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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況 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 1 研究背景與意義 測量廣泛存在于國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和人民生活的各個方面 自然科學(xué)所闡明的 一般 規(guī)律 定理 往往都是以測量為基礎(chǔ)的 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中 測量技術(shù)的地位越來 越重要 小到納米級的金相分析 大到船舶制造和橋梁建設(shè) 精到衛(wèi)星的發(fā)射 都必 須進(jìn)行測量 從某種意義上來說 沒有測量就沒有科研 就沒有現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 炮彈是各國武器應(yīng)用最為廣泛的武器裝備 其特點是品種多 批量大 能裝備所 有品種 為滿足部隊的需要 炮彈的生產(chǎn)能力亟待提高 實施現(xiàn)代化技術(shù)改造 積極 推廣先進(jìn)制造技術(shù)和以高新技術(shù)為主的在線自動測量技術(shù) 成為我國炮彈制造生產(chǎn)的 一項重要任務(wù) 隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展和彈體生產(chǎn)制造的精度不斷提高 我國軍工企業(yè)對 彈體關(guān)鍵尺寸的檢測方式已不能滿足其發(fā)展與試驗需求 因此 為滿足新時期彈體研 制和檢測需求 完成彈體靜態(tài)參數(shù)的精確測量 研制彈體多尺寸檢測系統(tǒng)的任務(wù)十分 迫切 由于彈體結(jié)構(gòu)復(fù)雜 尺寸相對較小的特點 目前在國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中 技術(shù)人員 憑借各種卡規(guī) 量具來進(jìn)行手工測量 測量結(jié)果的記錄也采用人工方式 這種方式勞 動強(qiáng)度大 過程繁瑣 檢測效率取決于檢測人員經(jīng)驗的豐富程度 測量結(jié)果不夠精確 因此不能滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)與檢測的需求 與此同時 對于彈體合格與否的判定 應(yīng)建立在對其各關(guān)鍵尺寸的檢測結(jié)果之上 而在國內(nèi)外的生產(chǎn)檢測中 大多采用單一 的檢測方式完成彈體某一關(guān)鍵尺寸的檢測 而沒有將多種尺寸的檢測過程集成化 雖 然一些成型的檢測方案或設(shè)備已被提出 但仍存在自動化程度不高 檢測內(nèi)容不全面 等問題 無法滿足彈體生產(chǎn)廠家對檢測效率的要求 2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生產(chǎn)力水平的不斷提高 生產(chǎn)加工領(lǐng)域?qū)y 量 與檢測技術(shù)的要求越來越高 因此如何快速 可靠 準(zhǔn)確地完成檢測任務(wù) 如何使用 現(xiàn) 代化檢測工具和方式來提高檢測結(jié)果精確度 如何實現(xiàn)檢測過程智能化 檢測結(jié)果可 視 化顯得尤為重要 軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國國防建設(shè)的大事 也是軍工企業(yè)的生命線 隨著科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在的機(jī)械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高 保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測量 我國軍工行業(yè)炮彈制造技術(shù)水歷經(jīng)幾十年的技 術(shù)革新與工藝改進(jìn) 生產(chǎn)能力有了顯著的提高 但在彈體測量方面 對彈體內(nèi)外徑和 形狀誤差測量的精確性和快速性和國外相比還存在一定的差距 目前國內(nèi)大多數(shù)軍工 企業(yè)對彈體內(nèi)外徑和形狀誤差的測量仍停留在用量規(guī)和卡尺測量的水平上 難以全面 反映彈體幾何形狀的真實情況 且耗費人力物力 工作效率不高 且容易受生理限制 和主觀影響 難以實現(xiàn)在線測量和測量結(jié)果數(shù)字化 滿足不了現(xiàn)代炮彈生產(chǎn)的發(fā)展需 求 從國際上看美國 日本 英國 德國都先后研制和開發(fā)了各種不同的測量范圍 不同分辨率和不同測量精度的激光 光電測量系統(tǒng) 可以通過光電傳感器和非接觸測 量機(jī)等先進(jìn)測量儀器和設(shè)備 對彈體的長度 高度 厚度 徑向尺寸 曲面形狀等幾 何尺寸參數(shù)進(jìn)行測量 因此 我們國家也應(yīng)在團(tuán)體生產(chǎn)過程中采用高新技術(shù) 實現(xiàn)非 接觸式自動測量 以適應(yīng)快速反應(yīng)的要求 本文中團(tuán)體集合起村數(shù)字化測量系統(tǒng)是針對目前我軍 彈體機(jī)加檢驗中存在的種 種問題研制的第一臺自動化檢測設(shè)備 