汽車檢測技術(shù)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)汽車縱梁檢測主要以人工方式進(jìn)行，檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁圖紙進(jìn)行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求。這種檢測方式嚴(yán)重依賴人工，可靠性不高，效率不高，不適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。為克服這些弊端，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計了一種以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的自動化檢測裝置。首先對縱梁基本結(jié)構(gòu)、數(shù)字圖像處理技術(shù)

2、和汽車檢測技術(shù)做了簡單的介紹，然后對檢測裝置的總體設(shè)計方案做了詳細(xì)的介紹，之后對裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 控制系統(tǒng)使用西門子s7-200系列PLC實現(xiàn)了檢測過程的自動化運行，并使用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)了縱梁支撐部件的運動控制。該自動化檢測裝置操作簡單，可靠性高，檢測精度高，大大改善了生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>

3、;　　縱梁 自動檢測 可編程序控制器 液壓系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Detection of the traditional auto girder has been conducted primarily in the manualbasis .The worker test whether the hol

4、es is whole by compare with the standard drwing and test the position of hole whether is right using the micrometer .</p><p>　　This approach relies serious on the workers, reliability and efficiency is

5、low and does not meet the demand of modern industrial production. To overcome these shortcomings, improve productive efficiency, designed a automatic equipment which is base on image processing techniques. Firs

6、t, making a brief introduction to the basic structure of the girder basic strukture,digital image processing technology and vehicle inspection technology, then detailedly introduce the holistic design proposal of th</

7、p><p>　　Keywords：Girder, Automaticalliy detected, PLC, Hydraulic system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 前 言1</p><p>　　1.1 縱梁概述1</p><p

8、>　　1．2 數(shù)字圖像處理技術(shù)簡介1</p><p>　　1．3 汽車檢測技術(shù)概述2</p><p>　　1.3.1 國外汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況2</p><p>　　1.3.2 國內(nèi)汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況4</p><p>　　1．4 課題的提出與主要任務(wù)5</p><p>　　1.4.1 課

9、題的提出6</p><p>　　4.1.2 課題的主要任務(wù)6</p><p>　　2 總體設(shè)計方案6</p><p>　　2.1 縱梁拍攝方式的選擇7</p><p>　　2.2 攝像小車的設(shè)計8</p><p>　　2.2.1 小車運動的實現(xiàn)8</p><p>　　2.2

10、.2 電機的選擇9</p><p>　　2.2.3 攝像機高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　2.3 底座的設(shè)計9</p><p>　　2.4 液壓系統(tǒng)原理11</p><p>　　2.4.1 換向方式選擇11</p><p>　　2.4.2 調(diào)速和調(diào)壓方式設(shè)計11</p>&

11、lt;p>　　2.4.3 其他輔助元件11</p><p>　　2.4.4 液壓系統(tǒng)原理圖12</p><p>　　2.5 系統(tǒng)控制方案設(shè)計12</p><p>　　2.5.1 控制器的選擇12</p><p>　　2.5.2 控制對象的確定13</p><p>　　2.5.3 控制過程設(shè)計

12、13</p><p>　　3 硬件部分設(shè)計13</p><p>　　3.1 攝像小車設(shè)計13</p><p>　　3.1.1 機架的設(shè)計14</p><p>　　3.1.2 攝像機支架設(shè)計16</p><p>　　3.1.3 伺服電機的選用20</p><p>　　3.1.

13、4 齒輪齒條設(shè)計22</p><p>　　3.2 底座設(shè)計24</p><p>　　3.2.1 滑臺的設(shè)計24</p><p>　　3.2.2 支撐板的設(shè)計25</p><p>　　3.3 液壓元件的選擇26</p><p>　　3.3.1 液壓缸的計算與選擇26</p><

14、p>　　3.3.2 液壓泵的計算與選擇27</p><p>　　3.3.4 管道尺寸的確定29</p><p>　　3.3.5 液壓油箱容積的確定29</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計及編程29</p><p>　　4.1 主要結(jié)構(gòu)與工作方式29</p><p>　　4.2 檢測裝置的控

15、制要求30</p><p>　　4.3 I/O分配31</p><p>　　4.4 硬件配置32</p><p>　　4.5 程序設(shè)計33</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)37</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p&g

16、t;<p><b>　　參考資料39</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p><b>　　1.1 縱梁概述</b></p><p>　　汽車縱梁是汽車中承受車身及汽車有效荷載的基礎(chǔ)構(gòu)件之一，被稱為汽車的脊梁。一般載重貨車的車架，就是采用的縱梁式車

17、架。這種車架由兩根貫穿汽車前后的縱梁為主體，中間以幾根橫梁相連，組成一個框架。縱梁除了起支撐整個車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。汽車制造行業(yè)中，縱梁的生產(chǎn)工藝一般為落料沖孔（鉆孔）成形。由于受人為因素及模具、設(shè)備狀態(tài)的影響，每批縱梁除對張口、翼面高度檢測外，還需對發(fā)動機安裝孔、鋼板彈簧支架孔等重要的位置進(jìn)行檢測。[2]汽車縱梁是汽車上最長的零件，一般是長為5米到12米之間，板厚5毫米到10毫米，板上有200到500個孔，其成

18、型的縱梁斷面有Z型和U型，[3]如圖1.1所示：</p><p>　　1、Z型 2、U型</p><p>　　圖1.1 縱梁斷面形式</p><p>　　1．2 數(shù)字圖像處理技術(shù)簡介</p><p>　　數(shù)字圖像處理的英文名稱是“Digital Image Processing”

19、。所謂數(shù)字圖像處理就是利用計算機或者其他數(shù)字硬件，對從圖像信息轉(zhuǎn)換得來的電信號進(jìn)行某些數(shù)學(xué)運算，以提高圖像的實用性。圖像處理最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時的電子計算機已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理技術(shù)處理精度比較高，而且還可以通過改進(jìn)處理軟件來優(yōu)化處理效果。[4]一個典型的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主要包括照明、鏡頭、相機、圖像采集卡、視覺處理器五大部分。（如圖1.2所示）</p><

