藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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AD轉(zhuǎn)換過(guò)程.dwg
VA11簡(jiǎn)圖.dwg
不同軸的主要情形.dwg
不平衡與不對(duì)中變化形式.dwg
不平衡的振動(dòng)頻譜.dwg
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信號(hào)復(fù)原.dwg
偏態(tài)和峭度.dwg
外文翻譯--平面度測(cè)量.doc
總圖.dwg
概率密度函數(shù)的定義.dwg
模擬信號(hào)數(shù)字處理過(guò)程.dwg
正弦函數(shù).dwg
測(cè)診系統(tǒng)組成框圖.dwg
混頻現(xiàn)象.dwg
激振力.dwg
激振力1.dwg
相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn).dwg
離散傅里葉變換的圖解分析.dwg
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試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖.dwg
幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
1 緒論 1
1.1測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1
1.2 課題設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介 1
1.3 本課題完成的主要工作 2
2 系統(tǒng)方案論證及總體設(shè)計(jì) 3
2．1 系統(tǒng)方案論證 3
2.1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 3
2.1.2 系統(tǒng)方案選擇 4
2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6
3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8
3.1 系統(tǒng)I/O分析 8
3.2 硬件系統(tǒng)主要設(shè)備及元器件選擇 9
3.2.1 S7-200PLC CPU及擴(kuò)展模塊的選用 9
3.2.2 電動(dòng)閥的選用 10
3.2.3 壓力傳感器的選用 11
3.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 13
4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 13
4.2 系統(tǒng)的框架和工作過(guò)程 13
4.3 PLC系統(tǒng)I/O地址分配 15
4.4 部分關(guān)鍵程序的設(shè)計(jì) 20
4.4.1 模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 20
4.4.2 模擬量值處理程序 23
5 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24
5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的的功能 24
5.2 系統(tǒng)的框架和工作過(guò)程 25
6 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 30
6.1 硬件調(diào)試及結(jié)果分析 30
6.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試及結(jié)果分析 32
7 結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
摘 要
本課題主要完成的是藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)試裝置的整體設(shè)計(jì)。本文首先對(duì)課題的提出和要求進(jìn)行了簡(jiǎn)介，然后對(duì)其控制方案進(jìn)行了論證。隨后從硬件和上、系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，給出了詳細(xì)的硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖和電氣原理圖，并對(duì)主要設(shè)備及元器件進(jìn)行了選擇；軟件設(shè)計(jì)分兩大部分?jǐn)⑹觯诳刂葡到y(tǒng)程序設(shè)計(jì)部分，給出了詳細(xì)的軟件結(jié)構(gòu)，并對(duì)典型環(huán)節(jié)的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析討論；在程序部分，對(duì)組態(tài)程序畫面的程序設(shè)計(jì)即實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了全方位的介紹。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的調(diào)試，對(duì)試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和結(jié)果進(jìn)行了分析討論。結(jié)果證明，本設(shè)計(jì)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本合理，能夠完成對(duì)藥筒幾何誤差氣密性測(cè)試的任務(wù)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)閥；氣密性；可編邏輯控制器；力控
ABSTRACT
The main issue is the complete PLC control system based on pressure vessels leak test device's overall design. This article first raised the subject and requirements of the profile, then its control program were demonstrated. Then from the hardware and on the lower computer system was introduced. In the control system hardware design, gives a detailed chart of the hardware systems and electrical schematics, and major equipment and components were selected; software design partial description of two parts, the next position control system design part of the program, to out a detailed software architecture, and typical programming session were discussed; in some PC programs on the configuration screen of the programming process to achieve the functionality of the full presentation.
