基于虚拟仪器的小口径火炮身管内径测试技术研究(3)
（3）组建一套软件测试系统，包括采集、处理和分析软件等，并通过试验验证，进行误差分析，完善设备、软件，进行误差补偿。
2 总体方案设计
2.1 设计要求
基于虚拟仪器的小口径火炮身管内径测试系统需要达到以下主要性能技术指标：
（1）检测对象：某小口径火炮线膛身管内径；
（2）轴向位移测量精度：±1mm；
（3）运动组件长度：50mm；
（4）测量重复性：小于0.01mm；
（5）测量精度：0.01mm；
（6）工作环境温度：-10℃~+60℃；
供电电源：AC220V±10%，50Hz（测量组件电源为安全电压）。
2.2 总体设计方案
测量身管的内径，是为了检查生产质量、烧蚀变化状况。按磨损程度膛线磨损可分为三等：中等磨损、严重磨损以及阳线残存。考虑到国内目前火炮身管规格实际情况，以及本课题研究的是小身管火炮身管内径，本测量系统采用接触式测量方法，来求取火炮身管内径。用计算机驱动控制硬件设备，软件采集处理数据，从而实现小口径火炮身管的内径测试。
整个内径测量系统由硬件测量系统和软件系统组成。测量系统包括传感器、定位装置、加长推杆和三脚架。传感器包括电容传感器和激光测距仪，电容传感器用来测量身管内径，激光测距仪用来测量电容传感器距炮口的距离即轴向距离。定位装置分为阳线定位柱、阴线定位柱及其安装零件，将测径头固定在需检测的膛线上，按照规定轨迹运动；加长推杆与电容传感器连接，测试人员手握推杆将电容传感器向前推进；激光测距仪可安装在三脚架上。
软件系统的功能主要有：数据通信、外设检测、传感器静态标定、测试、数据管理以及结果输出。
总之，整个测试系统由传感器、定位装置、加长推杆和计算机4个部分组成。内径测试系统组成框图如图2.1所示。
图2.1 小口径火炮身管内径测试系统组成图
2.2.1 硬件设计方案
在这整个硬件系统中，我们综合运用了如下几种技术，分别是光学、机械原理、激光知识、控制理念，还有计算机控制方面等众多学科技术。在根据检测系统的总体设计方案的基础上，把系统的硬件部分分为检测部分和控制仪部分。检测部分用来实现数据采集，主要包括检测本体、定位机构、激光位移传感器、激光发射器、位移传感器、信号采集；控制仪主要实现仪器控制和数据处理、显示和传输，主要包括主控计算机、显示器、主控制器、键盘等。
位移传感器选用电容传感器，电容传感器对准需检测的轨迹目标，从管道一端紧贴内壁，缓缓推入获取径向信号。轴向位置信号的采集获取利用激光测距传感器，该测距传感器用三脚架固定安装在被检测火炮管道的另一端，其利用相对相位测量原理，用参考信号和反射信号的相位差，求得被测物体的距离。径向信号表示内径的变化量，轴向信号表示在小口径管道内测量组件运动的距离，两组信号一一对应得到管道内不同轴向位置处的直径分布数据。计算机系统主要是用于仪器控制和数据的采集、分析、管理以及结果输出。
2.2.2 软件设计方案
该小口径火炮身管内径测试系统，它的软件部分是用LabVIEW编写出来的程序。该软件程序设计便于灵活监控，也便于设计和调试，具有使用方便、效率高、结构灵活等特点。系统软件用来完成数据采集、数据处理、数据图形显示、存储结果以及打印输出等功能。软件由串口设置模块、数据传输模块、数据处理及图形显示模块、信息查看模块等组成，各模块的功能分别为：
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