20、;p>　　圖1.2 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成</p><p>　　1．3 汽車檢測技術(shù)概述</p><p>　　汽車檢測技術(shù)是伴隨著汽車技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在汽車發(fā)展的早期，人們主要是通過“望” 〔眼看)、“聞” (耳聽)、“切”(手摸)的方法，憑借維修人員的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)汽車的故障并作有針對性的修理。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，汽車檢測技術(shù)也飛

21、速發(fā)展。目前人們已能依靠各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，對汽車進(jìn)行不解體檢測，達(dá)到安全、迅速、準(zhǔn)確地診斷和評價汽車性能的目的，使汽車檢測設(shè)備和儀器成為汽車維護(hù)與修理，保持汽車實用性能的不可缺少的工具。</p><p>　　1.3.1 國外汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　從汽車檢測、診斷技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展過程來看，大致經(jīng)歷了4個同的發(fā)展 階段： </p><p><

22、;b>　　第 1 個階段</b></p><p>　　這個階段的檢測、 診斷設(shè)備是以機械結(jié)構(gòu)為主的單機人工操作階段。雖然檢測 、診斷設(shè)備和儀器結(jié)構(gòu)較簡單，測試精度也不高，但已從過去的人工定性檢查進(jìn)化為設(shè)備 、儀器的定量檢測，從現(xiàn)場或路試發(fā)展為相關(guān)性臺架的試驗。這小僅省時、省錢而且在檢測數(shù)據(jù)精度上，也是一個質(zhì)的飛躍。 </p><p>　　在 50年代以前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國

23、家就已開發(fā)了以故障診斷和性能調(diào)試為主的單項檢測技術(shù)和生產(chǎn)單項 檢測設(shè)備。60年代初期就有美國的發(fā)動機分析儀、英國的發(fā)動機點火故障分析儀和平板式制動試驗臺等進(jìn)入我國，這些都是發(fā)達(dá)國家早期發(fā)展的汽車檢測設(shè)備和儀器。</p><p><b>　　第 2 個階段 </b></p><p>　　這個階段是單機機電一體化一計算機控制自動化階段。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國外汽車檢測設(shè)備

24、在自動化、精確化和綜合化等方面都有了新的發(fā)展，應(yīng)用新技術(shù)，開拓新的檢測領(lǐng)域，研制出許多新型檢測設(shè)備和儀器，60年代后期，國外大量開發(fā)出應(yīng)用電子、光學(xué)、理化與機械相結(jié)合的光機電、理化機電一體化的檢測、診斷設(shè)備。并與單板機、單片機或微型計算機相結(jié)合，使檢測、診斷設(shè)備首先走向單機自動化。 </p><p><b>　　第 3 個階段 </b></p><p>　　這個階段是

25、汽車檢測設(shè)備智能化，汽車檢測線自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化階段。隨著電子計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，汽車檢測設(shè)備向智能化方面發(fā)展，出現(xiàn)了一些具有智能化功能的檢測設(shè)備，它們能對設(shè)備本身和汽車技術(shù)狀況進(jìn)行檢測，并能判斷出故障發(fā)生的部位，引導(dǎo)維修人員迅速排除故障。</p><p>　　80年代，隨著計算機技術(shù)在汽車檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)一步向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了集檢測工藝操作、數(shù)據(jù)采集和打印、存儲與顯示等功能于一體的系統(tǒng)軟件，使汽車

26、檢測線實現(xiàn)了全自動化。這樣不僅可以避免人為的判斷錯誤，提高檢測的精確性和檢測速度，而且可以把受檢車輛的技術(shù)狀況儲存在計算機中，既可作為車輛技術(shù)性能的檔案資料備查， 也可供處理交通事故時參考。全自動汽車安全檢測線、汽車維修檢測系統(tǒng)和全自動汽車綜合性能檢測線都是這方面的實例。 </p><p><b>　　第 4 個階段 </b></p><p>　　這個階段是汽車檢測

27、、診斷技術(shù)已發(fā)展到車載自診斷系統(tǒng)及汽車故障診斷專家系統(tǒng)階段車載自診斷系統(tǒng)一般是作為汽車結(jié)構(gòu)的組成部分，利用安裝在汽車內(nèi)各個部位的傳感器，將汽車的主要技術(shù)狀況經(jīng)常地、自動地向駕駛員顯示。顯示方式有聲光訊號，也有數(shù)字式圖形訊號。英國通用汽車公司的MISAR車載自診斷系統(tǒng)檢測已采用微機控制，始終維持發(fā)動機及汽車在最佳工況運行，并可對50多個檢測項目的參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控。美國凱迪拉克轎車系列，日本豐田、本田轎車系列等均已先后采用了車載自診斷系統(tǒng)。

28、 </p><p>　　1.3.2 國內(nèi)汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　我國汽車檢測技術(shù)的研究和開發(fā)起步較晚，進(jìn)人60年代開始研究汽車檢測技術(shù)，為了滿足汽車維修的需要，當(dāng)時由交通部主持進(jìn)行了發(fā)動機氣缸漏氣量檢測儀、點火正時燈等檢測儀器的研究。7O年代，汽車不解體檢測技術(shù)及設(shè)備被列為國家科委開發(fā)的應(yīng)用項目。由交通部主持研制了汽車制動試驗臺、發(fā)動機綜合檢測儀和汽車性能綜合檢驗臺等

