轴瓦的圆度测量仪-毕设论文.doc
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1、摘要编 号 河南机电高等专科学校毕业设计轴瓦的圆度测量仪系 部: 自 动 控 制 系 专 业: 生产过程自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 二零一二年五月31摘要 随着计算机和传感器技术的飞速发展,检测技术和数字显示技术发生了革命性的变化。检测仪器仪表正朝智能化、集成化、多功能化的方向发展。轴瓦类零件是机械设备中广泛应用的一类零件,研究与开发孔类零件的测量设备对于提高设备的装配精度、延长设备寿命具有重要意义。本课题以轴瓦曲轴为研究对象,开发了一种圆度自动检测系统。 本文在分析了自动检测系统和数字显示系统发展趋势的基础上,遵循方便、实用、经济的设计原则,对轴瓦圆度检测系统进行了软硬
2、件设计。系统硬件的核心采用了性价比较高的PC机、PLC、AT89C51、AD574A等。硬件设计采用了以现代传感技术与信号处理技术为支撑的方案。该系统利用差动变压器,实现了数据的快速、高精度采集。选用PLC和步进电机实现对数据采集的精确控制。采用高性能的数显电路进行快速而精确的显示。另外,本文还依据差动变压器、步进电机的工作原理确定了选择自动检测系统器件的原则。对于系统的软件部分,主要进行了实现控制操作和人机交互操作的程序设计。该程序实现了良好的人机对话、数据处理和存储功能。在数字显示部分通过比较独立式按键和矩阵式按键的区别选出了一种最优的键盘设置方式。本论文设计的机车曲轴圆度自动显示系统与传
3、统仪器相比,在测量方法、数据处理方式等方面有很大优势。利用本系统进行圆度测量误差显示不仅可靠性高、实时性强,而且显示精度也有了大幅提高。关键词:圆度;传感器;数字显示;AT89C51 ABSTRACTThe rapid developments of the computer and sensor technology have brought about a new revolutionary change in the measuring instrument The measuring instrument is tending to be multifunctions、integrat
4、ed and intelligentHole pans is one kind of components which is widely used in modem machineResearching and developing this kind of measuring instrument for improving the assembling accuracy, extend the life of equipment is of great importanceThis paper take the 10comotive engine crankshaft hole as r
5、esearch object,and has developed a round aperture of automatic detection system Based on the analysis of trends in the development of automatic detection system and the basis of follow principles that concluded convenience,practical and economical。the hardware and software of the system is designedS
6、ystem hardware core adapts a costeffective PC and the PLCThe hardware design took modern sensory technology and signal treatment technology as the scheme supportChoose eddy current sensor to gather the signals and realize high accuracy gathering of the dataAnd choose PLC、stepmotor that can control t
7、he data acquisition accuracyIn addition,the paper determined high accuracy automatic detection system device principle which according to the principle of the eddy current sensor and step-motorThe paper describes design method and application of Various modules forming the software system in detailm
8、eanwhile a corresponding program is developedThis program realizes good man-machine interface function quickly and reliability signal processing function strongly date signal storage and transact function Finally, four roundness errors evaluation methods and basic principles are stated in this paper
