高 宇，劉金秀，李副來，張 慧，胡 波

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 儀器開發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039)

現(xiàn)代工業(yè)中，精密機(jī)床主軸﹑高速電主軸、精密儀器軸系等高精度軸系大多采用角接觸球軸承，且配對(duì)使用，這類軸承不但要求高速、高精度，而且要求軸系具有高剛度。要滿足這些要求，需要準(zhǔn)確測(cè)出單個(gè)軸承在一定預(yù)載荷作用下的端面凸出量。在使用中，端面凸出量是軸承的一個(gè)重要參數(shù)，不但影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、振動(dòng)、噪聲，還直接影響軸承的壽命。

先前精密主軸配對(duì)軸承凸出量主要由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量顯示，采樣的程序大多固定且不宜改變，采樣速度很慢，不能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔、調(diào)檔。虛擬儀器主要是通過對(duì)計(jì)算機(jī)以及PCI卡進(jìn)行測(cè)量顯示，提高了采樣的速率和精確性，并且通過LabWindows平臺(tái)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分析，達(dá)到了實(shí)時(shí)采樣處理，而且可進(jìn)行存盤、調(diào)檔，大大提高了操作和測(cè)量效率。

1 LabWindows平臺(tái)簡(jiǎn)介

虛擬儀器的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。LabWindows CVI[1-2]是美國(guó)國(guó)家儀器(National Instruments,NI)公司推出的面向儀器與測(cè)控過程的C，C++交互式開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)不僅提供了對(duì)虛擬儀器的支持,還具有各種測(cè)試、通信、控制和數(shù)值分析的能力,具有圖形建模簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。從軟件開發(fā)角度看,其具有以下一些特點(diǎn)：

(1) 可視化、交互式的開發(fā)工具。具有人機(jī)交互界面編輯器,運(yùn)用可視化交互技術(shù),使人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)直觀簡(jiǎn)單,大大提高了工程設(shè)計(jì)的效率和可靠性。

(2) 具有程序自動(dòng)生成能力,可減少軟件開發(fā)過程中代碼編寫的工作量。設(shè)計(jì)好的人機(jī)交互界面(虛擬儀器面板)存儲(chǔ)在后綴名為.uir的文件中。軟件自動(dòng)生成原碼頭文件.h,自動(dòng)聲明界面對(duì)象常量及相關(guān)的回調(diào)函數(shù)。

(3) 具有齊全的軟件工具包及功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)。通過簡(jiǎn)單調(diào)用庫(kù)函數(shù)就能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的各種儀器和硬件板卡。這些工具包和函數(shù)庫(kù)具有更高的效率,使程序的編寫更加簡(jiǎn)潔。

(4) 完善的兼容性。借助于LabWindows CVI,有經(jīng)驗(yàn)的C，C++語(yǔ)言開發(fā)人員可以采用熟悉的C語(yǔ)言環(huán)境,如VC，BC等開發(fā)自己的虛擬儀器系統(tǒng)。另外,還可將儀器庫(kù)函數(shù)及子程序編譯成32位DLL,以用于任何32位C,C++環(huán)境及VB或LabVIEW中。

另外，LabWindows支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)的應(yīng)用程序均可直接移植到其他平臺(tái)上。

2 凸出量虛擬儀器的開發(fā)

2.1 硬件部分

儀器硬件[3]主要由計(jì)算機(jī)及其接口、多功能數(shù)據(jù)采集卡和濾波及放大電路組成，原理框圖如圖1所示。多功能數(shù)據(jù)采集卡采用PCI-9111。這是一種極具性價(jià)比的適合PC及兼容機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，其能夠完成信號(hào)采集(A/D)，數(shù)字信號(hào)的模擬輸出(D/A)及定時(shí)/計(jì)數(shù)功能。其具有8個(gè)模擬量輸入通道，2個(gè)模擬量輸出通道，24個(gè)數(shù)字量I/O接口和3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。輸出的模擬信號(hào)通過濾波器進(jìn)行濾波平滑、放大后即可使用。其中濾波器的選擇視輸出信號(hào)頻率范圍而定，放大倍數(shù)根據(jù)實(shí)際需要分不同的檔位。

圖1 儀器硬件原理框圖

2.2 面板設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的面板如圖2所示。該過程主要包括創(chuàng)建控件和修改空間屬性兩部分。

圖2 儀器面板圖

2.2.1 創(chuàng)建控件

用戶界面共有22個(gè)控件：12個(gè)Button 控件，8個(gè)Numeric控件，1個(gè)Table控件和1個(gè)Timer控件。創(chuàng)建過程如下：?jiǎn)?dòng)CVI，在工程窗口中選擇菜單File→New→UserInterFace (*.uir)，打開空白用戶界面編輯窗口。在其中單擊右鍵，依次選擇所需控件并置于面板的合適位置。

