虛擬儀器實現的零件加工精度測量與分析系統

摘要：論述利用LabVIEW開發平臺，實現機械零件加工精度分析系統中數據的采集，顯示和存儲，并通過大量數據的分析，得出加工誤差的分布曲線圖、X-R質量控制圖等信息。

關鍵詞：LabVIEW；虛擬儀器；加工精度；統計分析；數據采集

1 系統組成及原理

機械零件加工精度分析系統由傳感器、電荷放大器、數據采集卡、計算機系統等組成。

本系統中將被測零件依次推過測臺與測桿測頭之間的空間，尺寸大小的變化將引起傳感器與圓盤端面的間隙變化，傳感器將間隙的變化量轉變為電壓的變化，這個電壓信號經電荷放大器之后再經數據采集卡轉變為數字量輸送到計算機中，數據采集結果在虛擬儀器面板上顯示，并存入數據庫。計算機中利用LabVIEW開發平臺設計的虛擬儀器及時、準確地對工件進行檢測和誤差分析，大幅度縮短測量工件和統計分析的時間，使操作者能夠及時了解工藝系統的工作狀態，加工誤差的變化趨勢及加工誤差的影響因素，及時調整工藝系統，使加工誤差的在線測量、實時分析得以實現。

2 零件加工精度的分析方法

2.1 加工誤差的分類

在已調整好的機床上加工一批工件，由各種工藝因素所產生的加工誤差可分為兩大類，即系統誤差和隨機誤差。系統誤差包括因調整等因素引起的常值系統誤差和因刀具磨損、機床熱變形等引起的有規律變化趨勢的變值系統誤差。隨機誤差則是由尺寸分散造成的。

2.2 分析方法

零件的加工誤差具有一定的規律性。統計分析方法是以生產現場內對許多工件進行檢測的數據為基礎，運用數理統計的方法加以整理歸納，從中找出規律性的東西，進而找到解決問題的途徑。本系統采用虛擬儀器進行統計分析。

(1)分布曲線圖法

所謂分布曲線圖法是將零件的加工尺寸(或誤差)與頻數之間的關系做成直方圖及分布曲線，在圖中標出算術平均值、公差帶、公差帶中心及尺寸分散范圍，據此分析該工序的加工情況。比較分散范圍和公差帶的寬度、算術平均值與公差帶中心之間的關系等，以此判斷工藝系統存在的誤差性質，尋找提高加工精度的措施，這種方法研究工序的系統誤差和隨機誤差簡單易行，但必需在加工全部完了后方可進行，不能在加工過程中及時發現并解決問題，以保證加工質量。點圖法可以彌補上述方法之不足。

(2)點圖分析法

這種方法是將整個加工零件的過程做成一個母體，在這個過程中定期抽取樣本，因此樣本具有的特性必定是母體特性的反映。具體做法是在工藝過程進行前，分組測量一批試件的尺寸，求出各組的算術平均值X、極差R以及上下控制限，作X-R質量控制圖。生產過程中，定期抽取樣本數據Xi，Ri(即第i個樣本的均值與極差)，分別點注在X圖和R圖上，依這些點分布的位置判斷工序的加工質量。由于點圖只需抽樣檢查，不需全數測量，能反映工件加工的先后順序，因此較多地使用在生產現場和質量管理部門。

2.3 分析過程在虛擬儀器中的實現

LabVIEW提供了一些數學運算節點，包括公式節點、估計、微積分運算、線性代數、曲線擬合、數理統計、最優化方法、尋根和數值節點等，所以可以方便地處理大量數據。在LabVIEW的后面板中利用這些數學運算節點，根據分析方法中的各公式編輯好數據處理部分，其結果顯示在前面板相應的控件中，如圖2、圖3所示。其數據流流通過程如圖4所示。

測量的數據存儲于數據庫中，LabVIEW程序通過數據連通工具調用數據庫中的數據，傳遞給程序中數據處理部分，數據處理的結果分別顯示在前面板的相應位置。

3 結束語

基于LabVIEW的虛擬軟件技術給零件加工精度分析過程中參數的計算機輔助測量帶來了較大的編程方便性、較強的功能和靈活性。并且LabVIEW這個功能強大又方便靈活的虛擬儀器開發平臺，能創造出比傳統的測試儀器具有更高智能、更高性能價格比、更可靠及便于操作的先進儀器。

此系統適用于批量生產規模，使尺寸檢測和數據計算變得簡單易行，使加工誤差在線測量和實時分析可望實現，并且數據處理和統計分析的準確性得到提高。另外，該系統還可以通過改變相應的程序來改變工藝分析的內容。