9、Those methods include the minimum circumscribed circle、the least square circle method、the maximum inscribed circle and the minimum region method Compared with traditional instrument,the measuring instrument designed in the papers has great advantages in the measurement method,data processing methods
10、 and so onUsing this system to measure roundness, can get a high reliability, realtime,and accuracy has also increased substantially Key words:roundness;sensor;automatic measurement;MCS目录目录第1章 绪论11.1选题的背景及意义11.2研究的意义11.3轴瓦曲轴检测现状分析21.3.1 圆度误差检测现状21.3.2 曲轴检测技术概况31.4 论文研究的内容3第2章 系统总体分析42.1 总体设计42.1.1自动
11、检测系统基本结构42.2 曲轴圆度自动检测系统52.3 数字显示电路设计62.4 显示部分62.5 驱动电路的选择72.6 电源模块选择72.7 工作原理7第3章 系统硬件设计83.1 二级管相敏检波电路83.2 AD574A转换器93.2.1 AD574A的引脚说明及接口电路103.3 AT89C51芯片介绍123.4 时钟电路143.5 复位电路153.6 程序及数据存储器设定153.7 键盘接口概述163.7.1 独立式按键183.7.2 矩阵式键盘及其接口电路183.8 键值的分析203.9 CH452概述22第4章 结论与展望254.1 结论254.2 展望25参考文献26致谢27附
12、录一28附录二25轴瓦的圆度测量仪第1章 绪论1.1选题的背景及研究的意义随着我国加入世界贸易组织,我国的各行各业的产品都要参与国际的竞争, 都要遵守优胜劣汰的规则。而产品要想在竞争中胜出,立于不败之地,产品的质量是关键。在机械制造业的产品中,产品的质量与产品加工的精度有密切关系, 且产品的质量好坏将直接决定产品的性能和寿命。国外发动机缸体的生产加工自动化程度高,多有主动测量装置,加工和测量精度高,其尺寸及形位参数在加工时就可以保证。而国内缸体加工设备相对落后,加工精度难以保证,往往靠加工后的一些检测手段来控制。目前国内大多数发动机生产厂家的检测主要采用机械式的量具,例如缸径表等作为检测工具,
13、其检测精度低、检测参数单一、检测效率也低无法满足生产的要求。传统的气动测量仪检测效率低、无法区分尺寸误差与形状误差,测量精度较低。三坐标测量机检测精度高,但其检测效率太低,而且对周围环境要求较高,只能采用抽检的方式,不能满足批量分组检测的要求。特别是在曲轴圆度的测量中,因其具有测量点数多,采集数据多的特点,传统的量具更是无法胜任。因此,国内发动机生产厂,特别是高速发动机生产厂,急需高效率、高精度的专用检测设备,实现对关键零部件的全面检测,以提高生产效率和产品质量。1.2 研究的意义中国是工业大国,圆度检测仪器具有巨大市场,然而,国内目前的研究水平离这个需求还有一定的差距。研究开发具有自主知识产
14、权的圆度检测系统,对于摆脱对进口产品的依赖,推进我国仪器数字化改造,提高检测行业的水平很有必要。并且通过研制高速、高精度圆度检测系统,还可以提高我国圆度仪的档次技术水平,加快高档圆度检测仪器国产化,抵制国外产品对我国仪器仪表市场的冲击,尤其是对开发圆柱度仪等同类产品都具有促进意义。通过研制轴瓦曲轴圆度检测系统可以解决生产厂家对产品的监控能力,为质量管理者提供决策参考。这一检测系统可以实现发动机曲轴圆度的全自动检测,检测时间大大缩短,实现在线和非在线的产品检测的要求。通过实施本系统,能有效的提高产品的质量,保证稳定可靠的检测精度。本课题的研究成果具有较好的开放性,可以推广应用于各种的大型孔类零件
15、的自动非接触式尺寸检测中。如果应用于在线制造系统中,可以大量缩短生产的检测时间。同时该系统还可以应用于孔类零部件的半成品的检测,比较适应国内企业提出车间生产系统的需求。提高了生产厂家的生产效率和对生产加工质量的控制,防止大批量废品的出现,避免不必要的浪费,降低了生产成本,使检测人员从繁重的劳动中解放出来。1.3 轴瓦曲轴检测现状分析131 圆度误差检测概况圆度误差是指回转体的同一正截面上实际轮廓对其理想圆的变动量,机械零件回转表面轮廓的圆度误差对机器和仪器的功能有直接的影响,它是高精度回转体零件的一项重要精度指标,也是检验回转体类零件加工质量的重要指标之一。目前,圆度仪仍为圆度误差测量的最有效