In the system design is complete, its for a simple debugging, debugging of the test problems and results are discussed. The results show that the design of hardware and software system design is rational, the pressure to complete the task of testing airtight container
KEY WORDS：electric valve，programmable Logic Controller，F(xiàn)orce control
1 緒論
本課題藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于當(dāng)今航空航天領(lǐng)域中對(duì)于航天器材的耐壓性和密封性檢測(cè)而提出的，特別是在軍事工業(yè)檢測(cè)控制需求的基礎(chǔ)上提出的。課題起初的提出是為了檢測(cè)戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)彈發(fā)射的作動(dòng)筒的耐壓性和密封性，但是試驗(yàn)證明對(duì)于其它普通器件檢測(cè)也完全能達(dá)到要求，因此它也具有通用性。為了把壓力元件測(cè)試過(guò)程及控制系統(tǒng)的流程更系統(tǒng)全面的展示給大家，特介紹如下。
1.1測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
藥筒幾何誤差測(cè)試是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，它與測(cè)試系統(tǒng)的精密測(cè)試、人身安全、設(shè)備安全、仿真模擬、通用測(cè)試以及PLC與組態(tài)的綜合利用等技術(shù)問(wèn)題有密切的關(guān)系，也是人們利用力控軟件為實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，具有理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密切結(jié)合的特點(diǎn)，因而是力控軟件與PLC應(yīng)用實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本技術(shù)應(yīng)用。
藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控也一直是電子工作者十分關(guān)注的課題之一，藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控的設(shè)計(jì)必須與整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，必須全面考慮其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著PLC電子技術(shù)的迅速發(fā)展和工控質(zhì)量要求的提高，選擇一種有效的藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控應(yīng)經(jīng)成為十分必要的。
1.2 課題設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介
本課題的提出是為了解決航天軍工中對(duì)于多個(gè)藥筒幾何誤差在同一壓力值下同時(shí)測(cè)試和對(duì)同一個(gè)容器進(jìn)行不同壓力值的測(cè)試。具體要求是同時(shí)可以進(jìn)行5個(gè)以上的作動(dòng)筒密封性檢測(cè)；同時(shí)可以進(jìn)行5個(gè)以上的產(chǎn)品密封性檢測(cè)；試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程具備可靠的安全保護(hù)功能；能夠精確測(cè)試壓力范圍在0.1～35MPa的各種產(chǎn)品的密封性試驗(yàn)、耐壓性試驗(yàn)。對(duì)于耐壓性要求氣路系統(tǒng)分別充壓30Mpa，保壓10min檢測(cè)無(wú)明顯泄漏。充壓15Mpa± 0.2Mpa，保壓24h檢測(cè)壓力泄漏不大于1Mpa。
藥筒幾何誤差氣密性測(cè)試及監(jiān)控的確定是一個(gè)系統(tǒng)工程、不同地區(qū)、工業(yè)控制、不同發(fā)展階段和不同測(cè)試對(duì)象，考慮的側(cè)重點(diǎn)不同。是針對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)的軍用藥筒幾何誤差產(chǎn)品性能測(cè)試要求而設(shè)計(jì)的，它與一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比有幾個(gè)特別之處。其一，高壓氣源從管道一端流進(jìn)，大約8秒鐘測(cè)試完畢一次，要求采集速率為5次/秒以上；其二，由于藥筒幾何誤差產(chǎn)品眾多，分門別類設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)不太現(xiàn)實(shí)，另行設(shè)計(jì)一個(gè)通用的測(cè)試平臺(tái)；其三，測(cè)試介質(zhì)壓力極高給設(shè)備選型帶來(lái)一定的困難，特別是適合高壓的電控調(diào)節(jié)閥的選型非常困難，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，把高壓手動(dòng)調(diào)節(jié)閥改成了電控調(diào)節(jié)閥。
工作人員把需要測(cè)試的閥安裝到測(cè)試平臺(tái)上，調(diào)節(jié)各個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置。檢查整個(gè)控制電路。 檢查PLC設(shè)置與力控軟件。輸入密碼或者直接使用，可以根據(jù)用戶要求選擇。當(dāng)我們確定無(wú)誤后，可以執(zhí)行以下操作：
