【正文】 ，使用自動聚焦技術(shù)基于高程測量精度可以控制在 1020um[8]。日本三菱電氣公司和東燃管內(nèi)表面視覺檢測系統(tǒng)聯(lián)合開發(fā)的異物沉淀引起的腐蝕和管道檢測，其分辨率可達正負 mm，檢查速度可達 30 毫米/秒 [ 13 ]。 課題研究的內(nèi)容“自動絨毛率測試儀設(shè)計開發(fā)”課題的提出主要是希望設(shè)計一種機械裝置，完成布面的自動裝夾、張緊、移動、定位功能以及儀器外觀設(shè)計；再配合 CCD 機器視覺系統(tǒng)，完成布面絨毛率快速、精確、客觀測定的任務(wù)。 下導(dǎo)軌移動的精度為177?？紤]其工作環(huán)境、占地等情況，自動絨毛率測試儀屬于輕型、小型自動化設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單緊湊總體尺寸不宜過大。其工作原理是通過對布面的自動裝夾、張緊、移動、定位，再配合 CCD機器視覺系統(tǒng)，完成布面絨毛率快速、精確、客觀測定的任務(wù)。（1）三維移動工作臺 工作臺作為所有裝置的支撐，同時將 CCD 視覺體統(tǒng)安裝在工作臺的 Y 向工作 臺上，通過控制系統(tǒng)的操控，視覺系統(tǒng)可以在空間任意移動。 （2）自動裝夾裝置 自動裝夾裝置是將測試胚布放在傳送裝置上，裝夾裝置自動將胚布夾住，并伴隨傳送裝置一起移動。（3）張緊裝置張緊裝置是通過壓力傳感器檢測被測的布條的張緊程度，目的是將胚布拉緊平鋪在傳送裝置上，便于檢測。（5）傳送裝置 傳送裝置是帶動被測胚布移動，達到檢測的目的。 布滾卷布測量方案分析圖 21 布滾方案結(jié)構(gòu)簡圖此方案的工作原理是將被測布匹一端夾在三角布滾的一個平面上另一端平鋪在導(dǎo)軌上，通過加載重物使布匹具有一定的張力，通過旋轉(zhuǎn)布滾使布匹被卷起來的同時測量絨毛率。測量的時候電機帶動布滾的旋轉(zhuǎn)，當布滾其中一個角轉(zhuǎn)到 CCD 攝像頭與背景板在同一條直線的時候，CCD 攝像頭就進行一次測量，然后通過底端 XY 工作臺的橫向移動，可以使 CCD 攝像頭橫向測量若干次，然后布滾接著滾動到下一個角的位置，又可以測量若干次數(shù)據(jù)。 圓形導(dǎo)軌帶布測量方案分析圖 22 圓形導(dǎo)軌方案結(jié)構(gòu)簡圖該方案的設(shè)計結(jié)構(gòu)是：布夾與皮帶固定在一起，使用電機與皮帶輪進行定位銷連接然后轉(zhuǎn)動，皮帶與布夾一起移動。背景板固定在指定位置，薄鋼板通過齒輪齒條可以上下移動。布夾 1 向左移動到背景板水平位置，此時布匹搭在背景板上，然后通過齒輪齒條的傳送，薄鋼板向下移動到如圖位置，CCD 攝像頭進行一次測量，然后通過底端 XY工作臺的橫向移動，可以使 CCD 攝像頭橫向測量若干次，然后電機轉(zhuǎn)動布夾再向前移動一定距離，CCD 攝像頭進行一次測量，通過電機的多次轉(zhuǎn)動，使得布匹進行多次測量。 雙層導(dǎo)軌帶布測量方案分析圖 23 雙層導(dǎo)軌方案圖該方案如圖 23 所示，測量布料絨毛率時將布條兩端分別夾在左右夾具上，接通電源后夾具一可在導(dǎo)軌上向下運動，然后沿導(dǎo)軌向右運動，此時夾具一位置低于鋼板，在鋼板的支撐下布形成一薄棱，可為后續(xù)測量做準備。測量時，背板上移到指定位置，布在夾具帶動下沿 x 軸運動，裝置除背板及 CCD 測量頭外可沿 z 軸移動，如此可測量布任意位置絨毛率。 方案確定 三個方案的優(yōu)缺點對比如下：布夾 2布夾 1CCD 攝像頭導(dǎo)軌板彈簧夾具架背板鋼板 布滾卷布測量方案 優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便 缺點：設(shè)備所占空間比較大，而且由于設(shè)計的是三角布滾，形成的角度比較大，所 測得數(shù)據(jù)不會很準確。 缺點：設(shè)備比較復(fù)雜 雙層導(dǎo)軌帶布測量方案 優(yōu)點：檢測精度高便于操作 缺點：設(shè)備所占空間較大 由于所設(shè)計的設(shè)備主要的要求是精度高。3 關(guān)鍵部件的參數(shù)選擇與計算 電機型號選擇自動絨毛率測試儀設(shè)計一共使用了五部電機 ，分別是 X 向移動電機，帶動被測布匹移動的皮帶輪電機，使布匹形成被測角度的推拉電機，控制薄鋼板的電機，控制張力傳感器的電機。選用脈沖當量為 mm/Hz，絲杠導(dǎo)程為 4mm，又由于方案中不用減速箱，而用聯(lián)軸器直接將電動機與絲杠連接，所以取減速比為 i=1 算的電機步距角： α=360iδ/P b=176。總轉(zhuǎn)動慣量 J 包括轉(zhuǎn)子的慣性，滾珠絲桿的慣性和惰性的電機軸的轉(zhuǎn)動慣量。m12dJ??5?4?4?檢查電機軸的慣量，慣量比應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，不能太小也不能太大，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負載特性。23J4?? (J3) 2）步進電動機的初選。???