29、。進(jìn)人80 年代，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)發(fā)展迅猛，對汽車檢測、診斷技術(shù)和設(shè)備的需求也與日俱增。我國汽車保有量迅速增加， 汽車的運行安全性、經(jīng)濟(jì)性和排放污染已成為人們越來越重視的社會問題，于是汽車的安全、節(jié)能和環(huán)保逐漸提到政府有關(guān)部門的議事日程，因而促進(jìn)了汽車檢測與診斷技術(shù)的發(fā)展。與此同時又相繼研制了側(cè)滑試驗臺、軸( 輪)重儀、車速表試驗臺、前照燈檢測儀和底盤測功機等。 </p><p>　

30、　國家“六五”期間重點推廣了汽車檢測與診斷技術(shù)?！捌呶濉逼陂g，交通部又把“汽車檢測、診斷設(shè)備在汽車維修生產(chǎn)中的應(yīng)用”課題列為重點新技術(shù)推廣項目，組織有關(guān)單位進(jìn)行了研究和試點。經(jīng)過2年的推廣試驗，首批推薦了部分國產(chǎn)檢測、診斷設(shè)備及操作要點， 車輛技術(shù)狀況的診斷方法，汽油發(fā)動機故障診斷實例等 </p><p>　　在單臺檢測設(shè)備研制成功的基礎(chǔ)上，交通部從1980年開始有計’ 劃地在全國公路運輸和車輛管理部門籌建汽車檢

31、測站，檢測內(nèi)容以汽車的安全性能檢測為主。80年代初，交通部在大連市建立了國內(nèi)第一個汽車檢測站。從工藝上提出了將各種單臺檢測設(shè)備安裝聯(lián)線 ，構(gòu)成功能齊全的汽車檢測線，其檢測綱領(lǐng)為3萬輛次／年。此后，交通部又先后要求l0多個省市、自治區(qū)交通廳(局) 籌建汽車檢測站，并在唐山等地建成了具有相當(dāng)規(guī)模的汽車檢測站。到80年代中期，由于汽車監(jiān)理工作由交通部轉(zhuǎn)由公安部主管，原來車管所的汽車檢測站也一并劃歸公安車管系統(tǒng)。公安車管系統(tǒng)在已有檢測站的基礎(chǔ)上

32、，進(jìn)行了推廣和發(fā)展，到目前為止． 全國已建成的汽車安全檢測線(站) 達(dá)1000余條。與此同時，汽車的檢測技術(shù)和裝備也得到了大力發(fā)展。7O年代國內(nèi)僅能生產(chǎn)少量簡單的檢測、診斷設(shè)備 。20多年來，汽車檢測、診斷設(shè)備得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展，截止2000年底，設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)達(dá)1000多家，產(chǎn)品有 11000多個品種，2800多個規(guī)格型號。交通、機械、電子、城建和高等院校等部門都進(jìn)入到汽車檢測儀器和設(shè)備的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域。我國已能生產(chǎn)全套

33、汽車檢測設(shè)備。 </p><p>　　1．4 課題的提出與主要任務(wù)</p><p>　　隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，自動化程度的不斷加深，一些傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)、檢測手段以不再適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)實際。在汽車檢測方面，傳統(tǒng)檢測技術(shù)完全依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)故障或缺陷，然后對其進(jìn)行針對性的維修。隨著汽車檢測技術(shù)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)檢測手段已經(jīng)表現(xiàn)出了許多不足，其缺點主要有以下幾方面：</p>

34、<p>　?。?）嚴(yán)重依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗、技術(shù)，檢測結(jié)果不可靠；</p><p>　?。?）檢測精度低，檢測結(jié)果不穩(wěn)定；</p><p>　　（3）檢測時間長，效率低下；</p><p>　?。?）人工現(xiàn)場檢測，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)員易發(fā)生安全問題。</p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，汽車檢測技術(shù)

35、也在飛速發(fā)展。目前人們已經(jīng)依靠各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，對汽車進(jìn)行不解體檢測，這樣不僅克服了傳統(tǒng)檢測方法的缺點，而且大大縮短了汽車的生產(chǎn)維修時間，解放了勞動力?，F(xiàn)代汽車檢測技術(shù)的優(yōu)點有很多，主要包括以下幾個方面：</p><p>　?。?）由于采用了自動化控制技術(shù)，使檢測過程簡單、迅速；</p><p>　?。?）依靠計算機分析檢測數(shù)據(jù)，是檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確翔實；</p><p

36、><b>　?。?）檢測精度高；</b></p><p>　?。?）可進(jìn)行定量分析，使人們能更加詳細(xì)的了解產(chǎn)品信息。</p><p>　　雖然現(xiàn)代汽車檢測技術(shù)有自己突出的優(yōu)勢，但由于采用了更多的科技產(chǎn)品和精密設(shè)備、儀器，因而不可避免的增加了生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品投資加大，同時也限制了它的應(yīng)用范圍。</p><p>　　現(xiàn)代汽車檢測技術(shù)主要應(yīng)用于

37、如下場合：</p><p>　?。?）大批量生產(chǎn)零件的檢測；</p><p>　?。?）檢測精度要求較高，傳統(tǒng)檢測方法無法滿足要求的場合；</p><p>　?。?）檢測項目較多，檢測過程復(fù)雜，傳統(tǒng)方法對技術(shù)人員的數(shù)量和技術(shù)要求較高的場合。</p><p>　　1.4.1 課題的提出</p><p>　　汽車縱梁檢測

38、是汽車檢測技術(shù)的一部分。汽車縱梁在汽車結(jié)構(gòu)有著重要的作用，被稱為汽車的脊梁?？v梁除了起支撐整個車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。當(dāng)孔漏了或者孔的位置或直徑錯了，裝配時總成安裝不上，就會出現(xiàn)質(zhì)量問題，因此需要對縱梁上孔進(jìn)行檢測。</p><p>　　傳統(tǒng)汽車縱梁孔位檢測主要以人工方式進(jìn)行：檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁AutoCAD圖紙進(jìn)行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求。[1]