(1)．打開(kāi)開(kāi)始按鈕，進(jìn)入運(yùn)行程序。
(2)．若無(wú)報(bào)警，調(diào)節(jié)控制閥開(kāi)度，可以直接由鍵盤輸入。
(3)．按下顯示曲線按鈕，生成曲線。
(4)．觀察曲線，判斷測(cè)試閥是否合格。
整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，我們把整個(gè)控制系統(tǒng)由S7-200 PLC控制，電機(jī)的脈沖控制由按鈕產(chǎn)生。電機(jī)所轉(zhuǎn)的脈沖經(jīng)過(guò)編碼器采集，脈沖數(shù)在程序中有高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。調(diào)節(jié)目標(biāo)由鍵盤人為輸入控制。組態(tài)系統(tǒng)由力控軟件和自己購(gòu)買的元器件打架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合各個(gè)元器件的共同云霞下實(shí)現(xiàn)藥筒幾何誤差。本系統(tǒng)硬件部分由工控機(jī)（IPC）、PLC CPU-224及其他電氣元件組成，全部裝配到一個(gè)電氣控制柜中。系統(tǒng)需要采集的信號(hào)包括8個(gè)模擬量和多個(gè)數(shù)字量，前后壓力變送器及流量計(jì)信號(hào)全部接入EM231中，PLC完成調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的自調(diào)節(jié)，并且采集一路壓力信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)操作靈活，方便。
藥筒幾何誤差裝置的實(shí)用性和方便性已經(jīng)使廣大的消費(fèi)者既超越了現(xiàn)在所面臨的經(jīng)濟(jì)和知識(shí)門檻，又享受到了全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方便和快捷。因此藥筒幾何誤差平臺(tái)有著巨大的潛在市場(chǎng)，有待我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和培育。因此基于藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)有效的，方便的，可實(shí)施的系統(tǒng)。下面將提供一個(gè)關(guān)于基于藥筒幾何誤差工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的可行的設(shè)計(jì)方案。
1.3 本課題完成的主要工作
本課題主要完成的任務(wù)是：第一，依照課題的技術(shù)要求對(duì)系統(tǒng)整體方案進(jìn)行論證，并初步形成一個(gè)總體的設(shè)計(jì)方案。第二，對(duì)方案中的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、并對(duì)主要設(shè)備選型，以求達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。第三，對(duì)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，編制。第四，對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件進(jìn)行再開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)整體要求的平臺(tái)。第五，對(duì)已成型的系統(tǒng)進(jìn)行硬件安裝調(diào)試，和聯(lián)機(jī)調(diào)試，以期達(dá)到事先希望得到的穩(wěn)定的控制任務(wù)。
2 系統(tǒng)方案論證及總體設(shè)計(jì)
7 結(jié)論
本設(shè)計(jì)是在綜合相關(guān)已有成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)藥筒幾何誤差裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行的研究和開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)調(diào)試和改進(jìn)之后，系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了既定的功能，甚至在某些方面還預(yù)留了一些冗余，以備以后在開(kāi)發(fā)使用。
本課題藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)試裝置的設(shè)計(jì)，在功能上完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，在過(guò)程順序控制中，完成了以下控制功能：
（1）實(shí)現(xiàn)了在四個(gè)不同壓力范圍下測(cè)試氣密性的要求。
（2）完成了對(duì)5路藥筒幾何誤差耐壓性、密封性按照預(yù)設(shè)的測(cè)試。
根據(jù)工藝設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)，由程序自動(dòng)完成試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)整的判斷、完成需要的各種控制功能。自動(dòng)控制氣路中相應(yīng)的電動(dòng)閥的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制壓力的效果，并可在上顯示生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)。
（3） 強(qiáng)大的人機(jī)界面交互功能
在設(shè)置人機(jī)交互畫面，采用高級(jí)語(yǔ)言編寫計(jì)算機(jī)程序界面，可以完成系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整、生產(chǎn)過(guò)程控制、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集等主要功能。數(shù)據(jù)的輸入及數(shù)據(jù)的顯示，觀測(cè)方便，操作簡(jiǎn)便，界面布局合理、美觀。