2.2.2 設(shè)置控件屬性

將鼠標(biāo)置于各控件圖標(biāo)上并雙擊左鍵，在彈出的編輯窗口中設(shè)置好各控件的屬性。主要屬性設(shè)置包括控件名稱(Constant Name)、回調(diào)函數(shù)(Callback Function)名、控件標(biāo)題等。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

在完成用戶界面設(shè)計(jì)后，LabWindows可自動(dòng)生成許多代碼以及缺省消息處理函數(shù)，只要在這些函數(shù)中添加所需的代碼即可完成程序的設(shè)計(jì)。具體操作如下：在以上完成的界面窗口菜單中選Code→Generate→All Code進(jìn)入代碼編輯窗口?？丶粹o功能程序源代碼如下，其中加粗部分代碼需程序開發(fā)者自行添加。

int CVICALLBACK cear (int panel, int control, int event,

void *callbackData, int eventData1, int eventData2)

{

char a,zweight;

double Pressure,txt,showP,ShunShi,Tempv;

char val,val1,a1;

int second2,second1,Start;

int delaytime,j,Num ;

int t,t1,t2,n ;

char str[200];

int file,BEGINM;

char temp[50],temp1,N[50][50];

double tempv,tempv1,tempv2,e,x,y,aa,bb,Yao,Jizh;

// double tempv,tempv1;

int second, minute, hour;

int year,day, month;

int resultdate,resulttime,tempdata,Tmax,Tmin,Tsum;

if (event != EVENT_COMMIT)

return FALSE;

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_BEGINM, &Start);

if(Start)

{

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_BINARYSWITCH, ATTR_DIMMED, 1);

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_TIMER, ATTR_ENABLED, 1);

GetCtrlVal (Ee, PANEL_7_NUMERIC, &Jkou);

Zadress=Zadress|Jkou;

DO_WritePort (card, 0, Zadress);

SetCtrlVal (Ss,PANEL_3_BINARYSWITCH , 1);

SetCtrlVal (Ss,PANEL_3_LED , 0);

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_NUMERIC_4, &Jizh);

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_NUMERIC, &Tempv);

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_TIMER, ATTR_ENABLED, 1);

}

else

{

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_BINARYSWITCH, ATTR_DIMMED, 0);

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_BEGINM_2, ATTR_DIMMED, 0);

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_NUMERIC, &aa);

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_NUMERIC1, &bb);

GetCtrlVal (Ss, PANEL_3_BEGINM, &Start);

Zadress=Zadress&0x0000;

DO_WritePort (card, 0, Zadress);//停轉(zhuǎn)1秒

SetCtrlVal(Ss, PANEL_3_BINARYSWITCH, 0) ;

SetCtrlVal (Ss,PANEL_3_LED , 1);

if(Start==0)

{

Data1[i]=aa ;

Data[i]=bb ;

}

i++ ;

m=i;

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_TIMER, ATTR_ENABLED, 0);

// PlotPoint (Ss,PANEL_3_GRAPH_2 , bb,

aa, VAL_SOLID_DIAMOND, VAL_RED);

Delay(1);

SetCtrlAttribute (Ss, PANEL_3_TIMER, ATTR_ENABLED, 1);

}

return 0;

}

完成以上代碼添加并保存后，在工程窗口中選擇：Ed-it→add File To Project→all Files(．*)，依次將前述界面文件、代碼文件以及自動(dòng)生成的頭文件加入到工程文件中。通過Run dun Project命令即可運(yùn)行工程文件。

2.4 測(cè)量過程

首先將軸承、附件和內(nèi)隔套固定，點(diǎn)擊控制面板的“基準(zhǔn)零位”按鈕，通過壓力傳感器獲得的壓力值即為軸承的基準(zhǔn)零位。然后放上軸承、附件和外隔套，并點(diǎn)擊“自動(dòng)測(cè)量”控件按鈕，當(dāng)成對(duì)軸承的壓力傳感器的壓力值達(dá)到基準(zhǔn)零位值后，儀器停止測(cè)量，控制面板顯示的位移傳感器值即為軸承凸出量值。

3 結(jié)束語(yǔ)

虛擬儀器是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過對(duì)LabWindows軟件開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用，提高操作效率，美化操作界面，便于對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤與讀盤，提高了軸承凸出量測(cè)量效率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將會(huì)在軸承測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。