一种数字化SPC高精密位移传感多路器及其在线校正和数据传输方法技术领域
本发明涉及数字化SPC技术领域，具体涉及一种数字化SPC高精密位移传感多路器
及其在线校正和数据传输方法，用于机械加工产品特别是精密轴承的几何加工尺寸质量的
统计过程控制。
背景技术
统计过程控制(简称SPC)是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过
程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，
使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。
当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态；当过程中存在系统因素的
影响时，过程处于统计失控状态。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性
一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。SPC正是利用过程波动的统计
规律性对过程进行分析控制。因而，它强调过程在受控和有能力的状态下运行，从而使产品
和服务稳定地满足顾客的要求。
实施SPC分为两个阶段，一是分析阶段，二是监控阶段。
分析阶段用SPC工具对过程进行分析，如绘制分析用控制图等；根据分析结果采取
必要措施：可能需要消除过程中的系统性因素，也可能需要管理层的介入来减小过程的随
机波动以满足过程能力的需求。首先要进行的工作是生产准备，即把生产过程所需的原料、
劳动力、设备、测量系统等按照标准要求进行准备。生产准备完成后就可以进行，注意一定
要确保生产是在影响生产的各要素无异常的情况下进行；然后就可以用生产过程收集的数
据计算控制界限，做成分析用控制图、直方图、或进行过程能力分析，检验生产过程是否处
于统计稳态、以及过程能力是否足够。如果任何一个不能满足，则必须寻找原因，进行改进，
并重新准备生产及分析。直到达到了分析阶段的两个目的，则分析阶段可以宣告结束，进入
SPC监控阶段。
监控阶段用控制图对过程进行监控。主要工作是使用控制用控制图进行监控。此
时控制图的控制界限已经根据分析阶段的结果而确定，生产过程的数据及时绘制到控制
上，并密切观察控制图，控制图中点的波动情况可以显示出过程受控或失控，如果发现失
控，必须寻找原因并尽快消除其影响。监控可以充分体现出SPC预防控制的作用。
在工厂的实际应用中，对于每个控制项目，都必须经过以上两个阶段，并且在必要
时会重复进行这样从分析到监控的过程。
不管在分析阶段还是在监控阶段，生产过程收集的数据都是SPC得以顺利实施的
关键，随着技术的发展，SPC与计算机技术尤其是网络技术的结合越来越紧密。在机械加工
产品特别是精密轴承的几何加工过程中，对加工质量的控制需求较高，及时采样收集正确
的数据显得尤为重要。现有的数据手段还存在不少缺陷，主要表现在现有的SPC过程使用的
位移传感多路器都是只具备单一品牌接口，缺少互换性，这会带来一系列的效率、精度和成
本的问题，同时现有技术中的数据校正依赖上位机来实现，或者根本没有数据校正功能，数
据收集效率和可靠性均无法得到保证。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种数字化SPC高精密位移传感多路器，包括
主控制器、SPC位移传感器、及EEPROM存储器、，所述主控制器设有通讯协议识别匹配模块、
测量数据校正模块和数据转换传输模块，所述主控制器还设有与通讯协议识别匹配模块连
接的SPC位移传感器接口、与测量数据校正模块连接的校准数据存储接口和与数据转换传
输模块连接的USB接口，所述SPC位移传感器接口与SPC位移传感器的输出接口连接，所述校
准数据存储接口与EEPROM存储器连接，还包括记录在线校正数据点的第一校准按钮和与第
一校准按钮配合进入或退出在线校正模式的第二校准按钮，所述第一校准按钮和第二校准
按钮与测量数据校正模块连接。
优选地，所述的SPC位移传感器接口包括DigiMatic接口和/或串行接口。