（4）具有一定的保護(hù)功能
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)候檢測(cè)各種執(zhí)行部件的工作狀態(tài)，檢測(cè)藥筒幾何誤差的壓力；在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中也嚴(yán)格的根據(jù)工藝的要求進(jìn)行各項(xiàng)操作，一旦出現(xiàn)異常情況自動(dòng)報(bào)警，設(shè)置緊急停止按鈕，一旦出現(xiàn)異常情況，可以隨時(shí)中止系統(tǒng)并退出試驗(yàn)。
系統(tǒng)雖然基本完成了既定的技術(shù)功能，但是，由于設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)間較短，以及本人的知識(shí)、技術(shù)水平較為淺薄，因此設(shè)備再某些方面還需進(jìn)一步改進(jìn)，譬如聯(lián)機(jī)反映速度方面。
從設(shè)計(jì)的結(jié)果可以看出,對(duì)于一項(xiàng)工業(yè)控制系統(tǒng)，都包含了多方面的技術(shù)支持。而且對(duì)于任何一項(xiàng)系統(tǒng)只要我們肯努力去探討都可以尋找到更加切實(shí)有效的行使方案，可以使整個(gè)系統(tǒng)的功能和應(yīng)用再上了一個(gè)新臺(tái)階。所以這必將使工業(yè)控制系統(tǒng)在未來(lái)不遠(yuǎn)的時(shí)間內(nèi)朝著更加完善、實(shí)用、全面、健康的方向持續(xù)的發(fā)展。
致 謝
經(jīng)過(guò)半年多的查資料、整理材料、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、寫作論書，今天終于可以順利的完成說(shuō)明書最后的謝辭了，想了很久，要寫下這一段謝詞，自己想想求學(xué)期間的點(diǎn)點(diǎn)滴歷歷涌上心頭，時(shí)光匆匆飛逝，四年的努力與付出，隨著論文的完成，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活，也宣告結(jié)束。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間讓我對(duì)基于PLC的藥筒幾何誤差控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)讓我對(duì)PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用有了更深層次的了解。從一開(kāi)始的課題分析，到元器件的選型和采購(gòu)，再到硬件的設(shè)計(jì)和軟件的調(diào)試。一路走來(lái)，我學(xué)到了很到課本上學(xué)不到的知識(shí)和提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅大大提高了模型規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程的能力，自身的各方面的素質(zhì)也得到了提高。同時(shí)也培養(yǎng)了我的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。這次課程設(shè)計(jì)也提高自學(xué)的能力與軟件應(yīng)用能力，為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這半年的時(shí)間，我學(xué)到了許多東西，不但有學(xué)習(xí)方面得，更學(xué)到了許多作人得道理，對(duì)我來(lái)講受益非淺．作為一個(gè)即將踏入社會(huì)得年輕人來(lái)講，什么都不懂，沒(méi)有任何社會(huì)經(jīng)驗(yàn)。這就要求要有一套學(xué)習(xí)知識(shí)的系統(tǒng)，遇到問(wèn)題自己能通過(guò)相關(guān)途徑自行解決能力。因?yàn)樵诠ぷ髦杏龅絾?wèn)題各種各樣，并不是每一種情況都能把握。在這個(gè)時(shí)候要想把工作做好一定要有良好的學(xué)習(xí)能力，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)從而掌握相應(yīng)技術(shù)，來(lái)解決工來(lái)中遇到的每一個(gè)問(wèn)題。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，最需要感謝的是我的指導(dǎo)老師王永華教授，是他的耐心指引讓我眼前一亮，引領(lǐng)我領(lǐng)略到知識(shí)的奇妙，開(kāi)拓我的視野；是他的平易近人與親切讓我們更懂得如何團(tuán)結(jié)互助；是他給了我們戰(zhàn)勝編程開(kāi)發(fā)過(guò)程中的種種困難的勇氣，是他的諄諄教導(dǎo)帶給我們積極探索的追求。
飲其流時(shí)思其源，成吾學(xué)時(shí)念吾師。在本科學(xué)業(yè)就將完成的時(shí)刻，我謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師王永華教授以及學(xué)院的老師們表示誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。大學(xué)之大，不在大樓，而在老師。老師們才高八斗，學(xué)富五車，授我以專業(yè)知識(shí)；老師們高屋建瓴，寧?kù)o致遠(yuǎn)，予我以嚴(yán)謹(jǐn)之邏輯；大師們博聞多識(shí)，學(xué)高身正，是我學(xué)習(xí)的楷模。我祝愿老師們工作順利，再育桃李！在我的周圍總有一群風(fēng)華正茂的有志青年在幫助我，謝謝你們，我的同窗好友，祝愿你們?nèi)f事順意，宏圖大展，前程似錦。