16、手段,按照结构的不同,可将圆度仪分为两种:主轴旋转式和工作台旋转式。主轴旋转式:被测零件放置在工台上固定不动,仪器的主轴带传感器和测头一起回转。测量时零件固定不动,可用来测量较大零件的圆度误差。工作台旋转式:传感器和测头固定不动,被测零件放置在仪器的回转工作台上,随工作台上一起回转,这种仪器常制成紧凑的台式仪器,适于测量小型零件的圆度误差,其测量原理为当仪器测头与实际被测圆轮廓接触时,实际被测圆轮廓的半径变化量就可以通过测头反应出来,此变化量由传感器接收,并转换成电信号输送到电气系统,经放大器、滤波器运到微机系统,实现数据的自动处理打印及显示结果。圆度仪可以保证很高的采样精度和评定精度,评定方
17、法符合标准的要求并配有专用的微机,工作效率高不失为一种理想的测量仪器。但是圆度仪的成本高,价格昂贵,对操作环境、条件的要求严格,通常仅限于计量室中使用,不能用于车间现场。另外,圆度仪作为一种高精度仪器,调整和操作比较繁琐,测试效率低。如果频繁地用于一般零件的测量,在经济上也不合理。再者,圆度仪由于其规格所限只能用于中小型零件圆度误差的测量,这样就使圆度仪的使用受到一定的限制。对于中小型精密零件的测量,坐标测量机也是一种精确有效的测量手段。在测量时被测截面圆轮廓上选定若干测点一一测出它们的坐标,然后进行数据处理,求解圆度误差值。不过测量成本高,效率也不尽人意,与它们在测量孔间关系的卓越性能相比,
18、用它们在生产中测孔发挥不了其优势。在生产实际中,目前仍采用一些手工检测方法。内径千分表是最常用的内孔量具,在测量深孔或小批量工件时,它的适用性极好,而且投资不高。气动量仪是一种有效的高精度孔径测量手段,但它比较适合于稳定的加工过程,有时难以适应大量生产的现场工作环境。经过转换后它能带数字显示和输出,因而也能用于统计过程控制,不过其体积变得过大,成本也大大提高。相比之下,数显内径千分表的性能更为优秀。因为它能在一次操作过程中获取最小值一一就是孔径值,而传统的内径千分表往往要几次操作才能读准孔径值。所以,在汽车发动机的缸径测量方面已成为有效的检测手段。现在,用碳纤维测杆的内径千分表已可测达2m的深
19、孔。内径分厘卡可能是最广泛使用的孔径测量手段,常用于1300mm孔径的测量。内径分厘卡的型式已有了许多变化,有机械式和电子式、两点式和三点式、测微螺旋式和手枪按动式等。有的已能达到1um的重复测量精度和23um的测量精度。132 曲轴检测技术概况目前国内大多数发动机生产厂家对曲轴的检测主要采用机械式的量具,例如缸径表等作为检测工具,其检测精度低、检测参数单一、检测效率也低,无法满足生产的要求。对曲轴圆度误差的在线测量方法正处于研究阶段,还没有研制出用于在线高精度、准确测量孔圆度误差的设备。而本课题研究的孔径圆度自动测量系统既能达到实验室精密测量精度,又能实现在线测量。满足了厂家提出的技术要求。
20、14 论文研究的内容本课题的研究目标是采用数字显示的先进技术,设计制造出满足厂家检测精度要求的轴瓦曲轴圆度显示设备。而如何确定数字显示设备的系统组成,设计功能合理的电路,以实现对孔轮廓的测量结果的显示,将是我们研究的主要内容。具体有以下几点:1了解国内现有圆度及误差显示的方法,建立孔径圆度自动显示系统理论模型。2了解数字显示系统的指标,工艺要求,确定显示系统的精度要求。分析数字显示元件的技术指标。3绘制单片机数字显示系统流程图,实现键盘的输入、检测结果的显示、保存等功能。4. 通过对数字显示电路中的器件的性能的研究,设计出合理的数字显示电路。第2章 系统总体分析2.1 总体设计211 自动检测
21、系统基本结构检测系统在测量过程中,首先由传感器将被测物理量从研究对象中检测出来并转换成电量,然后输出。现代检测技术包含了更多的后续处理技术,如根据需要对第一次变换后的电信号进行时域或频域处理,最后以适当形式输出。信号的这种变换、处理和传输过程决定了检测系统的基本组成和它们的相互关系,检测系统及其组成见图2-1。 图2-1检测系统及其组成现代检测系统的应用类型大致可分为:检测型和控制型两类,检测型又可分为基本型和标准接口型。检测型完成对被测参量的测量任务,对测量的准确度要求较高;控制型一般应用于闭环控制系统中,对快速、实时和可靠性要求较高。检测型中的基本型一般由传感器、信号调理电路、采样保持、模
22、数转换、数字信号处理和数模转换电路等组成,完成对多点多参量的动态或静态测量任务。传感器完成信号的获取任务。它将被测参量(一般为模拟量)转换成相应的便于处理的电信号输出。被测参量范围很广,可以是电参量或非电参量。紧接其后的信号调理电路将微弱信号放大到与数据采集板中AD转换器的转换电压范围相适配,通过滤波抑制干扰噪音信号的高频分量,将信号频带压缩以降低采样频率,避免在模数转换中产生混叠。利用磁性变压器、光电或电容性器件等,耦合传输有用信号,阻隔高电压浪涌以及较高的共模电压,既保护操作人员也保护昂贵的测量设备,同时输出规范化的标准传输信号。数据采集卡(板)将采样后的信号进行模数转换成为幅值离散的数字
23、量。将其送入计算机、单片机和单片机系统等各类微处理器。通过软件编程实现高速数据运算等数字处理工作以及完成智能化信息处理的功能。将运算结果以CRT显示或数字显示等多种形式输出给用户,也可通过数字接口实现与其他计算机的数据交换,或通过网络进行远程交换。图2-2数据处理系统组成数据处理的通用系统可以分为数据输入(获取)设备、数据处理设备(硬件、软件)和数据输出设备。用于数据处理的通用系统的组成部件如图2-2所示。首先被测物成为采集系统的目标物,传感器获取被测目标的信号,并转换为电信号传送给数据采集卡,数据采集卡将信号转换成数字信号,然后,把数字信号送入数据处理器,数据处理器使用依据各种数据处理算法编
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