优选地，所述的主控制器还设有通过组合式的闪烁方式指示通讯协议识别匹配模
块识别出的传感器类型和工作状态的LED指示灯。
一种采用上述数字化SPC高精密位移传感多路器的数据传输方法，SPC位移传感器
与SPC位移传感器接口连接，通讯协议识别匹配模块识别SPC位移传感器的类型和通信协
议，通讯协议识别匹配模块进行与SPC位移传感器匹配的波特率等参数设定，主控制器接收
SPC位移传感器输入的测量数据，数据转换传输模块对输入的测量数据进行格式转换，数据
转换传输模块以统一格式将转换后的测量数据通过USB接口输出到主机。
一种采用上述数字化SPC高精密位移传感多路器的数据在线校正方法，按下第一
校准按钮和第二校准按钮，测量数据校正模块进入在线校正模式，再按一下第一校准按钮，
测量数据校正模块记录测量数据的零点，再按一下第一校准按钮，测量数据校正模块记录
测量数据的上限点，再按一下第一校准按钮，测量数据校正模块记录测量数据的中位点，再
按一下第一校准按钮，测量数据校正模块记录测量数据的四分之一点，再按一下第一校准
按钮，测量数据校正模块记录测量数据的四分之三点，依次进行二分点的测量数据记录，直
到计满八次，同时按下第一校准按钮和第二校准按钮两个按钮，测量数据校正模块将记录
的测量数据保存到EEPROM存储器中，完成校正。
一种采用前述数据在线校正方法的数据传输方法，SPC位移传感器与SPC位移传感
器接口连接，通讯协议识别匹配模块识别SPC位移传感器的类型和通信协议，通讯协议识别
匹配模块进行与SPC位移传感器匹配的波特率等参数设定，主控制器接收SPC位移传感器输
入的测量数据，主控制器将输入的测量数据发送至测量数据校正模块进行校正，测量数据
校正模块将校正后的测量数据发送到数据转换传输模块，数据转换传输模块对校正后的测
量数据进行格式转换，数据转换传输模块以统一格式将转换后的测量数据通过USB接口输
出到主机。
在根据本发明的数字化SPC高精密位移传感多路器的数据在线校正方法中，优选
地，测量数据校正模块进入在线校正模式时，设置LED指示灯以半秒每次的频率闪烁。
根据本发明的数字化SPC高精密位移传感多路器，用于机械加工产品特别是精密
轴承的制造质量控制。根据本发明的数字化SPC高精密位移传感多路器，主控制器的自适应
嵌入式软件在插上SPC位移传感器的时候，就可以自动进行通讯协议的识别和匹配，无需人
工干预，降低使用者的技术难度要求。根据本发明的数字化SPC高精密位移传感多路器适应
面广，能够整合多种SPC位移传感器，包括但不限于DigiMatic接口和/或串行接口的各种位
移传感器，自适应符合DigiMatic接口、串行接口规范的多种SPC位移传感器接口，做到了真
正的互操作和热插拔，实现多种数字化接口类型的SPC位移传感器的互换互通；同时实现了
将SPC位移传感器的测量数据及时准确上传到计算机主机，只要一插上兼容的SPC位移传感
器，数据就可以通过USB接口，以统一的格式，上传到计算机主机上。提升了SPC控制过程采
集传输数据的效率和精度，也降低了使用成本。
根据本发明的数字化SPC高精密位移传感多路器，同时能够在线校正SPC位移测量
数据，在线校正方式采用二分法最小二乘拟合的方式，通过简单的板上按钮第一校准按钮
和第二校准按钮的操作，实时控制测量数据校正模块进行测量数据校正，并将测量数据校
正模块进行二分法最小二乘拟合运算后的结果存储到板上的EEPROM存储器中，即使掉电也
不丢失。提升了SPC控制过程采集传输数据的效率和精度，也降低了使用成本。同时实现了
数据在线校正，进一步提升了数据收集的效率，保证了数据的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的数字化SPC高精密位移传感多路器示意图。
图2为本发明实施例的数字化SPC高精密位移传感多路器的数据传输方法步骤示
意图。
图3为本发明实施例的数字化SPC高精密位移传感多路器的数据在线校正方法步
骤示意图。
图4为本发明实施例的采用前述数据在线校正方法的数据传输方法步骤示意图。
主控制器1 SPC位移传感器5
通讯协议识别匹配模块11 EEPROM存储器6
测量数据校正模块12 第一校准按钮71
数据转换传输模块13 第二校准按钮72