39、這種檢測方式嚴(yán)重依賴人工，可靠性不高，效率不高，不適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。現(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是圖像處理技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，使縱梁檢測的自動化成為可能。</p><p>　　4.1.2 課題的主要任務(wù)</p><p>　　本課題將要完成的主要任務(wù)如下:</p><p>　　（1）完成縱梁檢測裝置的機械本體設(shè)計，包括運動機構(gòu)和底座的設(shè)計；</p

40、><p>　?。?）完成縱梁檢測系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)設(shè)計，其中包括液壓系統(tǒng)設(shè)計，可編程控制系統(tǒng)設(shè)計；</p><p><b>　　2 總體設(shè)計方案</b></p><p>　　設(shè)計的縱梁檢測裝置是一種適合于大批量生產(chǎn)的縱梁的檢測裝置。裝置將放置在縱梁的沖壓車間，縱梁沖好后，接著對其進(jìn)行檢測。它可在振動強烈的環(huán)境下進(jìn)行滿足精度要求的檢測。</p

41、><p>　　縱梁檢測的原理是：應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，采用工業(yè)攝像機對縱梁進(jìn)行拍攝，將縱梁的數(shù)字圖像信息采集到計算機，然后通過計算機內(nèi)的圖像處理算法，對縱梁上孔的信息進(jìn)行分析，并與計算機中的標(biāo)準(zhǔn)縱梁CAD圖紙進(jìn)行比對，已達(dá)到檢測目的。</p><p>　　課題主要對攝像系統(tǒng)硬件和攝像過程自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，整個系統(tǒng)由運動模塊、攝像模塊、圖像采集模塊和計算機組成，系統(tǒng)硬件模塊如圖2.0所示：

42、</p><p>　　圖2.0 系統(tǒng)硬件模塊圖</p><p>　　設(shè)計縱梁檢測裝置及控制系統(tǒng)的原則是:</p><p>　?。?）充分分析縱梁技術(shù)要求，擬定最合理的檢測方式和控制系統(tǒng)的控制模式，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；</p><p>　?。?） 明確各種型號的縱梁形狀參數(shù)、精度要求，合理的設(shè)計裝置的實際檢測區(qū)間和裝置的整體尺寸，使裝

43、置可以滿足各種型號的縱梁檢測要求；</p><p>　?。?）盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制；</p><p>　　（4）控制系統(tǒng)應(yīng)操作簡單；</p><p>　　（5） 再滿足檢測需求的前提下，考慮盡可能降低成本。</p><p>　　2.1 縱梁拍攝方式的選擇</p>

44、<p>　　縱梁是汽車上最長的零件，長5米到12米。[3]這么長的物體要一次拍攝下圖像是不大可能的，且這時處理的精度也是問題了。如假設(shè)縱梁長5米，使用分辨率為13001030的攝像機拍攝，那最后每個像素對應(yīng)的尺寸就是4毫米，這樣檢測精度就無法保證了。為此，我們的取圖策略是將縱梁分段拍攝下來。實現(xiàn)分段拍攝一般有兩個途徑：</p><p>　?。?）使用多個攝像機，每個攝像機只拍攝縱梁的一部分。<

45、/p><p>　?。?）使用一個攝像機，讓縱梁和攝像機之間產(chǎn)生相對運動，到達(dá)指定位置就拍攝一幅圖像。</p><p>　　對于第一種方案雖然實現(xiàn)在分段拍攝時，控制策略簡單，但是一般工業(yè)用的攝像機都比較昂貴，采用多個攝像機，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，而且拍圖設(shè)備體積太大，很難實現(xiàn)，在工廠里也不實用。第二種方案雖然需要加上運動機構(gòu)，但只用一個攝像機，非常經(jīng)濟(jì)。這里我們采用第二種方案實現(xiàn)對縱梁的拍攝。為實

46、現(xiàn)上述方案，系統(tǒng)應(yīng)由圖像傳感器組成的攝像模塊、高速圖像采集模塊和運動模塊以及計算機組成。運動模塊實現(xiàn)攝像機和縱梁之間的相對運動，攝像模塊實現(xiàn)對縱梁圖像的拍攝，高速圖像采集模塊主要將攝像模塊拍攝到的圖像采集到計算機中去。</p><p>　　為實現(xiàn)上述方案，將攝像機固定于自制的小車上，把小車放在縱梁上，讓其沿縱梁行走從而產(chǎn)生相對運動，行走固定的距離后對縱梁進(jìn)行拍攝。</p><p>　　2.

47、2 攝像小車的設(shè)計</p><p>　　攝像小車是整個檢測裝置的主體部分。作為檢測裝置的運動機構(gòu)其作用是：通過小車沿著縱梁做直線運動來實現(xiàn)車載攝像機和縱梁之間的相對運動，從而實現(xiàn)對整個縱梁的拍攝。主要部件有：車架、電機、控制器、攝像機等。</p><p>　　2.2.1 小車運動的實現(xiàn)</p><p>　　小車沿縱梁做直線運動，可以通過以下三種方式實現(xiàn)：<

48、/p><p>　　方案一：車輪-導(dǎo)軌式 在小車底部安裝輪子，并用電機驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動使小車沿鋪設(shè)在底座上的導(dǎo)軌做直線運動；</p><p>　　方案二：絲杠-螺母式 在小車底部安裝絲杠螺母，在底座上沿縱梁長度方向安裝絲杠，并用電機驅(qū)動絲杠。這樣在絲杠螺母副的驅(qū)動下小車做直線運動。</p><p>　　方案三：齒輪-齒條式 在小車車上安裝電機，并在電機上安裝齒輪，在底座

49、上沿縱梁長度方向上鋪設(shè)齒條，通過齒輪與齒條的嚙合將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為小車的直線運動；</p><p>　　第一種方案雖然可以實現(xiàn)小車的直線運動，但小車在行駛過程中車輪與導(dǎo)軌之間已發(fā)生滑動，不能對小車的位置進(jìn)行精確地定位，使得攝像的間隔不穩(wěn)定；第二種方案由于采用了絲杠傳動，不會存在方案一中的打滑現(xiàn)象，而且可以精確控制小車的運行速度和位置，定位精度高。但絲杠加工困難，生產(chǎn)成本高，需要定期維護(hù)；第三種方案采用了齒輪齒

