘的回憶。我是用生產(chǎn)法來(lái)測(cè)量車(chē)床剛度，其中采用電渦流位移傳感器來(lái)測(cè)量偏差，用PCI9118數(shù)據(jù)采集卡來(lái)采集位移，用Delphi語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，其中切削力的測(cè)量是我們組另一個(gè)同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)信號(hào)中混入噪聲時(shí)，用均值濾波的方法對(duì)已污染的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除噪聲信號(hào)，提取出原始信號(hào)時(shí)，M值不同，處理后的效果也是不同的。而在如今的數(shù)字信號(hào)處理中，有各種各樣的數(shù)字信號(hào)濾波器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)的濾波，恢復(fù)出原始信號(hào)的波形。本系統(tǒng)中，設(shè)置了DoubleBufferMode屬性為T(mén)rue。所謂最小二乘法就是尋求與的估計(jì),使。說(shuō)明：（?。┖瘮?shù)ReadSingleAI返回值表示該函數(shù)是否成功執(zhí)行，True表示執(zhí)行成功，否則返回False；（ⅱ）channel As Integer：模擬信號(hào)的輸入通道號(hào)0~15；（ⅲ）Range As Integer：模擬信號(hào)的輸入范圍，針對(duì)不同型號(hào)的PCI9118是有區(qū)別的，需要查看具體的說(shuō)明書(shū)。輸入每次測(cè)量的實(shí)際位移值。圖36 三向壓電測(cè)力儀結(jié)構(gòu)圖 4 車(chē)床工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)剛度測(cè)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件構(gòu)成虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，宗旨是“軟件即儀器”。要求大于所測(cè)力變化頻率的45 倍。圖33 傳感器原理框圖在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將線(xiàn)圈密封在探頭中，線(xiàn)圈阻抗的變化通過(guò)封裝在前置器中的電子線(xiàn)路的處理轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。 ⑵ 穩(wěn)定性。在把數(shù)據(jù)拷貝到傳輸緩沖器前，設(shè)備有可能覆蓋了前面的數(shù)據(jù)。雙緩存原理：實(shí)現(xiàn)雙緩存連續(xù)輸入操作的數(shù)據(jù)緩沖器邏輯上是一個(gè)環(huán)行緩沖器。對(duì)于高精度的數(shù)據(jù)采集，需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行精度標(biāo)定，好的數(shù)據(jù)采集卡具有自我標(biāo)定功能，但價(jià)格高很多。系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件平臺(tái)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為硬件系統(tǒng)的核心, 集中控制車(chē)床剛度檢測(cè)的信號(hào)采集、分析計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)等輸出。開(kāi)發(fā)人員不必再對(duì)諸如標(biāo)簽、按鈕及對(duì)話(huà)框等Windows的常見(jiàn)部件進(jìn)行編程?？梢哉f(shuō)Delphi同時(shí)兼?zhèn)淞薞C功能強(qiáng)大和VB簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外有許多部門(mén)和公司都在積極地開(kāi)展這些方面的研究和應(yīng)用工作。作為面向儀器的軟件環(huán)境應(yīng)具備以下特點(diǎn)：一是軟件環(huán)境是針對(duì)測(cè)試工程師而非專(zhuān)業(yè)程序員，因此，編程必須簡(jiǎn)單，易于理解和修改；二是具有強(qiáng)大的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)功能，容易實(shí)現(xiàn)模擬儀器面板；三是具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)可視化分析能力，提供豐富的儀器總線(xiàn)接口硬件驅(qū)動(dòng)程序。 虛擬儀器概念 伴隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及其在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器不斷進(jìn)步，依次出現(xiàn)了數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器，同時(shí)也由單臺(tái)儀器逐漸發(fā)展到疊加式儀器系統(tǒng)、虛擬儀器系統(tǒng)等。在坯料偏心量和切削量都不變的情況下, 已加工表面的偏差大小, 將和機(jī)床的剛度有關(guān)。 3）熟悉了Delphi開(kāi)發(fā)環(huán)境及PCI9118數(shù)據(jù)采集卡的采集原理。為了擴(kuò)大檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，盡可能利用各種現(xiàn)成的通用儀器設(shè)備，加上現(xiàn)成的電子計(jì)算機(jī)來(lái)“拼湊”出所需要的檢測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的測(cè)量大都集中于對(duì)物體單一性質(zhì)的測(cè)量，所采用的測(cè)量設(shè)備也都十分簡(jiǎn)單，功能也非常單一。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目車(chē)床工藝系統(tǒng)動(dòng)剛度在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)Thesis TopicThe Design of Dynamic Stiffness Measurement System for Lathe Technology System 車(chē)床工藝系統(tǒng)動(dòng)剛度在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 針對(duì)虛擬儀器技術(shù)在組建測(cè)試系統(tǒng)上的巨大優(yōu)勢(shì), 研究了基于虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)床動(dòng)態(tài)剛度在線(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的方法, 推導(dǎo)了車(chē)床動(dòng)態(tài)剛度在線(xiàn)測(cè)試的理論公式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被測(cè)量的范圍不斷擴(kuò)展，其復(fù)雜程度也不斷加深，傳統(tǒng)的人工操作單參數(shù)測(cè)量裝置已無(wú)法滿(mǎn)足科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求，檢測(cè)系統(tǒng)正是伴隨著這一需要而產(chǎn)生的。