SPC位移传感器接口2 LED指示灯8
校准数据存储接口3 主机9
USB接口4
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明
的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本发明内涵的情况下做类似改进， 因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上
或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1-2，本发明实施例提供了一种数字化SPC高精密位移传感多路器，包括
主控制器1、SPC位移传感器5及EEPROM存储器6，所述主控制器1设有通讯协议识别匹配模块
11、测量数据校正模块12和数据转换传输模块13，所述主控制器1还设有与通讯协议识别匹
配模块11连接的SPC位移传感器接口2、与测量数据校正模块12连接的校准数据存储接口3
和与数据转换传输模块13连接的USB接口4。所述SPC位移传感器5的输出接口与SPC位移传
感器接口2连接，所述EEPROM存储器6与校准数据存储接口3连接。
所述数字化SPC高精密位移传感多路器还包括记录在线校正数据点的第一校准按
钮71和与第一校准按钮71配合进入或退出在线校正模式的第二校准按钮72，所述第一校准
按钮71和第二校准按钮72与测量数据校正模块12连接。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，所述的SPC位移
传感器5用于测量设备运动部件如工件、刀具等的位移数据，SPC位移传感器5的接口类型包
括但不限于DigiMatic接口和/或串行接口，相应的，所述的SPC位移传感器接口2也包括但
不限于DigiMatic接口和/或串行接口。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，所述的主控制
器1还设有通过组合式的闪烁方式指示通讯协议识别匹配模块11识别出的传感器类型和工
作状态的LED指示灯8。LED指示灯8在主控制器1的电路板上设置三只，根据识别出的SPC位
移传感器5类型进行组合，用不同组合的闪烁方式指示当前传感器的类型和工作状态。
一种采用上述数字化SPC高精密位移传感多路器的数据传输方法，其包括以下步
骤：
步骤S11：SPC位移传感器5与SPC位移传感器接口2连接，SPC位移传感器5根据所用
的量具不同，其接口类型有DigiMatic接口或串行接口或其它类型的接口，相应的，SPC位移
传感器接口2也包括有DigiMatic接口或串行接口或其它类型的接口，将所用的SPC位移传
感器5接口与对应类型的SPC位移传感器接口2连接。
步骤S12：通讯协议识别匹配模块11识别SPC位移传感器5的类型和通信协议，通讯
协议识别匹配模块11根据检测到的数据信号进行分析判断，识别出所用的SPC位移传感器5
的类型和通信协议。
步骤S13：通讯协议识别匹配模块11进行与SPC位移传感器5匹配的波特率等参数
设定，根据识别出的SPC位移传感器5的类型和通信协议，通讯协议识别匹配模块11对主控
制器1进行数据接收格式的参数设定。
步骤S14：主控制器1接收SPC位移传感器5输入的测量数据，根据通讯协议识别匹
配模块11设定的参数，主控制器1的处理程序切换进入特定的数据接收模式。
步骤S15：数据转换传输模块13对输入的测量数据进行格式转换，将主控制器1接
收的测量数据按照后续传输和处理的要求进行处理，转换成预先设定的统一格式。
步骤S16：数据转换传输模块13以统一格式将转换后的测量数据通过USB接口4输
出到主机9，供后续的数据存储、分析和显示，并根据使用需求向特定终端或SPC云进一步传
输。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，用于机械加工
产品特别是精密轴承的制造质量控制。根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传
感多路器，主控制器1的自适应嵌入式软件在插上SPC位移传感器5的时候，就可以自动进行