它的研制成功和完善 大大提高團(tuán)體的 檢驗 的精度效率和可靠性 為我國團(tuán)體生產(chǎn)線提供先進(jìn)的激光檢測手段和設(shè)備 對我軍武 器裝備生產(chǎn) 和檢驗的自動化具有重大的實踐意義 3 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展 通常把在人工最少參與的情況下 能自動進(jìn)行測量 數(shù)據(jù)處理 并以適當(dāng)方式輸 出測試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng) ATS Automated Test System 在自動測試 系統(tǒng)中 操作員根據(jù)測試任務(wù)的需要組建系統(tǒng) 編制軟件 而整個測試工作通常都是 在預(yù)先編制好的測試程序的指揮下自動完成的 一旦系統(tǒng)開始正常工作 它的各種操 作一般都是由系統(tǒng)本身自動完成的不需要人工的干預(yù) 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過了三個階段 1 第一代自動測試系統(tǒng) 早期的自動測試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng) 是針對某項具體任務(wù)而設(shè)計的 主要用于大 量重復(fù)的測試 要求可靠性高的復(fù)雜測試 或者是為了提高測試速度及工作環(huán)境比較 惡劣的測試 第一代測試系統(tǒng)至今仍發(fā)揮著重要的作用 他們能完成大量復(fù)雜的測試 任務(wù) 承擔(dān)繁重的數(shù)據(jù)分析 信息處理工作 快速準(zhǔn)確地給出測試結(jié)果 它們與人工 測試相比 功能更加強(qiáng)大 使用更方便 能完成不少人工測試無法完成的任務(wù) 顯示 出其優(yōu)越性 第一代自動測試系統(tǒng)的組建和設(shè)計存在很多困難 由于第一代自動測試系統(tǒng)的接 口電路不具備同通用性 系統(tǒng)中計算機(jī)與儀器以及儀器之間的接口問題要設(shè)計者自行 解決 因此他們的適應(yīng)性普遍較差 當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時 研制的工作量非常大 成本 也很高 且沒有通用性 這是第一代自動測試系統(tǒng)的主要缺點 2 第二代自動測試系統(tǒng) 采用標(biāo)準(zhǔn)化通用接口是第二代自動測試系統(tǒng)的主要特征 目前普遍使用的一種可程控制儀的標(biāo)準(zhǔn)化接口系統(tǒng) 是 1972 年美國惠普公司首先 提出的 HP IB 之后 為美國電氣與電子工程師學(xué)會 IEEE 及國際電工委員會 IEC 接受并正式頒布了標(biāo)準(zhǔn)文件 這套系統(tǒng)在美國被稱為 IEEE 48 GP IB HP IB 在歐洲和日本被稱為 GP IB 或 IEC625 在第二代自動測試系統(tǒng)中 各設(shè)備都用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和母線連接起來 系統(tǒng)中的 各種設(shè)備均配以標(biāo)準(zhǔn)化的接口功能電路 用統(tǒng)一的無源母線連接起來 這種系統(tǒng)組件 方便 有專用的通用接口電路 更改 增加測試內(nèi)容也很靈活 使用完畢后拆散容易 拆散后各部件可以移作它用 顯示了很大的優(yōu)越性 得到了廣泛的應(yīng)用 3 第三代自動測試系統(tǒng) 第一 二代自動測試系統(tǒng)雖然有其巨大的優(yōu)越性 但這些系統(tǒng)中的計算機(jī)并沒有 充分發(fā)揮作用 整個系統(tǒng)和它的工作過程基本上還是對人工測試的模擬 第三代自動 測試系統(tǒng)中 用強(qiáng)有力的計算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件 用人的智力資源代替 很多物質(zhì)資源 特別是在第三代自動測試系統(tǒng)中 用計算機(jī)直接 參與測試信號的產(chǎn)生 和測量特性的解析 即通過計算機(jī)直接產(chǎn)生測試信號和測試功能 這樣有計算機(jī)及軟 件來完成某些儀器在系統(tǒng)中的功能 形成一種所謂的 虛儀器 Virtual Instrument 在前兩代自動測試系統(tǒng)中包括多件儀器的測試系統(tǒng)所完成的功能 在 第二代自動測試系統(tǒng)中可以由一臺計算機(jī)為中心設(shè)備來完成 第三代自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)給電子測量帶來了真正革命性的沖擊 在測量原理 儀器設(shè)計等很多方面都產(chǎn)生了重大影響 但第三代自動測試系統(tǒng)尚處于起步階段 它 的應(yīng)用不如第二代自動測試系統(tǒng)那么普遍 但可以肯定的是 充分發(fā)揮計算機(jī)的作用 用計算機(jī)軟硬件資源代替測量儀器及系統(tǒng)中的各硬件 是電子測量發(fā)展的一個重要方 向 隨著生產(chǎn)力水平與人類生活水平的不斷提高 人們對測量提出了越來越高的要求 除了能準(zhǔn)確 迅速 可靠地完成測量任務(wù)之外 人們還希望能利用各種先進(jìn)技術(shù) 實 現(xiàn)自動化與智能化的測量 