LabVIEW案例实战

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本书从工程实际应用出发，强调LabVIEW软件的实际操作和机械工程测试领域问题的分析与解决，教会读者如何基于LabVIEW软件的范例进行修改，从而寻求问题的*解决方案。全书分为3篇：第1篇为LabVIEW编程入门实例（第1章和第2章），介绍LabVIEW的基本工具和核心概念；第2篇为机械工程领域常见物理量测量模块的程序编制实例（第3~6章），以滚珠丝杠副为对象，给出了温度测量模块、输入扭矩测量模块、振动测量模块及定位精度测量与分析模块程序的详细编制过程；第3篇基于滚珠丝杠副综合性能实验平台，给出第2篇编制的测量模块具体应用方法（第7章和第8章）。
本书既可作为LabVIEW数据采集初学者的入门教材，也可作为高等院校测试技术、虚拟仪器技术、自动控制等相关课程的实训教材和教学参考书，还可作为相关工程技术人员的技术手册。

陈勇将  现执教于常州工学院，有超过8年的机械性能参数测试与分析工程经验，致力于机床系统动态特性分析、性能参数测量与分析、高精度定位控制等领域的研究工作。在教学中探索了“项目式教学”方法，切实引导学生动手搭建测试系统，突破了原有的课程体系，提高了学生独立思考问题、发现问题与解决问题的能力。在科研教学实践中，先后主持或参与了5项省部级科研项目，发表论文12篇，其中SCI检索论文2篇，获授权发明专利4项；指导学生获得国家级学科竞赛一等奖１项、二等奖2项，省级学科竞赛特等奖2项、一等奖1项、三等奖2项，并有1项创新创业实践项目获“国家级大学生创新创业训练计划”立项。