通讯协议的识别和匹配，无需人工干预，降低使用者的技术难度要求。本发明实施例的一种
数字化SPC高精密位移传感多路器适应面广，能够整合多种SPC位移传感器，包括但不限于
DigiMatic接口和/或串行接口的各种位移传感器，自适应符合DigiMatic接口、串行接口规
范的多种SPC位移传感器接口，做到了真正的互操作和热插拔，实现多种数字化接口类型的
SPC位移传感器的互换互通；同时实现了将SPC位移传感器的测量数据及时准确上传到计算
机主机9，只要一插上兼容的SPC位移传感器5，数据就可以通过USB接口4，以统一的格式，上
传到计算机主机9上。提升了SPC控制过程采集传输数据的效率和精度，也降低了使用成本。
实施例2
请参阅图1、图3-4，本发明实施例提供了一种数字化SPC高精密位移传感多路器，
包括主控制器1、SPC位移传感器5及EEPROM存储器6，所述主控制器1设有通讯协议识别匹配
模块11、测量数据校正模块12和数据转换传输模块13，所述主控制器1还设有与通讯协议识
别匹配模块11连接的SPC位移传感器接口2、与测量数据校正模块12连接的校准数据存储接
口3和与数据转换传输模块13连接的USB接口4，所述SPC位移传感器接口2与SPC位移传感器
5的输出接口连接，所述校准数据存储接口3与EEPROM存储器6连接，还包括记录在线校正数
据点的第一校准按钮71和与第一校准按钮71配合进入或退出在线校正模式的第二校准按
钮72，所述第一校准按钮71和第二校准按钮72与测量数据校正模块12连接。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，所述的SPC位移
传感器5用于测量设备运动部件如工件、刀具等的位移数据，SPC位移传感器5的接口类型包
括但不限于DigiMatic接口和/或串行接口，相应的，所述的SPC位移传感器接口2也包括但
不限于DigiMatic接口和/或串行接口。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，所述的主控制
器1还设有通过组合式的闪烁方式指示通讯协议识别匹配模块11识别出的传感器类型和工
作状态的LED指示灯8。LED指示灯8在主控制器1的电路板上设置三只，根据识别出的SPC位
移传感器5类型进行组合，用不同组合的闪烁方式指示当前传感器的类型和工作状态。
本实施例与实施例1的主要区别在于，根据对第一校准按钮71和第二校准按钮72
的操作控制，将本数字化SPC高精密位移传感多路器的硬件和模块的运作进行了重新组合，
以在线进行测量数据的校正，并传输经过在线校正后的测量数据。
一种采用上述数字化SPC高精密位移传感多路器的数据在线校正方法，其包括以
下步骤：
步骤S21：按下第一校准按钮71和第二校准按钮72，测量数据校正模块12进入在线
校正模式，此时主控制器1的处理程序切换进入二分法最小二乘拟合方式运算程序并开始
控制测量数据校正模块12根据进一步的操作记录校正数据点。
步骤S22：再按一下第一校准按钮71，测量数据校正模块12记录测量数据的零点，
此测量数据点是后续进行二分法最小二乘拟合方式运算的数据范围起点。
步骤S23：再按一下第一校准按钮71，测量数据校正模块12记录测量数据的上限
点，此测量数据点是后续进行二分法最小二乘拟合方式运算的数据范围终点。
步骤S24：再按一下第一校准按钮71，测量数据校正模块12记录测量数据的中位
点，此测量数据点是后续进行二分法最小二乘拟合方式运算的数据范围二分点。
步骤S25：再按一下第一校准按钮71，测量数据校正模块12记录测量数据的四分之
一点，此测量数据点是后续进行二分法最小二乘拟合方式运算的数据范围的四分之一点。
步骤S26：再按一下第一校准按钮71，测量数据校正模块12记录测量数据的四分之
三点，此测量数据点是后续进行二分法最小二乘拟合方式运算的数据范围四分之三点。
步骤S27：依次进行二分点的测量数据记录，直到计满八次，得到进行对数据值进
行八次二分的各个数据点及其划分的数据范围。
步骤S28：同时按下第一校准按钮71和第二校准按钮72两个按钮，向主控制器1和
测量数据校正模块12发出结束数据点划分和记录的指示。