計算機(jī)以其高速計算能力和大容量存儲能力顯著提高測量 數(shù)據(jù)處理能力 使測量技術(shù)有了質(zhì)的飛越 計算機(jī)測量與控制 CAMAC Computer Automated Measurement And Control 系 統(tǒng) 簡稱測控系統(tǒng) 是一門新興的技術(shù) 它是自動控制技術(shù) 計算機(jī)技術(shù) 微電子技 術(shù)和通訊技術(shù)等有機(jī)結(jié)合 綜合發(fā)展的產(chǎn)物 測控系統(tǒng)包括各種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng) 自動測量系統(tǒng) 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng) 導(dǎo)彈和衛(wèi)星的發(fā)射控制系統(tǒng)等等 廣泛用于航空 航天 和科學(xué)研究 工廠自動化 實驗室自動測量和控制 公辦自動化 商業(yè)自動化 家庭自動化等 融入人類生活的各個領(lǐng)域 CAMAC 系統(tǒng)誕生于 20 世紀(jì) 60 年代 它的出現(xiàn)使人們工作和生活的環(huán)境發(fā)生了深刻 的變化 以工廠自動化為例 計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用最先開始于 20 世紀(jì) 60 年代 首先應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制 那時只是實現(xiàn)了簡單的程序控制 70 年代以后 隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)和大量應(yīng)用 工業(yè)生產(chǎn)過程控制的概念已經(jīng)發(fā)生了 很大的變化 各種新興的學(xué)科逐漸融入 CAMAC 系統(tǒng)中 90 年代以后 隨著計算機(jī)的迅 猛發(fā)展和普及計算機(jī)自動測控系統(tǒng)已進(jìn)入各個工業(yè)部門 承擔(dān)著生產(chǎn)過程的控制 監(jiān) 督和管理等任務(wù) 在工廠的控制室里 操作員可以通過顯示終端對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視 和操縱 鍵盤和顯示屏幕代替了龐大的控制儀表盤 控制室已經(jīng)變得越來越小 操作 人員的勞動強(qiáng)度也越來越低 再以航天航空領(lǐng)域為例 CAMAC 系統(tǒng)已經(jīng)代替了大量的測 量儀器 擔(dān)負(fù)著實驗室 總裝廠和發(fā)射場的各個測試和發(fā)射控制任務(wù) 使測試和發(fā)射 時間大大縮短 操作人員和特種車輛大大減少 發(fā)射場的指揮員在控制室或指揮車?yán)?就可以觀察到導(dǎo)彈或衛(wèi)星各個分系統(tǒng) 參考文獻(xiàn) 1 施文康 余曉芬 檢測技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 2 周森 郭永彩 高潮 用于大尺寸工件的動態(tài)長度測量系統(tǒng) J 光學(xué)精密工程 2012 20 11 2472 2478 3 謝旭輝 羅志超 彈藥彈體尺寸自動測量系統(tǒng) J 國防科技大學(xué)學(xué)報 2005 27 6 126 129 4 孫克梅 在線實時工件測長系統(tǒng)開發(fā) J 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報 2004 21 4 89 90 5 于保華 胡小平 葉紅仙 內(nèi)孔珩磨尺寸在線氣動測量系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 2008 39 10 202 206 6 杜敏娟 珩磨氣動測量系統(tǒng)中磨頭測量元件優(yōu)化設(shè)計 D 蘭州理工大學(xué) 2012 7 龐明超 王俊元 曾志強(qiáng) 等 某炮彈藥筒內(nèi)孔尺寸在線檢測系統(tǒng)研究 J 包裝 工程 2014 3 17 6 10 8 石曉宇 多軸控制系統(tǒng)設(shè)計方法的分析與研究 D 中北大學(xué) 2012 9 官文 鏈?zhǔn)降稁旒白詣訐Q刀裝置的控制與檢測系統(tǒng)研究 D 北京工業(yè)大學(xué) 2012 10 李飛 零件質(zhì)量自動檢測系統(tǒng)的研究 D 華中科技大學(xué) 2006 11 SHU Bin The Application of PLC Controled Stepper Motor in the Classification of Store J Techniques of Automation and Applications 2009 28 11 71 79 12 董學(xué)文 陳白寧 基于 PLC 步進(jìn)電機(jī)位置閉環(huán)控制研發(fā)與應(yīng)用 J 設(shè)計與分析 2011 30 142 143 13 王道順 新型數(shù)字式氣動量儀 J 工具技術(shù) 2001 23 1 33 35 14 徐志鵬 王宣銀 羅語溪 高壓氣動比例減壓閥設(shè)計與仿真 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 2011 42 1 209 222 