50、條傳動，不僅不存在打滑現(xiàn)象而且具有較好的傳動性能，定位可靠，控制簡單。齒輪齒條加工比較容易，維護(hù)方便。因此，選用第三個方案作為小車的運動機構(gòu)。</p><p>　　2.2.2 電機的選擇</p><p>　　1.攝像小車的電機是小車的驅(qū)動部件，根據(jù)縱梁的檢測要求，必須對小車運動的速度進(jìn)行控制和對小車的位置進(jìn)行精確地定位，普通異步電機顯然不能滿足要求。考慮到小車運動速度，且對小車運動的穩(wěn)定

51、性要求較高，因此設(shè)計采用交流伺服電機對小車進(jìn)行精確控制。</p><p>　　交流伺服電機的主要特點是：</p><p><b>　?。?）控制精度高</b></p><p><b>　?。?）矩頻特性好</b></p><p><b>　?。?）具有過載能力</b></

52、p><p><b>　?。?）加速性能好</b></p><p>　　2.支撐桿的小車是控制支撐桿的收縮的驅(qū)動部件，根據(jù)檢測要求必須對支撐桿的回轉(zhuǎn)運到進(jìn)行精確的控制，還需要能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，因此也選用交流伺服電機對支撐桿進(jìn)行控制。</p><p>　　2.2.3 攝像機高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　由于各種型號的縱梁寬

53、度不一樣，為使攝像機獲得可調(diào)的視場寬度同時又保證清晰的數(shù)字圖像，需對攝像機的工作高度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。絲杠傳動精度較高，調(diào)節(jié)方便，因此設(shè)計擬用絲杠作為相機的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)?？蓪z像機安裝在支架上，并在支架上安裝絲杠螺母，在小車底座上安裝絲杠，并用手輪驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動絲杠螺母帶動攝像機移動，從而達(dá)到調(diào)節(jié)目的。 </p><p>　　2.3 底座的設(shè)計</p><p>　　底座即裝置的機架，

54、是整個檢測裝置的基本，也是整個檢測裝置最大的部分，其作用主要有：</p><p>　?。?）承載工件（縱梁）；</p><p>　?。?）安裝小車導(dǎo)軌，作為攝像小車的工作平臺；</p><p>　?。?）安裝人工光源，以加強攝像機的攝像質(zhì)量；</p><p>　　（4）安裝液壓系統(tǒng)。</p><p>　　底座（機架）設(shè)

55、計的準(zhǔn)則：</p><p><b>　?。?）工況要求</b></p><p>　　保證安裝在底座上的零部件能順利運轉(zhuǎn)；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便安全等。</p><p><b>　?。?）剛度要求</b></p><p>　　在必須保證特定外形的條件下，對機

56、架的主要要求是剛度。檢測機構(gòu)工作環(huán)境振動較大，因此要求底座有較高的剛度。</p><p><b>　?。?）強度要求</b></p><p>　　對于一般的機架，剛度達(dá)到要求，同時也能滿足強度要求。由于底座承載的重量較輕，且小車的運動不對底座產(chǎn)生工作應(yīng)力，故底座強度可以按剛度直接設(shè)計，不再考慮強度要求。</p><p><b>　?。?/p>

57、4）穩(wěn)定性要求</b></p><p>　　對于細(xì)長的或薄壁的受壓或受彎結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞。</p><p><b>　　（5）美觀</b></p><p>　　目前對機器的要求不僅能完成特定的工作，還要外形美觀。</p><p><b&

58、gt;　　（6）其他</b></p><p>　　另外，底座承載縱梁，當(dāng)攝像機對縱梁進(jìn)行拍攝時，底座對縱梁的支撐部分不能擋住從下方光源射出的光。因此，要求支撐部分面積應(yīng)很小。但是為適應(yīng)不同尺寸的縱梁檢測，底座必須能夠支撐不同寬度的縱梁，縱梁的支撐部件太小顯然無法滿足要求。為滿足上述兩點要求，可將縱梁支撐設(shè)計成寬度可調(diào)的。</p><p>　　因此，可以將檢測過程的支撐和裝卸縱梁

59、時的支撐分開設(shè)計。裝卸時的支撐設(shè)計成支撐桿形式，在縱梁寬度方向上全程支撐，檢測過程的支撐設(shè)計成可沿縱梁寬度方向滑動的滑臺，裝卸時的支撐桿由電機控制其運動，檢測時的支撐由液壓缸控制。當(dāng)裝卸工件時支撐桿伸出、滑臺收回， 待檢測工件時支撐桿向下收回、滑臺伸出。底座結(jié)構(gòu)簡圖，如圖2.3</p><p>　　圖2.3 底座結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　2.4 液壓系統(tǒng)原理</p>&

60、lt;p>　　2.4.1 換向方式選擇</p><p>　　由于滑臺液壓缸有兩個方向的動作，故需用換向閥對其進(jìn)行換向。換向閥是具有兩種以上流動形式和兩個以上油口的方向控制閥。是實現(xiàn)液壓油流的溝通、切斷和換向，以及壓力卸載和順序動作控制的閥門?？煞譃槭謩訐Q向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。為實現(xiàn)滑臺的自動控制，必須選用電磁換向閥。</p><p>　　電磁換向閥是用電磁鐵的推力來推動閥

