【正文】 ..................20 PLC 電器控制原理圖 ................................................20 重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 6 軟件系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................25 程序流程圖設(shè)計 ..................................................25 PLC 程序編寫 .....................................................27 7 結(jié)論 ................................................................33致 謝 .................................................................34獻參考文 ..............................................................35 文獻綜述 ..............................................................36 重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 1 I 摘要 近年來，世界各個國家對直線度測量技術(shù)的發(fā)展高對重視，隨著科技水平不斷提高，現(xiàn)有的測量技術(shù)還不滿足于生產(chǎn)生活的要求。針對管材直線度檢測的需要，本文論述了管材直線度檢測機機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制系統(tǒng)的方案設(shè)計。 本檢測系統(tǒng)能夠達到的技術(shù)指標為，測量管材長度為 4m，直徑為 10mm 到 40mm，直線度誤差小于 。 本課題的目的在于，設(shè)計一種直線度測量儀，在滿足精確性和經(jīng)濟性要求的前提下，實現(xiàn)鋼管軸線直線度的測量，為鋼管軸線直線度的測量提供一種高效準確的測量儀，從而提高實際測量的工作效率和準確性。大口徑鋼管廣泛應(yīng)用于冶金、石油及化工等行業(yè)，它的質(zhì) 量關(guān)系到工業(yè)設(shè)備的安全。為了隨時了解鋼管的狀態(tài) ,必須定期檢測其直線度從而決定其是否可繼續(xù)使用或送修。直線度誤差也是機械制造業(yè)中的一個非常重要的內(nèi)容，它對產(chǎn)品零部件的性能具有決定性的影響。但是從目前幾何量領(lǐng)域的情況來看。如尺寸精度和粗糙度已達到納米級水平，且不斷出現(xiàn)新技術(shù)，新成果。相比之下，直線度誤差的測量落后至少一個數(shù)量級，這與幾何計量領(lǐng)域的發(fā)展與產(chǎn)品質(zhì)量的要求是不相適應(yīng)的，因此有必要探測各種新方法。無直線 基準測量和有直線測量基準。無直線基準測量主要采用誤差分離法。按照信息獲得的途徑不同 ,無直線基準測量法又可分為反向法、錯位法和多測頭法。根據(jù)采用的直尺的數(shù)量 ,又可分為單尺法 ,雙尺法和三尺法。在測量架上安裝多個測頭 (A, B ) ,然后以測頭間距 (L )為步長逐次測量 ,各次測量的首尾端點相接 ,并記錄下每個測頭的讀數(shù) ,然后通過數(shù)據(jù)處理進行誤差分析 ,可同時得到被測表面的直線度和測量架的直線度偏差線。所采用的直線基準通常有三種 :實物基準、重力水平基準和光線基準 光隙法是用刀口尺作為理想直線測量直線度誤差的一種方法，如圖 。在良好的照明條件下 ,可以清楚地判斷出 1μ m的微小間隙。 三坐標法。利用三坐標測量機 (或機床 )的高精度導軌作為直 線基準 ,在工作臺沿床身導軌移動過程中 ,利用固定不動的測微表測量被測件表面各采樣點的偏差值。隨著測量工件的增大 ,系統(tǒng)往往需要配有高精度的長導軌 ,不適合于在線實時測量 ,適合于離線抽檢 激光準直儀法是以激光光束的能量中心線為直線基準 ,如圖 。其測量原理為 :由氦 2氖激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)準直后射向目標測量靶 ,該靶中心有一塊圓形四象限硅光電池 ,兩兩相對的硅光電池接成差動式 。上、下一對硅光電池 ,可用來測量靶子相對于激光束在垂直方向上的偏移 。 圖 激光準直儀法測直線度 當光電接收靶中心與激光束能量中心重合時 ,相對的兩個光電池接收能量相同 ,因此輸出光電信號相等 ,無信號輸出 ,指示電表指示為零。因此 ,測量時首先將儀器與 靶子調(diào)整好 ,然后將靶子沿被測表面重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 4 測量方向移動 ,便能得到直線度誤差的原始數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)外在圓度、平行度以及表面粗糙度等計量領(lǐng)域甚至已達到納米級測量精度水平 ,然而直線度的測量精度卻不高 ,特別是在大長度范圍的直線度測量領(lǐng)域 ,其精度水平更遠遠落后于其他計量項目。我國目前仍采用長平晶組分段互檢方法作為直線度檢定基準 ,測量精度不高 (特別是在測量大尺寸零件時尤為明顯 ) 。因此 ,對國內(nèi)直線度測量方法進行研究 ,具有重要的意義。但由于測量方法種類繁多 ,目前尚未見到統(tǒng)一而合理的分類方 法。要求直線度誤差小于 ?