15 Yongjie Shi Di Zheng Liyong Hu et al NC polishing of aspheric surfaces under control of constant pressure using a magnetorheological torque servo J The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2012 58 9 1061 1073 16 敖海平 氣嚢拋光接觸力控制系統(tǒng)研究 D 浙江工業(yè)大學(xué) 2012 17 魏汪洋 靳鯤鵬 C 從入門到精通 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2011 18 H Golnabi A Asadpour Design and application of industrial machine vision systems J Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2007 23 6 630 637 19 S B Dworkin T J Nye Image processing for machine vision measurement of hot formed parts J Journal of Materials Processing Technology 2006 174 1 1 6 20 王孝紅 韓丹 景紹洪 組態(tài)軟件上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) J 信息技術(shù)與信 息化 2005 6 78 80 21 肖雄 某藥筒自動較量機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 D 中北大學(xué) 2014 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 2 1 研究的問題 1 確定彈體零件尺寸測量采用的基本原理和方法 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 2 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 3 完成控制程序的編制 完成程序的驗證 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)各工位的檢測方式 結(jié)合上料裝置 傳送裝置以及下料分 揀裝置的運動形式 設(shè)計系統(tǒng)整體控制方案 根據(jù)控制方案所需實現(xiàn)的功能要求 統(tǒng) 計系統(tǒng)所需的 I O 點數(shù)和 A D D A 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 選擇合適的 PLC 主機(jī)以及相應(yīng)的 功能模塊 完成電氣元件的選型 搭建電氣控制系統(tǒng) 詳細(xì)闡述系統(tǒng)各運動部位的驅(qū) 動設(shè)計 配置 PLC 所需的功能模塊 然后完成系統(tǒng)所需電氣元件的硬件選型和電路設(shè)計 2 2 研究的途徑 采用 PC 與 PLC 相聯(lián)系的控制方式 PLC Programmable Logic Controller 以微處理器為核心 是一種為了滿足工 業(yè)生產(chǎn)需求而誕生的控制裝置 它的問世取代了傳統(tǒng)的繼電 接觸器成為控制系統(tǒng)的核 心 在工業(yè)生產(chǎn)制造 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 機(jī)電一體化方面得到了廣泛地應(yīng)用 該控制裝 置融合微機(jī)技術(shù) 具有抗干擾能力強(qiáng) 通用性強(qiáng) 運算速度高 指令豐富 編程方便 擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點 與繼電 接觸器控制方式相比 PLC 內(nèi)部電子電路中含有數(shù)量巨大 的用于接收開關(guān)量信號的繼電器類軟元件 為實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制提供捷徑 而且隨著微機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展 它的功能早已超出了邏輯控制的范圍 例如能快速而 又方便地實現(xiàn) D A A D 轉(zhuǎn)換及 PID 運算 實現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以及實現(xiàn) PLC 之間 PLC 與上級計算機(jī)之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能 它不僅可以控制一臺單機(jī) 一條生產(chǎn)線 還可以控制一個機(jī)群 許多條生產(chǎn)線 它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場控制 還可以用于遠(yuǎn)程控 制 綜合以上特點和功能 本文選用以 PLC 為核心的控制方式實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動控 制 控制系統(tǒng)設(shè)計流程 