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畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別 ： 專 業(yè) ： 論 文 題 目 ： 藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 : 2011 年 03 月 06 日 畢 業(yè) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文獻(xiàn)綜述 一、本課題研究背景及意義 藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在計(jì)量科學(xué)領(lǐng)域，人們根據(jù)被測(cè)對(duì)象幾何形狀的復(fù)雜程度，將工業(yè)領(lǐng)域中的測(cè)量問(wèn)題分為箱體類工件測(cè) 量和具有復(fù)雜幾何形狀工件測(cè)量。所謂箱體類工件就是指那些由基本幾何元素（點(diǎn)、線、面、圓、圓柱、圓錐、球）組成的幾何工件，包括齒輪箱工件，發(fā)動(dòng)機(jī)箱體，機(jī)床加工部件或者是由簡(jiǎn)單的自由形狀曲面組成的沖壓模、鑄模、玻殼工件等等。與箱體類工件相對(duì)應(yīng)的是復(fù)雜幾何形狀工件，這類工件主要由具有明確數(shù)學(xué)定義的復(fù)雜曲線曲面構(gòu)成，例如各種類型的齒輪，齒輪加工刀具，凸輪軸，配對(duì)螺旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件，蝸桿蝸輪以及步進(jìn)齒輪 藥筒 等等。 (一 )國(guó)外研究現(xiàn)狀 德國(guó) ，通過(guò)高性能、高精確度的 斷解決來(lái)自工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的高精度和復(fù)雜幾何形狀的計(jì)量需求。要從事研制、開(kāi)發(fā)、制造超高精度坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，包括在世界高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展歷史上具有里程碑意義的 于 時(shí)使用性能上具備長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此 ,000臺(tái)，其中有近百臺(tái)服務(wù)于中國(guó)各大精密加工企業(yè)，例如航空航天部件生產(chǎn)企業(yè)、汽車部件生產(chǎn)企業(yè) 以及高精度齒輪加工企業(yè)。 低單件工件檢測(cè)的測(cè)量成本，于 2001年成功地推出了目前世界性能最好的 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分別為最大測(cè)量加速度3000 2, 最大測(cè)量速度 400 , 平均觸測(cè)頻率 40點(diǎn) /秒。在主機(jī)結(jié)構(gòu)形式上，為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)極高測(cè)量精度和測(cè)量性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性， 在主機(jī)部件材料選擇上，采用具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性和對(duì)溫度變化不敏感的材質(zhì)構(gòu)成，例如在整體基座，移動(dòng)平臺(tái)和 結(jié)構(gòu)支撐立柱采用鑄鐵材料。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性， 框架：整體花崗巖的主機(jī)基座，移動(dòng)工作臺(tái)，鑄鐵立柱以及花崗巖橫梁組成高強(qiáng)度的閉式結(jié)構(gòu)。由于 此測(cè)量系統(tǒng)即使在加速 /減速，或是環(huán)境存在某種振動(dòng)的情況下仍能保持極高的測(cè)量精度。 (二 )國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在傳統(tǒng)測(cè)量方法選擇上，人們主要依靠下述兩種測(cè)量手段完成工業(yè)領(lǐng)域上述工件的測(cè)量，即通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)執(zhí)行箱體類工件的檢測(cè)，通過(guò)專用測(cè)量設(shè)備，例如專用齒輪檢測(cè)儀、專用凸輪檢測(cè)設(shè)備等完成具 有復(fù)雜幾何形狀工件的測(cè)量。因此對(duì)于從事生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀工件的企業(yè)來(lái)說(shuō)，完成上述產(chǎn)品的質(zhì)量控制企業(yè)不僅需要配置通用測(cè)量設(shè)備，例如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，通用標(biāo)準(zhǔn)量具、量?jī)x，同時(shí)還需要配置專用檢測(cè)設(shè)備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測(cè)儀器，凸輪檢測(cè)儀器等。這樣往往導(dǎo)致企業(yè)的計(jì)量部門需要配置多類型的計(jì)量設(shè)備和從事計(jì)量操作的專業(yè)檢測(cè)人員，因此企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)柔性、通用計(jì)量檢測(cè)，計(jì)量設(shè)備使用效率較低，同時(shí)企業(yè)負(fù)擔(dān)較高的計(jì)量人員的培訓(xùn)費(fèi)用和計(jì)量設(shè)備使用和維護(hù)費(fèi)用。因此，如何降低企業(yè)的測(cè)量成本，計(jì)量人員的培訓(xùn)費(fèi)用，測(cè)量設(shè)備的使用和維修費(fèi) 用，達(dá)到提高測(cè)量檢測(cè)效率的目的，使企業(yè)具備生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制能力。