61、芯運動以變換流體流動方向的控制閥，簡稱電磁閥。通過變換閥心在閥體內(nèi)的相對位置，使閥體各油口連通或斷開，從而控制執(zhí)行元件的換向或啟停。這類閥操縱方便，布置靈活，易實現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化，因此應(yīng)用廣泛。</p><p>　　2.4.2 調(diào)速和調(diào)壓方式設(shè)計</p><p>　　為滑臺的移動速度，需在液壓系統(tǒng)中加入調(diào)速系統(tǒng)。為改變進(jìn)入液壓執(zhí)行原件的流量，采用流量控制閥調(diào)節(jié)通過流量閥的流量，即采用節(jié)

62、流調(diào)速回路。為使滑臺能獨立運動，在液壓缸進(jìn)油回路安裝節(jié)流閥。</p><p>　　回路中壓力不應(yīng)過大，因此采用溢流閥來維持系統(tǒng)壓力，在溢流閥有溢流時，可維持系統(tǒng)壓力恒定。另外，當(dāng)系統(tǒng)超載時，溢流閥才打開，對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用，而平時溢流閥關(guān)閉。</p><p>　　2.4.3 其他輔助元件</p><p>　　由于滑臺較重，當(dāng)滑臺由運動變?yōu)橥Ｖ箷r就會有回油現(xiàn)象出現(xiàn)

63、，因此在主進(jìn)油路和滑臺液壓缸進(jìn)油路上安裝單向閥，</p><p>　　2.4.4 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計</p><p>　　圖2.4 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.5 系統(tǒng)控制方案設(shè)計</p><p>　　2.5.1 控制器的選擇</p><p>　　控制系統(tǒng)主要是對整個運動系統(tǒng)的控制管理，包括攝像機的分

64、段拍攝控制、小車的位置及移動控制、液壓系統(tǒng)控制等。設(shè)計采用可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行控制。當(dāng)裝置的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。設(shè)計擬采用西門子的s7-200系列可編程控制器，西門子S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價比。</p><

65、;p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p><b>　　（1）極高的可靠性</b></p><p>　?。?）極豐富的指令集</p><p><b>　?。?）易于掌握</b></p><p><b>　　（4）便捷的操作</b></p>

66、;<p>　?。?）豐富的內(nèi)置集成功能</p><p><b>　?。?）實時特性</b></p><p>　?。?）強勁的通訊能力</p><p>　?。?）豐富的擴展模塊</p><p>　　S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。

67、應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。</p><p>　　2.5.2 控制對象的確定</p><p>　　控制系統(tǒng)主要對以下對象進(jìn)行控制</p><p>　?。?）伺服電機 包括伺服電機的正反轉(zhuǎn)、啟動

68、和停止、加速和減速；</p><p>　　（2）攝像機 當(dāng)攝像小車運動到一定位置時，攝像機拍攝圖片；</p><p>　?。?）支撐板電機 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時使支撐板伸出或收回；</p><p>　?。?）滑臺液壓缸 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時使架桿液壓缸伸出或收回；</p><p>　　2.5.3 控制過程設(shè)計</p>

69、<p>　?。?）按下啟動按鈕，若小車不在起始位置則小車自動回到起始位置，同時支撐板到達(dá)B端，滑臺回到A端（見圖2.3）。</p><p>　　（2） 待縱梁放在工作臺上后，按檢測按鈕，滑臺到達(dá)B端將縱梁夾緊固定，之后支撐板回到A端，然后小車開始向右運動，車載攝像機在規(guī)定位置拍攝采集縱梁圖像。</p><p>　?。?） 小車運動到右限位，小車停止，檢測結(jié)束。如果此時按停止按鈕

70、，支撐板到達(dá)B端（見圖2.3），之后滑臺返回A端，此時可將縱梁取下。</p><p>　　（4）在任意位置按下停止按鈕，裝置將暫停工作，當(dāng)把暫停按鈕復(fù)位時裝置將會繼續(xù)暫停前的動作繼續(xù)工作；</p><p>　　(5)在任意位置按下急停按鈕，裝置馬上停止所有動作，急停按鈕復(fù)位后必須重新將攝像小車復(fù)位。</p><p><b>　　3 硬件部分設(shè)計</

71、b></p><p>　　3.1 攝像小車設(shè)計</p><p>　　攝像小車是整個檢測裝置中最主要的組件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否將直接影響到裝置的正常運行和檢測結(jié)果，在整個設(shè)計中占重要的位。不合理的設(shè)計可能會導(dǎo)致小車強度和剛度無法滿足工作需求，造成裝置整體壽命降低。另外，由于現(xiàn)場環(huán)境振動較大，低的剛度必然會造成車載攝像機的振動，使其拍攝結(jié)果精度降低甚至失真。因此，小車的設(shè)計除結(jié)構(gòu)合理

72、外，整體的強度和剛度也要符合要求，并應(yīng)能承受較強振動。</p><p>　　攝像小車主要由機架、伺服電機、絲杠、攝像機支架、導(dǎo)軌滑塊五部分組成。每部分的作用分述如下：</p><p>　　機架 小車的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其他零部件將安裝在機架上；</p><p>　　伺服電機 小車的動力源，驅(qū)動小車運動；</p><p>　　絲杠 和絲杠螺母配合

73、，組成攝像機的工作高度調(diào)節(jié)機構(gòu)；</p><p>　　攝像機支架 安裝固定攝像機；</p><p>　　導(dǎo)軌滑塊 與導(dǎo)軌配合，保證小車沿縱梁長度方向上運動。</p><p>　　小車的設(shè)計應(yīng)考慮以下幾個問題：</p><p>　　1、機架的結(jié)構(gòu)不能太高，以滿足攝像機最大工作高度為準(zhǔn)，而且重心應(yīng)盡可能低，另外，應(yīng)該注意加強機架的剛度，以增強

74、其抗震性。</p><p>　　2、 攝像機支架長度應(yīng)合理，在滿足攝像機視場要求的前提下應(yīng)盡可能縮短其長度，以增加系統(tǒng)剛度。另外應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上增加其剛度和強度。</p><p>　　3、在整個小車中，絲杠的裝配精度應(yīng)較高，以防止由于螺母間存在干涉，產(chǎn)生較大應(yīng)力，使絲杠的產(chǎn)生較大磨損，降低絲杠壽命。</p><p>　　4、導(dǎo)軌滑塊安裝的位置精度要足夠，以放置與導(dǎo)軌配

