操作、建模和分析软件上位机优化

上位机操作软件平台是自行编制的配合误差实时补偿控制系统使用的综合性软件，采用美国NI公司的LabVIEW软件作为工具软件，采用模块化编程方式分别完成了补偿操作功能模块、实时建模功能模块以及测试数据分析功能模块的编制。

1.上位机软件补偿操作功能模块

上位机通过RS232通信接口与误差实时补偿控制系统连接。在软件结构上，实时温度和位移数据采集线程、数据处理和人机界面交互线程都能够通过内置的专用接口程序与上位机实现数据交互和实时通信。

上位机可以通过专用的程序下载工具将温度位移采集程序或数据处理和人机界面程序直接在线下载到单片机中，也可以通过串口中断的特殊指令，和温度位移采集线程或数据处理和人机界面线程直接进行数据交互：

1）硬件通道切换到温度位移采集MCU时，上位机通过串口发送特殊控制指令代码，激活温度位移采集线程中相应的MCU与PC连接子程序，上位机此时可通过编制的监控软件直接读取实时的温度和位移数据，同时将相关数据和曲线显示在界面上，并把数据实时保存在计算机的硬盘上，便于后面的分析和进一步研究。

2）硬件通道切换到数据处理及人机界面MCU时，上位机同样通过串口发送特殊控制指令代码，激活数据处理和人机界面线程中相应的MCU与PC连接子程序，上位机可通过编制的实时自动在线建模程序将更新的数学模型实时传送到主线程的模型库中，并刷新相关的数学模型公式。此外，操作者还可通过上位机进行手动补偿，选择相应的轴号、补偿点机床坐标位置以及补偿量大小驱动补偿系统立即进行补偿动作。

上位机操作软件的人机界面如图6-18所示，操作人员可方便地通过人机操作界面实现对误差补偿控制系统的监控和设置，并可对机床的实时温度数据进行保存和后处理。

图6-18 上位机操作软件的人机界面

2.上位机软件的实时建模功能模块

将激光干涉仪或者球杆仪的测试结果直接导入软件平台，通过实时建模功能，可在线计算出数控机床的误差元素数学模型，并自动将相应的数学模型加载到补偿系统存储单元的指定地址中，创建模型公式或者刷新原有的模型公式。

（1）激光干涉仪测量数据的实时建模 上位机与补偿系统通过串口连接，并把已经布置在机床上的温度传感器电缆接头通过航空接头连接到补偿系统的端口上。采用雷尼绍的激光干涉仪测量数控机床运动轴的定位误差，包括室温下的几何误差以及温升过程中的阶段性定位误差。测试结果保存为指定的文件名顺序，将测试结果自动导入补偿系统上位机的指定数据保存区。启用软件平台中的定位误差实时建模功能模块，则该功能模块将自动把测试的多组定位误差数据和测试过程的温度变化数据导入到实时建模数据分析和处理线程中，提取和重组激光干涉仪测试的相关数据信息以及相关测试时间内的温度数据，据此再调用专家系统的建模软件模块，在后台自动生成该数控机床的数学模型公式，并通过上位机与补偿系统的串口通信，将数学模型的相关内容下载到补偿系统外部存储单元的相应地址空间中。建模过程为在线实时方式，不用操作人员人为干涉，有利于补偿系统的推广使用。定位误差实时建模功能模块的相关界面如图6-19所示，可直观地看到室温下的几何误差以及各种温度下的误差曲线拟合情况。

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图6-19 定位误差实时建模功能模块界面

（2）球杆仪测量数据的实时建模 采用球杆仪可同时测量数控机床两个轴的联合运动，并通过圆度误差来衡量机床作圆周插补运动时的整体误差。圆度误差的实时建模功能模块界面如图6-20所示。

图6-20 圆度误差实时建模功能模块界面

同样将上位机与补偿系统连接，采用雷尼绍的球杆仪测量圆度误差，测试结果保存为指定的文件名。将测试结果自动导入补偿系统上位机的指定数据保存区，启用相应的圆度实时建模功能模块。该功能模块将自动把测试的圆度误差数据导入预处理线程中：首先，提取圆度误差测试的过程数据并根据起始角度和测试方向进行重组；然后，调用专家系统中的线性分段算法模型，将圆度数据进行相关的后台处理；按照分段均值法，得出该加工条件下的圆度误差补偿模型数据表，并通过上位机与补偿系统的串口通信，将该模型数据表下载到补偿系统外部存储单元的相应地址空间中。

3.上位机软件的测试数据分析功能模块

测试数据分析功能模块主要用于对补偿前后的测试数据进行分析和比较，操作界面如图6-21所示。

由于雷尼绍的分析软件只能针对某个测试数据进行查看和分析，因此不便于对比补偿前后的效果，本功能模块可同时调用补偿前后的定位误差数据或圆度误差数据并同时显示在一个曲线框图中，可直观地对补偿效果进行对比和分析。

图6-21 测试数据分析功能模块操作界面

测试数据分析功能模块目前可同样计算雷尼绍激光干涉仪分析数据表中所有按照相关标准计算的分析结果值，并可计算雷尼绍球杆仪测试软件中的部分计算值。