這將關(guān)系到企業(yè)在市場(chǎng)活動(dòng)中的應(yīng)變能力，對(duì)幫助企業(yè)建立并維護(hù)良好的市場(chǎng)信譽(yù)，具有重要的決定作用。 三、本課題相關(guān)理論綜述 (一 )測(cè)量裝置結(jié)構(gòu) 由于測(cè)量機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上彼此獨(dú)立，因此在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，三個(gè)坐標(biāo)軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，使得系統(tǒng)在整個(gè)測(cè)量空間內(nèi)具有相同量精度性能。光柵尺的布置盡量靠近被測(cè)工件，有效的消除了阿貝誤差的影響。中央布置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，消除了坐標(biāo)軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中扭轉(zhuǎn)和偏移。傳動(dòng)系統(tǒng)上采用伺服電機(jī)、高精密循環(huán)滾珠絲杠，保證 測(cè)量系統(tǒng)即使在很高系統(tǒng)加速度的情況下，仍然具有穩(wěn)定的定位精度。探測(cè)系統(tǒng)采用 3維模擬掃描測(cè)頭，不但能夠提供性能優(yōu)良的連續(xù) 3維動(dòng)態(tài)掃描功能，而且測(cè)量系統(tǒng)還能夠進(jìn)行精度極高的觸發(fā)測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中，探針始終沿被測(cè)工件表面的法向矢量方向進(jìn)行觸測(cè)。因此，即使在配制較長(zhǎng)的測(cè)桿加長(zhǎng)桿的情況下，測(cè)量系統(tǒng)也能夠自動(dòng)補(bǔ)償測(cè)頭系統(tǒng)的形變和彎曲。采用國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，具有確定熱膨脹系數(shù)的金屬光柵系統(tǒng)，由于光柵系統(tǒng)具有與被測(cè)金屬工件相近的熱膨脹系數(shù)，確保系統(tǒng)即使在比較大的測(cè)量范圍內(nèi)，仍然具有極高的測(cè)量精度。同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)具有非常小的系 統(tǒng)分辨率，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)具 有穩(wěn)定的重復(fù)精度。由于 此整機(jī)系統(tǒng)具有非常小的長(zhǎng)度測(cè)量示值誤差 信號(hào)處理的時(shí)頻分析理論 (二 )幾何形狀誤差 測(cè)量坐標(biāo)誤差工件齒輪復(fù)雜幾何形狀工件的計(jì)量上表依據(jù) 692標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，模數(shù)6～ 10，齒寬 20～ 40旋齒輪齒向誤差 面形狀誤差 fβ 此 輪直徑，能夠執(zhí)行依據(jù) 規(guī)定一級(jí)齒輪的檢測(cè)任務(wù)。 齒輪、螺旋傘齒輪、冠裝齒輪等等。在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò) 維矢量測(cè)頭的不同測(cè)桿組合，完成齒輪檢測(cè)工作。例如，單測(cè)針完成正齒輪檢測(cè)， 86于在測(cè)量過(guò)程中，采用多種測(cè)針組合，完成檢測(cè)任務(wù)，因此標(biāo)測(cè)量機(jī)在執(zhí)行具有復(fù)雜幾何形狀工件檢測(cè)任務(wù)的過(guò)程中不需要額外附加旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。測(cè)量機(jī)在執(zhí)行具有回轉(zhuǎn)軸線的復(fù)雜幾何形狀的檢測(cè)任務(wù)方面，與傳統(tǒng)專用檢測(cè)設(shè)備 或者是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)相結(jié)合的測(cè)量系統(tǒng)相比較存在下述明顯的優(yōu)勢(shì)。 四、作者的觀點(diǎn)和主要思路 測(cè)量機(jī)與 業(yè)計(jì)量軟件相結(jié)合，在工業(yè)計(jì)量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了完全意義的通用計(jì)量檢測(cè)設(shè)備。不但能夠執(zhí)行箱體類工件的高精度檢測(cè)，而且能夠執(zhí)行具有復(fù)雜幾何形狀工件的計(jì)量檢測(cè)任務(wù)。標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠執(zhí)行各種類型齒輪工件檢測(cè)，齒輪加工刀具的檢測(cè)，螺旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件的檢測(cè)，氣輪機(jī)葉片的檢測(cè)以及蝸輪蝸桿的檢測(cè)。在復(fù)雜幾何形狀的制造領(lǐng)域， 精度坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與工業(yè)級(jí)測(cè)量軟件 結(jié)合，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的測(cè)量技術(shù)革新，測(cè)量效率 的提高以及整體生產(chǎn)成本的降低發(fā)揮著越來(lái)越重要的革新作用， 能實(shí)現(xiàn)激光探測(cè)器對(duì)藥筒的底面和錐面的形位公差和尺寸公差的檢測(cè)。 