75、合使用時產(chǎn)生干涉，產(chǎn)生較大的側(cè)向應(yīng)力，加快導(dǎo)軌或滑塊的磨損，降低使用壽命。精度過低時甚至造成小車與導(dǎo)軌無法正常配合使用。</p><p>　　3.1.1 機架的設(shè)計</p><p>　　機架是小車的基礎(chǔ)零件，它支撐或容納零部件的作用。機架設(shè)計的一般要求有：</p><p>　?。?）機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。</p><p>　　

76、（2）結(jié)構(gòu)合理，便于制造。</p><p>　　(3) 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機架上的零部件安裝、調(diào)試、修理和更換都方便。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機架本身的內(nèi)應(yīng)力小，有溫度引起的變形應(yīng)力小。</p><p><b>　　抗震性好。</b></p><p>　?。?）耐腐蝕，使機架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少

77、修理。</p><p>　　（6）有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理。</p><p><b>　?、?機架類型選擇</b></p><p>　　按制造方法，機架可分為鑄造機架、焊接機架、和螺栓聯(lián)接機架、或鉚接機架。鑄造機架剛度和強度較好，抗振性好，但鑄造過程復(fù)雜，成本較高；螺栓聯(lián)接或鉚接機架制造簡單，加工容易，但其剛度較差，不適合在振動較大的場

78、合工作；焊接機架結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，成本較低，而且剛度和強度較高，抗振性較好，適合本檢測裝置的工作環(huán)境，因此設(shè)計采用焊接機架。</p><p><b>　?、?機架材料選擇</b></p><p>　　由于機架承受的應(yīng)力較小，對材料的力學(xué)性能要求不高，但由于是焊接機架，故對材料的焊接性能有特殊要求，應(yīng)選用焊接性能較好的金屬材料。低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼Q395，鋼中只含有

79、極少量的合金元素，強度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐腐蝕性，能夠滿足機架的工作要求，故機架材料采用Q395焊接成型。</p><p>　?、?機架基本結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　機架的結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)使機架上的零部件安裝、調(diào)試、修理和更換都方便，而且由于現(xiàn)場環(huán)境振動較大，應(yīng)具有良好的抗振性，因此總體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較好的剛性，</p><p>　　其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示&

80、lt;/p><p>　　左圖：側(cè)視圖 右圖：俯視圖</p><p>　　圖3.1.1 機架結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　結(jié)構(gòu)中有三塊肋板，其作用是增加機架的剛度，提高抗振性。</p><p>　　3.1.2 攝像機支架設(shè)計</p><p>　　攝像機支架由導(dǎo)

81、軌滑塊、滑塊固定板、絲杠螺母固定板、絲杠螺母、懸梁五部分組成（如圖3.1.2）。攝像機支架安裝在小車機架的立柱上，通過導(dǎo)軌滑塊和安裝在機架立柱上的導(dǎo)軌配合形成可上下移動的組件。絲杠螺母與絲杠配合使用，通過旋轉(zhuǎn)絲杠達(dá)到調(diào)節(jié)支架高度即攝像機工作距離的目的。</p><p>　　圖3.1.2 攝像機支架結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　導(dǎo)軌及導(dǎo)軌滑塊的選用</p><p>　　

82、導(dǎo)軌和導(dǎo)軌滑塊選用上海仁旺機電有限公司生產(chǎn)的SBC系列直線導(dǎo)軌。</p><p>　　SBC直線導(dǎo)軌系統(tǒng)特性：</p><p>　　價格低廉，經(jīng)濟(jì)實用。</p><p>　　精確定位，軌道摩擦系數(shù)小，具有良好的重復(fù)性。</p><p><b>　　節(jié)約成本 </b></p><p>　　由于SB

83、C導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，可是驅(qū)動裝置小型化，并同時減小電力損耗。</p><p><b>　　保持高精度 </b></p><p>　　通過減小滾動摩擦和熱膨脹，SBC直線導(dǎo)軌可以實現(xiàn)長時間的重復(fù)運轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　安裝簡單</b></p><p>　　SBC直線導(dǎo)軌和標(biāo)準(zhǔn)螺栓裝配方式能

84、夠確保導(dǎo)軌的負(fù)載力和精確定位。</p><p><b>　　提高機械的可靠性</b></p><p>　　根據(jù)往復(fù)次數(shù)估算機械壽命，SBC直線導(dǎo)軌能夠提高機械的可靠性。</p><p>　　對于機架和攝像機支架間的導(dǎo)軌，根據(jù)機架和攝像機支架的尺寸，選導(dǎo)軌型號為SBG 15 FL/FLL，導(dǎo)軌長度340mm。對于小車和底座間的導(dǎo)軌，選擇型號為SB

85、G 30 FL/FLL，長度為3960mm（其最大長度為4000mm），摩擦系數(shù)為0.003。對于滑臺所需導(dǎo)軌，由于滑臺質(zhì)量較大，這里也選用動負(fù)載為2980kgf的SBG 30 FL/FLL導(dǎo)軌，長度為350mm（其最大長度為4000mm）。其主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)示意圖如表3.1.1</p><p><b>　　二、導(dǎo)軌精度設(shè)計</b></p><p>　　由于攝像機支架上

86、的絲杠螺母要與垂直安裝的絲杠配合，導(dǎo)軌的安裝精度直接影響著絲杠副的傳動精度，故導(dǎo)軌的精度應(yīng)選高一些，SBC直線導(dǎo)軌的精度等級分三級，這里選用等級H，如表3.1.2</p><p>　　表3.1.2 導(dǎo)軌精度H</p><p><b>　　三、 絲杠的選用</b></p><p>　　絲杠與螺母配合使用組成攝像機工作高度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。絲杠垂直布置，