根據(jù)所選的電機型號參數(shù)知道，最大轉(zhuǎn)矩 6jmax?T N圖 31 電機型號與安裝尺寸圖 32 電機接線圖 皮帶輪電機選型 負載力矩的計算公式 ??])[cos(DTL?????? NL? 其中： 為皮帶輪的傳動效率 D 為皮帶輪的直徑 96mm 考慮到種種因素，所選電機最大扭矩大于 ，根據(jù)表格可選電機型號m?N圖 33 電機型號圖 34 電機安裝尺寸與接線方式 使布匹形成被測角度的推拉電機，控制薄鋼板的電機，控制張力傳感器的電機。本課題中選取電機型號的各個參數(shù)如圖 3—5 所示。圖 36 CCD 攝像頭表 31 CCD 攝像頭尺寸1 2 3 4 5 6直徑（邊長）/mm 50 40 38 38 20*12 8*12長度/mm 30 70 60 50 40 20 滾珠螺旋副型號選擇 主要類型 采用滾珠在螺母中內(nèi)循環(huán)方式，選擇墊片預(yù)緊方式來消除絲杠螺母副軸向的間隙 主要參數(shù)及代號滾珠絲杠副的主要參數(shù) ①公稱直徑 ，數(shù)控機床常用的進給絲杠的公稱直徑 為 至 ，但md md30?m8是本次設(shè)計所選用的下導(dǎo)軌上面所受力只有重力，沒有其他額外的載荷，因此 不用d太大，初選 30?。miLbp4/60??滾珠絲杠副的標注1234 56為了滿足設(shè)計要求，初步選擇滾珠絲杠副為 SFU032044，導(dǎo)軌面的硬度為58~64HRC。采用實驗公式計算，對于三角形或綜合導(dǎo)軌mF 　　)(39。f三角形或綜合導(dǎo)軌 K＝，滾動導(dǎo)軌 ，取 。?f 04.39。m???? 最大動載 C 的計算及主要尺寸初選 滾動絲杠承受的動載荷由公式得： 　　　　　　mFfLC3?式中：L 為使用壽命，單位為 ， ；r610610/nt為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取 ~，普通狀況取 ~，沖擊狀態(tài)下取mf~； 為滾珠絲杠工作載荷（ N）。Ca? 取 ，而工作臺進給速度 ，則工作壽命 ：1.?mf min)/(126v?L)10(???? 則 因為 CKNa??，所以選擇的絲杠螺母副滿足設(shè)計要求。??dL?， 為摩擦角，滾動摩擦系數(shù)，摩擦角約等于 。 %)(%0)tan( 39。 剛度驗算 絲杠的拉壓變形量 1? 滾珠絲杠計算滿載時拉壓變形量： EALFm??1? 其中： 是在工作載荷 作用下絲杠總長度的拉伸或壓縮變形量 ， 為絲1?mF )(mF杠的工作載荷 ，L 為滾珠絲杠在軸承支架的受力長度 ， L30?，E 為材料)(N)(彈性模量，對于鋼材 ，A 是按絲杠內(nèi)徑確定的截面積 ，?? )(222 593)7()(dA??，“+”指絲杠被拉伸，“”指絲杠被壓縮。有預(yù)緊時，可以使用下式計算： )( mZFDYJw??? 其中： 是滾珠直徑 ， 是滾珠總數(shù)量 ，Z 是絲杠一? 列 數(shù)圈 數(shù) ???Z圈擁有的滾珠個數(shù)， ， 是絲杠的公稱直徑 ， 是預(yù))(3)/(0內(nèi) 循 環(huán)＝ ?wd?0d)(mYJF緊力 ， 是絲杠的工作載荷)(Nkgf?， mF)(Nkgf，查表可得 ?)()(0 ???內(nèi) 循 環(huán)WdZ?1965???列 數(shù)圈 數(shù) ?，kgffFmYJ ???YJWmFD? 由于當滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的 1/3 時， 值可減少一半2?左右。一般 不大于一半的機床進給系21????統(tǒng)的定位精度指定值。由上式可知選擇的滾珠絲杠副剛度滿足設(shè)計要求。失穩(wěn)時的載荷 為：KF 2LEIfFzK?? 其中：E 為絲杠材料彈性模量，對鋼 ，I 為截面慣性矩，??圓截面 441 ??， ，（端固定，一段簡支的方式） 則較驗較長的絲杠： NLEIfFxzK 4242 .. ??????臨界載荷 與絲杠工作載荷 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) ，如果穩(wěn)定性安全系數(shù)KFmFkn大于額定的穩(wěn)定安全系數(shù)，那么滾珠絲杠就不會失去穩(wěn)定性。 滾珠絲杠螺母副安裝連接尺寸 在確定滾珠絲杠副類型及型號及進行了傳動效率、剛度和穩(wěn)定性校核后，還應(yīng)該考慮另外一些設(shè)計事項。 根據(jù)下表內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副可查，滾珠螺母的安裝、連接尺寸：圖 37 滾珠螺母的安裝尺寸 導(dǎo)軌副型號選擇 工作載荷的計算 工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，本次設(shè)計的 X 向?qū)к壒ぷ髋_采用雙導(dǎo)軌，四個滑塊的支承方式，對于四個滑塊所承受的負載分擔到每個滑塊上承受的載荷是： max4GF??其中，移動部件重量 G=1000N，外加載荷 NFe4?得最大工作載荷 小時額定工作壽命的計算預(yù)期工作臺的工作壽命為 4 年，取工作時間為 360 天，每天工作 8