目录

第1篇LabVIEW编程入门实例

第1章温度报警系统

1．1温度报警系统程序编制说明

1．2温度报警系统程序编制步骤

1．2．1温度报警系统前面板制作

1．2．2温度报警系统程序框图编制

1．2．3温度报警系统调试、运行和保存

第2章可乐自动贩售机

2．1可乐自动贩售机程序编制说明

2．2可乐自动贩售机程序编制步骤

2．2．1可乐自动贩售机前面板制作

2．2．2可乐自动贩售机程序框图编制

2．3可乐自动贩售机程序的保存和运行

2．3．1保存VI

2．3．2运行VI

第2篇机械工程领域常见物理量测量模块

第3章滚珠丝杠副温度测量模块

3．1滚珠丝杠副温度测量模块程序编制说明

3．2滚珠丝杠副温度测量模块程序编制步骤

3．2．1滚珠丝杠副温度测量模块程序框图编制

3．2．2滚珠丝杠副温度测量模块前面板制作

第4章滚珠丝杠副输入扭矩测量模块

4．1滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制说明

4．2滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制步骤

4．2．1滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序框图编制

4．2．2滚珠丝杠副输入扭矩测量模块前面板制作

第5章滚珠丝杠副振动测量模块

5．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制说明

5．2滚珠丝杠副振动测量模块程序编制步骤

5．2．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制思路

5．2．2滚珠丝杠副振动测量模块程序框图编制

5．2．3滚珠丝杠副振动测量模块前面板制作

第6章滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块

6．1滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制说明

6．2滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制步骤

6．2．1滚珠丝杠副定位精度测量模块程序编制思路

6．2．2滚珠丝杠副定位精度测量模块程序框图编制

6．2．3滚珠丝杠副定位精度测量模块前面板制作

6．2．4滚珠丝杠副定位精度分析模块程序框图编制

6．2．5滚珠丝杠副定位精度分析模块前面板制作

第3篇基于滚珠丝杠副综合性能实验平台

第7章滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面

7．1滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制说明

7．2滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制步骤

7．2．1滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面前面板制作

7．2．2滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序框图编制

第8章滚珠丝杠副综合性能测量与分析实例

8．1测试平台

8.2测量内容

8．2．1滚珠丝杠副温度测量

8．2．2滚珠丝杠副输入扭矩测量

8．2．3滚珠丝杠副振动测量

8．2．4滚珠丝杠副定位精度测量

前言
LabVIEW是专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，它提供了一种图形化编程方法，可帮助读者对应用程序的各个方面进行可视化，包括硬件配置、数据测量与分析。本书基于滚珠丝杠副综合性能测量的工程实例，详细介绍了使用LabVIEW编制滚珠丝杠副综合性能测量系统的步骤，此系统包括温度测量模块、输入扭矩测量模块、振动测量模块和定位精度测量与分析模块。
滚珠丝杠副的温升直接引起其部件温度位移的变化，其温度测量需要测量两端轴承、工作台和丝杠的温度，丝杠温度的测量需要考虑在工作状态下，丝杠一直在做旋转运动。第3章给出滚珠丝杠副温度测量模块程序编制的详细步骤。
滚珠丝杠副输入扭矩即是与丝杠连接的伺服电机输出的扭矩，此扭矩数值是用来计算滚珠丝杠副传递效率的重要参数之一。滚珠丝杠副输入扭矩的测量需要考虑电压与扭矩的转换关系。第4章给出滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制的详细步骤。
伴随高速化的发展，滚珠丝杠副的振动问题越加突出。滚珠丝杠副的振动不仅产生污染环境的噪声，还会直接影响滚珠丝杠副进给系统的跟踪精度。滚珠丝杠副的振动通常采用加速度传感器进行测量，第5章给出滚珠丝杠副振动测量模块程序编制的详细步骤。
滚珠丝杠副的定位精度是螺母在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，即螺母在按照数控指令完成运动后实际位置与目标位置的差值。滚珠丝杠副的定位精度直接影响了机床加工工件的表面质量和精度。第6章给出滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制的详细步骤。
最后给出滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制的详细步骤，并基于滚珠丝杠副综合性能实验平台，使用已编制的滚珠丝杠副综合性能测量与分析系统，对轴承端、工作台及丝杠的温度、伺服电机的输出扭矩、工作台的振动与实验台的定位精度进行测量与分析。
本书主要由陈勇将编写。此外，美国国家仪器有限公司（NI）院校计划部大区经理高明泽也参与了部分内容的编写。本书的出版得到了2017年教育部第一批产学合作协同育人项目（项目编号 201701009009）的支持。感谢清华大学出版社的编辑给我们的写作提出了宝贵的意见。由于时间仓促，书中难免存在不妥之处，敬请读者谅解并提出宝贵意见。
感谢丁海毅和刘祥在格式修改上提供的帮助。

陈勇将
2019年2月

第5章

滚珠丝杠副振动测量模块

第5章滚珠丝杠副振动测量模块
伴随高速化的发展，滚珠丝杠副的振动问题越加突出。滚珠丝杠副的振动不仅能产生污染环境的噪声，还会直接影响滚珠丝杠进给系统的跟踪精度。滚珠丝杠副的振动通常采用加速度传感器进行测量。
5．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制说明
1. 滚珠丝杠副振动测量模块前面板
本实例的前面板界面如图51所示： “通道设置”部分为3个“DAQmx物理通道”控件； “参数设置”部分包括4个“数值输入”控件和3个“文本下拉列表”控件； “定时设置”部分包括2个“数值输入”控件、1个“DAQmx接线端”以及1个“数值显示”控件； “数据采集 ”部分包括1个“文件路径输入”控件和2个“布尔”控件； “数据显示”部分为1个“波形图表”显示控件。
2. 滚珠丝杠副振动测量模块程序框图
程序框图用于程序的构建，通过在框图上放置函数、子VI和结构来创建具体的程序。本实例的程序框图如图52所示。
本VI使用“While循环”和“Case结构”作为设计框架，以NI自带的“DAQmx数据采集”模块作为主体部分。其中包括“DAQmx创建通道”“DAQmx定时”“DAQmx开始任务”“DAQmx读取”“DAQmx停止任务”“DAQmx清除任务”等函数。同时在参考范例的基础上修改数据记录的方式，使用“写入测量文件”函数来完成数据的记录。具体的实现方法，请参看后面的操作步骤。

图51滚珠丝杠副振动测量模块前面板

5．2滚珠丝杠副振动测量模块程序编制步骤
5．2．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制思路

考虑到LabVIEW的NI范例中已有关于IEPE加速度传感器数据的采集VI，IEPE加速度传感器是指一种自带电量放大器或电压放大器的加速度传感器，可以使用范例中此VI为振动测量程序提供一个初步的设计模板。在NI范例查找器中，依次选择“硬件输入与输出”→DAQmx→“模拟输入”→“IEPE连续输入”范例。“IEPE连续输入”范例的前面板和程序框图如图53和图54所示。

图53“IEPE连续输入”范例的前面板

5．2．2滚珠丝杠副振动测量模块程序框图编制
1． 创建基础框架及通道设置

(1) 新建VI。类似于第2章“可乐自动贩售机”的程序框图。此处也采用了“While循环”和“Case结构”函数作为程序的主体框架。切换至程序框图，依次创建“While循环”和“条件结构”，将它们放置在程序框图合适的位置。结果如图55所示。

图55创建“循环结构”函数

(2) 设置“条件结构”的条件以及控件显示样式。在“条件结构”的“分支选择器”处右击，在弹出的快捷菜单中选择“创建输入控件”命令。双击“布尔”控件的“标签”，将其修改为“确定参数”，结果如图56所示。

图56创建输入控件

切换至前面板，右击“确定参数”控件，在弹出的快捷菜单中选择“替换”→“银色”→“布尔”→“空白按钮(银色)”控件，隐藏控件的“标签”，“确定参数”控件显示为，如图57所示。后面多处使用该命令，此处截图作为提示，后面仅以文字说明。

图57隐藏控件的“标签”

右击“确定参数”控件，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令。在“外观”选项卡中勾选“显示布尔文本”和“多字符串显示”复选框，并将“开时文本”内容改为“重置参数”，将“关时文本”内容改为“确定参数”，如图58所示。最终“确定参数”控件显示为。

图58设置布尔控件参数