參考文獻(xiàn) : [1] of (0): 235～255 [2] 莊葆華 李真 北京：機(jī)械工業(yè)出版 社 3] 謝竹銘 北京：中國(guó)計(jì)量出版社 4] of 4(6): 39～ 41 [5] 范會(huì)敏，李晉惠 北京：科學(xué)出版 社 [6] 戶手冊(cè) 遠(yuǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)公司 7] 列光柵細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)采集卡用戶手冊(cè) 北京：北京中科恒業(yè)中自技術(shù)有限公司 8] 鄭阿奇 ++實(shí)用教程 京：電子工業(yè)出版社 [9] 王超龍，陳志華 ++入門與提高 人民郵電出版社， 2007， 7 [10] 潘新民，王燕芳 北京：高等教育出版社， 11] 譚浩強(qiáng) 序設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社 畢 業(yè) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、本課題要研究或解決的問(wèn)題 (一 )藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論數(shù)據(jù)研究。 (二 )為實(shí)現(xiàn)理論數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)探究驗(yàn)證結(jié)論，繪制出初步方案圖。 二、擬采用的研究手段 (一 )文獻(xiàn)綜述法：本人查閱了與課題相關(guān)的研究成果和文獻(xiàn)資料，收集整理了有關(guān)方面的數(shù)據(jù)和資料，并將查找到的資料進(jìn)行歸類整理及加工，為自己的論點(diǎn)服務(wù)，以支撐自己的觀點(diǎn)。 (二 )對(duì)比分析法：本文運(yùn)用對(duì)比，分析比較了藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)。 (三 )系統(tǒng)綜合研究法：本文通過(guò)系統(tǒng)綜合研究方法，綜合上述研究藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 如下： 自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)是整個(gè) 藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng) 的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高藥筒整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開(kāi)發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前 藥筒幾何誤差自動(dòng)檢測(cè)裝置控制系統(tǒng) 廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及 發(fā)展之后，提出了采用 控制方法。 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 控制部分可分為 4 個(gè)部分：感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。 藥筒 是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過(guò)感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測(cè)和信息交互；環(huán)境即指藥筒所處的周圍環(huán)境；任務(wù)是指藥筒要完成的操作，它需要適當(dāng)?shù)某绦蛘Z(yǔ)言描述，并把它們存入控制機(jī)中，隨著系統(tǒng)的不同，任務(wù)的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當(dāng)于藥筒的大腦，它以計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鬟\(yùn)行程序的方式來(lái)完成給定的任務(wù)。 控制系統(tǒng)的硬件一般包括 3 個(gè)部分： (1)感知部分 用來(lái)收集藥筒的內(nèi)部和外部的 信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受藥筒的本體狀態(tài)，而視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器可感受藥筒的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。 (2)控制裝置 用來(lái)處理各種信息，完成控制過(guò)程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)相應(yīng)的接口等。 (3)驅(qū)動(dòng)部分 為了使藥筒完成操作及移動(dòng)功能，藥筒各關(guān)節(jié)可選用氣動(dòng)、液動(dòng)、電氣等方式驅(qū)動(dòng)。 控制系統(tǒng)的性能要求 對(duì)于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏離平衡點(diǎn)恢復(fù)到原平衡點(diǎn)狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動(dòng)控制必須滿足的基本要求，對(duì)穩(wěn)定性的研究是自動(dòng)化 控制系統(tǒng)中的一個(gè)基本問(wèn)題。 (2)過(guò)渡過(guò)程性能 描述過(guò)渡過(guò)程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)時(shí)具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間表示系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說(shuō)明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個(gè)允許的限制值。 