【正文】 ..........……… .......…… 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ......................…………………………….….. ..…… ..……… 3 2 鋼球表面展開機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) .....................…… ..… .………………………… .… ..… 4 鋼球展開機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法 ………………………… …… ……………………… 4 經(jīng)緯展開運(yùn)動(dòng)軌跡分析 …………………………… .…… … …… … ...……… 5 展開輪結(jié)構(gòu)及工作原理 …………………………………………………… ...… 5 展開輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………… . . . 7 3 信號(hào)處理系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì) ......................…… ..… .………………………… .… ..… .… 9 調(diào)制光源激勵(lì)電路 ………………………… …… ……………………………… 10 光電轉(zhuǎn)換及前置放大電路 …………………………… .……… …… … ...……… 11 帶通濾波電路 …………………………………………………… ...…………… 12 鎖相放大電路 …………………………………………………… ...…………… 12 相敏檢波電路 …………………………… .… … ………… ……… … ...13 低通濾波電路 …………………………… .… … ………… ……… … ...13 移相電路 …………………………… .… … ………… ……… … .. 14 除法運(yùn)算電路 …………………………………………………… ...……… 14 數(shù)據(jù)的采集與處理 ………………………………………………… ...……… 15 電源電路 …………………………… .… … ………… ……… … ...16 外部晶振電路 …………………………… .… … ………… ……… … ...16 復(fù)位電路 …………………………… .… … ………… ……… … ...16 串口通訊 …………………………… .… … ………… ……… … ...17 JTAG 接口電路 …………………………… .… … ………… ……… … ..18 鍵盤及顯示 …………………………… .… … ………… ……… … ..18 4 結(jié)論 ......................……… .………….… ………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...20 參考文獻(xiàn) ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .21 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .22 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 研究背景及意義 球軸承是一種基本的組成部分，在機(jī)械行業(yè)中是非常重要的，球的滾動(dòng)軸承，在其運(yùn)動(dòng)精度的質(zhì)量起著決定性的作用，球軸承的壽命，性能等，表面缺陷對(duì)鋼球表面質(zhì)量缺陷的影響是明顯的，因 為球會(huì)引起軸承振動(dòng)的脈沖式，球軸承的比較中的噪聲和振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的大， 軸承轉(zhuǎn)速和振動(dòng)脈沖周期成反比，球軸承振動(dòng)的幅度與鋼球外貌缺陷的尺寸相關(guān)，鋼球表面缺陷越大，球軸承的振動(dòng)幅度就越大。 在通過幾十年的成長進(jìn)程以后，我國的鋼球制造業(yè)，顯然成為鋼球的制造大國，但還不是鋼球的制造強(qiáng)國，與國外同級(jí)別的相比國產(chǎn)鋼球表面質(zhì)量仍舊有較大的差異。 可以說是制約中國鋼滾珠和軸承行業(yè)是球質(zhì)量檢測技術(shù)落后的發(fā)展的重要因素，關(guān)鍵是要發(fā)展一種鋼球表面質(zhì)量檢測設(shè)備，它不僅是一個(gè)價(jià)格適中，效率高 。與國外相比，國內(nèi)還主要停留在檢測鋼球的整體原理或展開方法某一方面的探索階段，目前還沒有針對(duì)鋼球表面缺陷無損自動(dòng)化檢測技術(shù)進(jìn)行真正的系統(tǒng)研究。 AVIKO 系統(tǒng)鋼球表面自動(dòng)檢測儀的檢測原理為通過光電、振動(dòng)和渦流傳感器聯(lián)合進(jìn)行檢測，其由四大部分組成：傳感器的檢測系統(tǒng)、鋼球表面展開系統(tǒng)、信號(hào)處理和控制系統(tǒng)和自動(dòng)送料和執(zhí)行系統(tǒng)。在這個(gè)設(shè)備中的展開輪是易損件，每檢測 1萬粒左右的鋼球就得更換一次展開輪，但是每個(gè)展開輪的價(jià)格及其昂貴，并且只能從國外進(jìn)口引用，檢測的成本就顯著增加了，因此國內(nèi)將此類機(jī)器多用于檢測航天、國防等所需的高精度鋼球方面，從而使得大多數(shù)時(shí)間 檢測設(shè)備都處于閑置狀態(tài)。其缺點(diǎn)是成本過高，而且由于檢測方式是點(diǎn)掃描的方式，所以其效率較低。因此，在鋼球市場亟待解決的問題是研究出能夠適應(yīng)鋼球多種缺陷的檢測，而且靈敏度又相對(duì)較高的鋼球表面缺陷自動(dòng)化檢測設(shè)備。 （ 2） 為了削弱鋼球外貌缺陷檢測體系大概存在的噪聲，使用基于調(diào)制技術(shù)和鎖相放大技術(shù)，分析并設(shè)計(jì)鋼球表面缺陷信號(hào)處理系統(tǒng)，其中包含調(diào)制光源激勵(lì)電路，光電轉(zhuǎn)換及前置放大電路，帶通濾波電路，相敏檢波及低通濾波電路，移相電路，除法運(yùn)算電路，信號(hào)的采集及處理電路等。由于展開輪的作用，在驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)鋼球做定向高速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，在與轉(zhuǎn)軸垂直的方向鋼球會(huì)受到拔動(dòng)，這將會(huì)使鋼球表面得以展開。如圖 所示：激光掃描斑點(diǎn)開始移動(dòng)于沿著經(jīng)度為 L的經(jīng)線，從南極點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)經(jīng)過赤道的時(shí)候，掃描斑點(diǎn)已經(jīng)偏移到經(jīng)線 L和 L+n的 中間位置，掃描斑點(diǎn)在到達(dá)北極點(diǎn)的時(shí)候其運(yùn)動(dòng)方向向量正好與 L+n經(jīng)線相切，穿越到北極點(diǎn)后，其運(yùn)動(dòng)方向向量正好與L+n177。展開輪的結(jié)構(gòu)如圖 所示。在鋼球檢測中 a轉(zhuǎn)動(dòng)一周存在 ??2 的 變化范圍，展開輪的兩個(gè)側(cè)面為非對(duì)稱的 V型錐面就是由于這種夾角的變化而形成的，展開輪兩側(cè)與鋼球的接觸線分別為余弦和 正弦曲線。 圖 。其中鎖相放大技術(shù)，處理電路比較簡單，它只對(duì)被測信號(hào)與參考信號(hào)相同頻率相同相位的信號(hào)分量有響應(yīng)，可以很大程度上抑制無用的噪聲，提高信噪比。 信號(hào)處理系統(tǒng)總體方案如圖 ，激勵(lì)光源調(diào)制電路可以產(chǎn)生固定頻率的方波，將此方波作為系統(tǒng)的載波信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路提供足夠大的電流，驅(qū)動(dòng)光源發(fā)出穩(wěn)定的脈沖光進(jìn)入發(fā)射光纖。在此選用 NE555時(shí)基集成芯片，用它組成的脈沖振蕩電路，占空比是可調(diào)的。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 R4T R I G2C V ol t5GND1T H R6D I S7Q3VCC8U 28N E 555C 280. 01uFC 601nFD1D I O D ED2D I O D ER 108620R 109620R / 1100R 1510081243U 29D S 75451R 110 100AN1C A T H2G N D3G N D4G N D5G N D8U 3015X 7R82KR 11127C 6110uF+ 12f a ngbo 圖 調(diào)制光源激勵(lì)電路 光電轉(zhuǎn)換及前置放大電路 相對(duì)與發(fā)光模塊，選用的是惠普公司的 HFBR25X6接收模塊作為光電轉(zhuǎn)換器件，在內(nèi)部，有跨阻前置放大電路和一個(gè) PIN光電二極管。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 V C C4G N D3G N D2S I G1G N D8G N D5U12 5 X 6R247R147R72KC 2 50 . 0 1 u FC10 . 1 u FC 3 60 . 4 7 u F 746+32U4A D 8 2 5C20 . 1 u FC30 . 1 u FR 1 21 0 0R 1 11 0 0R 2 01KR 2 21K+55R 2 11K 圖 光電轉(zhuǎn)換及前置放大電路 帶通濾波電路 相對(duì)噪聲的功率譜密度，有效信號(hào)的 功率譜密度較窄，而帶通濾波器只會(huì)讓一部分噪聲經(jīng)過，于是說噪聲濾波器能夠在一定程度上優(yōu)化信噪比。在此選用集成芯片 AD630，它是一種 高精度平衡調(diào)制解調(diào)器 ，利用它組建了開關(guān)型相敏檢波器。其電路圖如圖 。 移相電路 移相電路是鎖相放大技術(shù)關(guān)鍵電路之一，它的作用是改變參考信號(hào) (方波信號(hào) )的相位，由于輸入的信號(hào) SU 與參考信號(hào) CU 雖然具有相同頻率但存在一定相位差時(shí)，輸出信號(hào)的大小與相位差隨相位差的余弦而變化，通過移相電路進(jìn)行相位調(diào)整呵以讓輸出信號(hào)達(dá)到最大 。 除法運(yùn)算電路 經(jīng)過鎖相放大以后，能夠獲得三路直流信號(hào)，在這里將其中的兩路送入除法器中濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 完成雙光纖補(bǔ)償法，得到最后的信號(hào)。 C8051F020還支持時(shí)鐘。外部晶振必需一個(gè)外部諧振器或者并行形式的晶振或電容或 RC網(wǎng)絡(luò)，連接到 XTAL1和 XTAL2之間。 R 7 21 0 kS1S W P BC 6 2 1 0 u f+ 3 V D /R E T 圖 復(fù)位電路 串口通訊 單片機(jī)的串口是 TTL電平，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要將 TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS232電平。 JTAG接口 4腳為：TMS、 TCK、 TDI和 TDO，它們表示測試模式、測試時(shí)鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。如圖 。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 參 考 文 獻(xiàn) [1] Yue Yang, Kazuo Yamazaki, Hideki A