基于Labview 的小尺寸零件直线度误差检测方法的研究

李一男　王　泽

（北京联合大学机电学院，中国北京 100020）

【摘　要】机械零件几何要素的形位误差是零件的主要质量指标之一，影响机器整体的质量。直线度又是形位误差中重要的组成部分，本文主要研究基于Labview的小尺寸零件直线度误差的检测系统，该系统可以采用不同方法评定直线度误差，具有准确，快速，可靠等特点。

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关键词小尺寸；直线度；LabVIEW

基金项目：北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目（12222994701）。

0　引言

直线度是限制实际直线对理想直线变动量的一种形状公差，是几何公差中最基础的部分，在直线水平方向的偏移量称为水平直线度，垂直方向则为垂直直线度。直线度误差是指直线上个点跳动或偏离理想直线的程度，是评价机械产品质量的重要指标之一，本系统测量的直线度是在给定平面内，其公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。目前常用的小尺寸零件检测方法主要有等倾干涉仪多尺互检法，刀口尺光隙法，测微仪法，平晶干涉法等，测量过程为人工通过仪器读取数据，再进行复杂的数据计算，最后得出结果。由于操作者不同，测量结果会有差异性，且效率很低。本文提出基于Labview平台的针对小尺寸零件的测量直线度误差系统，具有测量速度快，操作简单等特点。

1　直线度误差的评定准则及方法

直线度的评定准则是最小条件准则，即被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。直线度的评定方法主要有两端点连线法，最小包容区域法和最小二乘法。其中，两端点连线法精度最低；最小区域法精度最高，所得的误差值最小且是唯一的，但算法繁琐，计算量较大；最小二乘法，其评定方法简单快速，可满足一般精度要求，因而广泛地应用于生产领域。本系统将使用两点连线法和最小二乘法对直线度进行评定。

2　系统设计

整个检测系统由步进电机，测试台面，测量仪器，上位机组成，如图1所示。

２．１　串口通信

测量仪器选用的是数字千分表，其和计算机通过串口相连。在LabVIEW中，编写串口通信程序，调试界面如图2所示。

用户进入串口调试程序后，可以选择串口端，设置波特率，数据位，奇偶校验，停止位。串口数据字节格式为一个字节由10bit组成，其中1位起始位，8位数据位和1位停止位，没有奇偶效验位，波特率为4800。数据一直主动发，每秒4到8次，和外部电脑的状态无关。每组数据共5个字节，见表1：

其中，同步码：0xaa,表示串行起始数据，用于数据同步。第2、3、4字节表示测量的位移数据，每个字节表示2个十进制数，数据低位先发送。第5个字节为控制字节，见表2：

其中，Bit0＝公英制选择（其中0表示公制，1为英制）；Bit1=正负方向标志（其中0为正，1为负）；Bit2=1当确认按钮按下，该数据被确认。由于数据是连续发送，只有当数据线上的按键被按下时，该数据Bit2才设为1。

２．２　直线度误差评定

测量到给定平面内被测零件实际直线上的采用点坐标（ｘｉ，ｙｉ），i=1,2，…，n，由采样点坐标值建立最小二乘理想直线方程为：

由此条件，分别求εｉ对k，b的偏导数，并令它们为零，求出k和b的值，确定最小二乘法拟合的直线。实际操作时，选取10个采样点，间隔5mm，将测量所得数据按直角坐标绘制曲线图，X轴为测量方向的长度，Y轴为测量时读出的数据。直线方程的一般形式为AX+BY+C=0。已知（x1,y1），（x2,y2）是直线上的点，则A=（ｙ２－ｙ１），Ｂ＝（ｘ１－ｘ２），Ｃ＝（ｙ１ｘ２－ｘ１ｙ２）

自点（x3,y3）至直线的距离可按下式计算：