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、滑覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)藥筒動(dòng)作是否到位，滑覺(jué)傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺(jué)傳感器是為了完成藥筒對(duì)物料的識(shí)別。 控制系統(tǒng) 選型及控制原理 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 一、 型 的選擇 型選擇的基本原則是在滿足功能 要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 ／ 體積相對(duì)較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 功能擴(kuò)展靈活方便 ,在 I／ 入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ 維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 結(jié)構(gòu)形式較為合適 。 (2) 確定合理的 安裝方式 統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／ O 式以及多臺(tái) 網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／ 統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／ 統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／ O 電源；多臺(tái) 網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 必須要附加通訊模塊。 在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 （ 3) 滿足 相應(yīng)的 功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) 有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) 算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 是中、高檔 格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 此系統(tǒng)只需用開(kāi)關(guān)量控制，選用一般小型 可。 (4) 滿足 響 應(yīng)速度 要求 為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次 響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮 選用具有高速 I／ 選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 某些 功能或信號(hào) 也沒(méi)有 特殊的速度要求 ，不需要 選 用具有高速 I／ O 處理功能的 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對(duì)于一般系統(tǒng) 可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高 的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) 夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問(wèn)題。 (6) 機(jī)型 盡量 統(tǒng) 一 一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設(shè)備 可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng) 類及型號(hào)選擇 類較多，主要有西門子、三菱、 芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得 最廣泛的的主要是西門子、三菱、 據(jù)前面確定的 數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 28 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 12 點(diǎn)，綜合對(duì)比三菱 列（包括 ）、西門子系列、 列中 I/O 點(diǎn)數(shù)為 48點(diǎn)各型號(hào)的 價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面。本系統(tǒng)可選擇 號(hào)為： 4001， 合計(jì)總數(shù) 64 點(diǎn) — 32 點(diǎn)輸入， 32 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ 220× 87× 90，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 列是 列 族中最先進(jìn)的系列，它 能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號(hào) 32 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)， 32 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 部接線圖 根據(jù)表 配輸入 /輸出信號(hào)與 入 /輸出接口分配情況及 所 選定的到 外部接線 圖 如圖： 圖 部接線圖 畢 業(yè) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn) ： 指導(dǎo)教師： 2010 年 03 月 20 日 所在系審查意見(jiàn)： 教學(xué)主任： 2010 年 03 月 23 日