事實(shí)已經(jīng)證明，這種模塊化構(gòu)建思想為檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2）通過(guò)對(duì)機(jī)床剛度的檢測(cè)，可以準(zhǔn)確了解機(jī)床的剛度，為機(jī)床的加工精度范圍提供了一個(gè)參考，從而保證加工零件的精度； 本課題的任務(wù)機(jī)床在加工工件時(shí)，機(jī)床的零部件受力會(huì)發(fā)生變形使刀具和工件間產(chǎn)生相對(duì)彈性位移，根據(jù)誤差復(fù)映原理，零件在加工前的誤差，都以與原誤差相似的形狀復(fù)映到加工后的零件上去。圖11 測(cè)量試件簡(jiǎn)圖圖12 偏心試件誤差的復(fù)映 當(dāng)在其它條件完全相同時(shí)，已加工表面偏差與坯料偏心的比值，就表現(xiàn)為剛度。1986年美國(guó)國(guó)家儀器公司首先提出了虛擬儀器的概念。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，在概念和功能上有重大突破。比如，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)都在嘗試將虛擬儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)出廠(chǎng)前的自動(dòng)檢測(cè)。它一直是程序員至愛(ài)的編程工具。Delphi包含許多可以重復(fù)使用的部件，允許用戶(hù)控制Windows的開(kāi)發(fā)效果。外圍硬件則主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與處理功能, 它包括前面介紹的車(chē)床靜剛度檢測(cè)的八角環(huán)式電阻應(yīng)變式車(chē)削測(cè)力儀、電渦流傳感器作為信號(hào)的傳感器, 信號(hào)調(diào)理電路, 多功能數(shù)據(jù)采集卡和各種計(jì)算機(jī)內(nèi)置插槽。 (8)支持的軟件驅(qū)動(dòng)程序及軟件平臺(tái) 和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類(lèi)似，買(mǎi)來(lái)的數(shù)據(jù)采集板卡能在什么軟件環(huán)境中使用，使用起來(lái)是否還需要自己編制驅(qū)動(dòng)程序，這也是選擇一款數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。它分為兩個(gè)相等的部分。另一個(gè)數(shù)據(jù)覆蓋問(wèn)題發(fā)生在拷貝數(shù)據(jù)的時(shí)候。即傳感器的輸入輸出的單值函數(shù)是不隨時(shí)間變化的，且受外界其他因素的干擾很小，工藝上還能準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。這個(gè)電子線(xiàn)路并不是直接測(cè)量線(xiàn)圈的阻抗，而是采用并聯(lián)諧振法，如圖33所示，即在前置器中將一個(gè)固定電容和探頭線(xiàn)圈Lx并聯(lián)與晶體管T一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器，振蕩器的振蕩幅度Ux與線(xiàn)圈阻抗成比例，因此振蕩器的振蕩幅度Ux會(huì)隨探頭與被測(cè)間距δ改變。 （3）應(yīng)有足夠的靈敏度。 軟件將對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。Edit9當(dāng)發(fā)現(xiàn)前面Edit9中輸入的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤時(shí)，可以點(diǎn)擊這個(gè)按鈕，根據(jù)提示輸入要修改的組數(shù)和正確的數(shù)值，從而改變數(shù)組y中的數(shù)值，再重新在“電壓位移”圖中顯示對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。本系統(tǒng)用到的PCI9118說(shuō)明如下：數(shù)值區(qū)分極性不區(qū)分極性0177。 利用微分的方法，求Q關(guān)于，的偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，得： 整理得 稱(chēng)此為正規(guī)方程組，解正規(guī)方程組得: （2)其中,。 事件AiHalfReady定義如下：sub ControlName_AiHalfReady（ScaledData As Variant, BinaryCodes As Variant）說(shuō)明：（?。㏒caledData As Variant：輸入的模擬信號(hào)按照預(yù)先設(shè)置已經(jīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將電信號(hào)存儲(chǔ)在該數(shù)組中；（ⅱ）BinaryCodes As Variant：上述數(shù)組的大小。均值濾波和中值濾波在數(shù)字信號(hào)處理中都是非常重要的濾波器，具有廣泛的應(yīng)用。分析M取不同值對(duì)輸出信號(hào)的影響，具體實(shí)現(xiàn)如下：圖46 生成一個(gè)正弦信號(hào)y并且加入噪聲后生成x圖47 M取不同值時(shí)均值濾波處理后的結(jié)果 比較可知：對(duì)于均值濾波來(lái)說(shuō)，取不同的模板對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，信號(hào)的開(kāi)頭和結(jié)尾的值不會(huì)變化，中間值取模板的平均值進(jìn)行替換，對(duì)邊緣效果濾波不明顯，M取值越小，濾波后越接近原始波形。明確了自己的設(shè)計(jì)任務(wù)后，我開(kāi)始著手我的設(shè)計(jì)。這樣一步步走來(lái)，每次想出一種解決問(wèn)題的方法，從而更接近完成畢設(shè)就會(huì)感覺(jué)到很充實(shí)，最難忘的是找出程序錯(cuò)誤接近錯(cuò)誤時(shí)的激動(dòng)和興奮。 參考文獻(xiàn)[1] 曾志新，呂明主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2010.[3] 李文池，王佳祥主編，Delphi程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.[4] 王士元主編，IBM—PC/XT接口技術(shù)及其應(yīng)用[M].天津：南開(kāi)大學(xué)出版社，2003.[6] 吳盛濟(jì) 姚國(guó)蘭， 機(jī)械加工系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.[7] 段興主編，Delphi7實(shí)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：100例人民郵電出版社，2003.[8] 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