步骤S29：测量数据校正模块12将记录的测量数据保存到EEPROM存储器6中，完成
校正。
在测量数据校正模块12进入在线校正模式时，主控制器1控制LED指示灯8以半秒
每次的频率闪烁。
一种采用前述数据在线校正方法的数据传输方法，其包括以下步骤：
步骤S31：SPC位移传感器5与SPC位移传感器接口2连接，SPC位移传感器5根据所用
的量具不同，其接口类型有DigiMatic接口或串行接口或其它类型的接口，相应的，SPC位移
传感器接口2也包括有DigiMatic接口或串行接口或其它类型的接口，将所用的SPC位移传
感器5接口与对应类型的SPC位移传感器接口2连接。
步骤S32：通讯协议识别匹配模块11识别SPC位移传感器5的类型和通信协议，通讯
协议识别匹配模块11根据检测到的数据信号进行分析判断，识别出所用的SPC位移传感器5
的类型和通信协议。
步骤S33：通讯协议识别匹配模块11进行与SPC位移传感器5匹配的波特率等参数
设定，根据识别出的SPC位移传感器5的类型和通信协议，通讯协议识别匹配模块11对主控
制器1进行数据接收格式的参数设定。
步骤S34：主控制器1接收SPC位移传感器5输入的测量数据，根据通讯协议识别匹
配模块11设定的参数，主控制器1的处理程序切换进入特定的数据接收模式。
步骤S35：主控制器1将输入的测量数据发送至测量数据校正模块12进行校正，测
量数据校正模块12调用保存到EEPROM存储器6中的校正数据对本次测量数据进行校正。
步骤S36：测量数据校正模块12将校正后的测量数据发送到数据转换传输模块13。
步骤S37：数据转换传输模块13对校正后的测量数据进行格式转换，将接收到的测
量数据按照后续传输和处理的要求进行处理，转换成预先设定的统一格式。
步骤S38：数据转换传输模块13以统一格式将转换后的测量数据通过USB接口4输
出到主机9，供后续的数据存储、分析和显示，并根据使用需求向特定终端或SPC云进一步传
输。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，用于机械加工
产品特别是精密轴承的制造质量控制。根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传
感多路器，主控制器1的自适应嵌入式软件在插上SPC位移传感器5的时候，就可以自动进行
通讯协议的识别和匹配，无需人工干预，降低使用者的技术难度要求。本发明实施例的一种
数字化SPC高精密位移传感多路器适应面广，能够整合多种SPC位移传感器，包括但不限于
DigiMatic接口和/或串行接口的各种位移传感器，自适应符合DigiMatic接口、串行接口规
范的多种SPC位移传感器接口，做到了真正的互操作和热插拔，实现多种数字化接口类型的
SPC位移传感器的互换互通；同时实现了将SPC位移传感器的测量数据及时准确上传到计算
机主机9，只要一插上兼容的SPC位移传感器5，数据就可以通过USB接口4，以统一的格式，上
传到计算机主机9上。提升了SPC控制过程采集传输数据的效率和精度，也降低了使用成本。
作为根据本发明实施例的一种数字化SPC高精密位移传感多路器，同时能够在线
校正SPC位移测量数据，在线校正方式采用二分法最小二乘拟合的方式，通过简单的板上按
钮第一校准按钮71和第二校准按钮72的操作，实时控制测量数据校正模块12进行测量数据
校正，并将测量数据校正模块12进行二分法最小二乘拟合运算后的结果存储到板上的
EEPROM存储器6中，即使掉电也不丢失。提升了SPC控制过程采集传输数据的效率和精度，也
降低了使用成本。同时实现了数据在线校正，进一步提升了数据收集的效率，保证了数据的
可靠性。
上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此
而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不
脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因
此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。