；谝曈X測試技術(shù)度無縫鋼管直線度進行了在線測量，測量了鋼管兩端 1 米范圍的直線度，兩端定位，如下圖所示 所示。 上述方案分析有以下不足：（ 1）由于采用單線結(jié)構(gòu)光測量原理，只能對鋼管截面的極小段圓弧采集數(shù)據(jù)，對計算機處理數(shù)據(jù)時得到的圓心數(shù)據(jù)不精確。 基于上述方案的研究，做出一些改進。原理圖如 所示。 檢測機結(jié)構(gòu)及機床總布置圖如圖 所示。如此循環(huán) 15 次后，得到 15 個截面圓心的空間坐標，計算機得到這 15 個空間圓心坐標，再通過一定的算法就可得到管材的直線度誤差。 驅(qū)動設(shè)計 運動機構(gòu)的主體是螺旋傳動裝置，即絲杠螺母傳動裝置。步進電機具有慣性小，不需制動裝置，啟動性能好，能頻繁瞬間啟動、倒轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等優(yōu)點。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關(guān)系，誤差不會積累。 機身部件設(shè)計 本設(shè)計工況震動小，兩軸的對中性要求高，根據(jù)電機軸以及絲 桿的軸徑初步選擇剛性聯(lián)軸器 YL7。根據(jù)設(shè)計要求，需要承受的載荷不大，定位精度高，因此選用三角形導軌和平面導軌的組合。電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠的螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動。 絲桿旋轉(zhuǎn)螺母相對移動。 a 為步進電機步距角，初選為 176。 初設(shè)滑臺工作速度 V=導程 p=5mm 轉(zhuǎn)速 n=pV=2r/s ； 式（ ) n=pf60 ； 式（ ) f=8Hz f 為脈沖頻率 重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 8 P 為電機極對數(shù) 根據(jù)計算可得滑臺與支架的質(zhì)量約 200Kg，即 m=200Kg。 可知所要選的電機轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于 根據(jù)所算的電 機轉(zhuǎn)矩 T 和步距角，選取步進電機型號為：樂創(chuàng)公司兩相步進電機DM5676A。 型號 步距角 保持轉(zhuǎn)矩 適配驅(qū)動器 DM5676A 176。相關(guān)參數(shù)如表 所示。 載荷系數(shù) 無沖擊運動 普通運動 有沖擊運動 Fw 表 載荷系數(shù)表 取 Fw 為 代入得 Cm =84N （ 7）計算最小螺紋底徑 重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 11 dm =ELmF? 0 dm ：最小螺紋底徑 L 為 行程 +1014Ph F0 :靜摩擦力 已知：行程為 4000mm F0 =100N 代入得： dm =50mm （ 8）計算絲杠預(yù)拉伸力 dF mt t ?? Ft ：預(yù)拉伸力 t? ：溫差，在此取 dm ：最小螺紋底徑 代入數(shù)據(jù)得： Ft =11950N （ 9）滾珠絲杠副工作圖設(shè)計 絲桿螺紋長度 LLL eus 2?? Lu ：有效行程，取 4000mm Le ：余程，根據(jù)導程為 5mm 和下表可知 Le =20 余程與導程關(guān)系表見表 所示。 （ 10）驗算臨界壓縮載荷 因為絲杠所受最大軸向載荷 Fmax遠小于絲杠預(yù)拉伸力 Ft 所以不用驗算。臨界轉(zhuǎn)速 dm ：絲杠底徑 Lm ：臨界 轉(zhuǎn)速計算長度 fnk：與支撐形式有關(guān)的系數(shù)，如表 所示。 重慶理工大學畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機系統(tǒng)設(shè)計 13 4 檢測機系統(tǒng)設(shè)計 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)的控制形式 在幾十年前，控制系統(tǒng)一般采用接觸器控制系統(tǒng)，但是隨著科技力量的不斷進步和發(fā)展，對控制技術(shù)提出了更高的要求，這 類控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS，現(xiàn)場總線控制， PLC 等控制方式。 PLC 的特點 PLC 是微機控制技術(shù)與繼電器 控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用工業(yè)計算機。因此 PLC 有以下優(yōu)點： 抗干擾能力強，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性好。 應(yīng)用靈活，通用性好。由于 PLC 具有以上的功能和特點，本系統(tǒng)采用它。 P L C控 制 器視 覺 傳感 器 A視 覺 傳感 器 B步 進 驅(qū)動 器步 進電 機工 作 臺繼 電 器計 算 機 圖 管材直線度度檢測機控制系統(tǒng)原理圖 本系統(tǒng)主要采用 PLC 控制系統(tǒng)向步進電機驅(qū)動器發(fā)送相應(yīng)的脈沖和方向信號，再由步進電機驅(qū)動器控制不進電機的旋轉(zhuǎn)和停止，從而達到工作臺的移動與停止，即達到了視覺傳感器組的運動要求。如此循環(huán)多次之后，計算機得到了管材多個截面的圓心數(shù)據(jù)，通過軟件對