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程分為四個步驟 分別為方案設(shè)計 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 和系統(tǒng)調(diào)試 具體的設(shè)計流程如圖 3 1 所示 方案設(shè)計 確定被控對象運動過程 擬定系統(tǒng)實現(xiàn)方法 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 硬件設(shè)計 繪制電氣原理圖 根據(jù)電氣原理圖中的信號走向完成電氣元件的現(xiàn)場 安裝接線 軟件設(shè)計 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對硬件接線檢查無誤的情況下 進(jìn)行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié)果進(jìn)一 步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計要求為止 控制任務(wù)分析 彈體自動檢測系統(tǒng)是一種集順序控制 運動控制 過程控制于一體的機(jī)電一體化 產(chǎn)品 在控制系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)彈體各項尺寸的自動檢測 控制方案如圖 3 2 所示 圖 3 2 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 為實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化和安全可靠地運行 從圖 3 2 中可以看到 PLC 作為整個控制系統(tǒng)的核心 擔(dān)負(fù)著與各種測量儀器的通信 各種開關(guān) 量 模擬量信號的接入 控制外圍繼電器的通斷 控制步進(jìn)電機(jī) 直流電機(jī)的運行以及 通過 PLC 的串行接口實現(xiàn)與外圍檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)交換等任務(wù) 在硬件接線之前 必須根 據(jù)選定的電氣元件設(shè)計電氣原理圖 便于明確系統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互 關(guān)系以及控制信號的走向 該電氣系統(tǒng)主要應(yīng)用中間繼電器作為控制元件 將 PLC 的輸 出信號傳遞至各執(zhí)行元件 本檢測系統(tǒng)的控制主要包括 傳送裝置步進(jìn)電機(jī)的控制 螺旋升降平臺步進(jìn)電機(jī)的 控制 各檢測工位氣缸及氣動夾爪的控制 內(nèi)徑測量中氣路的切換控制 根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 設(shè)計以 PLC 為核心的控制方案 結(jié)合各工位的運動形式 詳 細(xì)分析整個系統(tǒng)的檢測流程與數(shù)據(jù)采集過程 統(tǒng)計所需的 I O 點數(shù)和 A D 轉(zhuǎn)換通道數(shù) 完成 PLC 選型 電氣元件選型以及控制電路的搭建 詳細(xì)闡述系統(tǒng)動力源 步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動方式 針對內(nèi)徑檢測對氣壓穩(wěn)定的要求 選取合適的氣壓控制元件 設(shè)計氣體閉環(huán) 穩(wěn)壓氣路 并對其工作原理和控制流程進(jìn)行詳細(xì)描述 采用 Windows 高級編程語言 C 完成上位機(jī)監(jiān)測軟件的開發(fā) 通過與 PLC 通信 實現(xiàn) 對系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制以及測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果實時動態(tài)顯示 立 ACCESS 數(shù)據(jù)庫 完成測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果的存儲 在 C 程序中編寫 SQL 語句實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的 操縱 分別設(shè)計系統(tǒng)登錄界面 主操作界面 測量結(jié)果信息統(tǒng)計界面 實現(xiàn)檢測過程的 可視化 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見 戎劍同學(xué)所做的開題報告 研究目的與意義明確 文獻(xiàn)綜述對殼體零件的基本結(jié) 構(gòu) 工藝要求及特點等作了較充分的分析與論述 對擬采用的工藝路線進(jìn)行了初步分 析 語言簡練 格式符合規(guī)范化要求 所提出的研究方案切實 可行 建議進(jìn)一步細(xì) 化技術(shù)路線及結(jié)構(gòu) 望該同學(xué)能積極工作 認(rèn)真鉆研 按照研究計劃合理安排時間 相信能圓滿順利 的完成畢業(yè)設(shè)計工作 同意開題 指導(dǎo)教師 2016 年 3 月 21 日 所在系審查意見 同意開題 系主任 2016 年 3 月 21 日