87、螺母安裝在攝像機支架上，因此絲杠副主要受軸向力，即攝像機支架對其造成的壓力及扭矩。分析可知，絲杠副受力較小，且僅用于手動調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速很低且不會頻繁工作，對絲杠及其螺母的力學(xué)性能要求較低。</p><p>　　米思米就精密機械貿(mào)易公司生產(chǎn)的梯形絲杠，其產(chǎn)品品種齊全，價格便宜，質(zhì)量可靠，發(fā)貨期短。設(shè)計采用公司生產(chǎn)的梯形絲杠。</p><p>　　根據(jù)機架結(jié)構(gòu)尺寸，試探性選用MTSRW25型。由于

88、傳動為低速傳動，且為間歇性傳動，故可假設(shè)絲杠轉(zhuǎn)速S=100轉(zhuǎn)/min。查技術(shù)手冊，動態(tài)容許推力F=1200N。</p><p><b>　　計算接觸面壓p</b></p><p>　　由Pro_e軟件可以分析出攝像機支架的總體重量為9.27kg，則絲杠承受的軸向力=9.279.8N=90.846N</p><p>　　則 p=N/mm <

89、;/p><p><b>　　計算滑動速度V。</b></p><p>　　以轉(zhuǎn)速S=100轉(zhuǎn)/min進(jìn)給速度1.5m/min運動時，絲杠的齒面滑動速度按下式計算：</p><p>　　V=10.01m/min</p><p>　　從PV值圖（圖3.1.5）中可以</p><p>　　判斷，在p值為0.

90、74N/mm的情況下，</p><p>　　如果滑動速度V為50m/min或更小，則不會有異常的磨損。</p><p><b>　　計算安全系數(shù)</b></p><p>　　絲杠使用條件：平均溫度15</p><p>　　查圖3.1.6，溫度系數(shù)=1.0 </p

91、><p>　　13.21 圖3.1.5 絲杠PV值圖</p><p>　　按照負(fù)荷種類，在4或更大時能滿足強度要求，13.21>4因此選擇MTSRW25型。</p><p>　　MTSRW25型絲杠是兩端臺階型右螺旋30梯形絲杠，絲杠型號材質(zhì)S45C，表面有四氧化三鐵保護(hù)膜，并低溫度黑鉻。（參數(shù)見圖3.1.7）

92、 圖3.1.6 絲杠溫度系數(shù)</p><p>　　圖3.1.7 絲杠參數(shù)表</p><p>　　絲杠的一頭與手輪配合，便于手動調(diào)節(jié)攝像機高度，因此，在絲杠的一端追加工四平面（圖3.1.8）。</p><p>　　四平面參數(shù)如表3.1.3</p><p>　　表3

93、.1.3 四方面參數(shù)表</p><p><b>　　伺服電機的選用</b></p><p>　　小車的伺服電機的選擇</p><p>　　小車的電機是整個檢測裝置的動力源，根據(jù)電機的工作條件及要求，設(shè)計選用由富士電機集團(tuán)生產(chǎn)的FALDIC-W系列交流伺服電機。FALDIC-W系列伺服電機的特點是：</p><p>　　

94、標(biāo)準(zhǔn)配備減振控制功能，最大限度抑制機械振動；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)配備RS-485 2個通信接口，參數(shù)實現(xiàn)了一體化管理；</p><p>　　調(diào)試簡單，利用簡易調(diào)試功能可實現(xiàn)機械和伺服電機的最理想匹配；</p><p>　　高分辨率編碼器、伺服系統(tǒng)分析功能、運行調(diào)試等。</p><p><b>　　電機型號的選擇；</b&

95、gt;</p><p><b>　?、?決定運行方式</b></p><p>　　根據(jù)機械系統(tǒng)的控制內(nèi)容，決定電機運行方式，啟動時間和減速時間由實際情況和機械剛度決定。攝像小車采取分段拍攝，每個拍攝周期小車的運動有加速（啟動）、勻速（運行）、減速（制動）、暫停（停止）四段組成，攝像機在暫停時間進(jìn)行拍攝。（如圖3.1.9）</p><p>　　其

96、中=0.5s，=0.5s，=2s，4s</p><p>　　勻速運動速度Ｖ＝0.5ｍ／ｓ。</p><p>　?、?計算電機轉(zhuǎn)矩均方根 圖3.1.9 小車的運動方式</p><p>　　工作機械頻繁啟動，制動時所需轉(zhuǎn)矩，當(dāng)工作機械作頻繁啟動，制動時，必須檢查電機是否過熱，為此需計算在一個周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)矩的

97、均方根值，并且應(yīng)使此均方根值小于電機的額定轉(zhuǎn)矩。電機的均方根值由下式給出：</p><p>　　式中，為加速轉(zhuǎn)矩（Nm）；為摩擦轉(zhuǎn)矩（Nm）；為在停止期間的轉(zhuǎn)矩（Nm）； </p><p>　　加速及減速時的減速度值ａ＝0.5ｍ／ｓ0.5ｓ＝1m/s</p><p>　　由Pro-E軟件分析，小車的總質(zhì)量m=37kg，則小車加減速是的慣性力F==371N=37N。&

98、lt;/p><p>　　=Fd/2=3750/2N.mm=925N.mm=0.925N.m</p><p>　　==0.925N.m</p><p>　　=m.g.u.d/2=370.027N.m</p><p>　　則==0.801Nm</p><p><b>　?、?選擇電機型號</b></

99、p><p>　　根據(jù)平均轉(zhuǎn)矩，選擇電機的額定轉(zhuǎn)矩必須大于0.925Nm，查富士電機的使用手冊，選用電機型號為GYS401DC2-T2A-B(見圖3.1.10)，根據(jù)電機的額定輸出，選擇伺服發(fā)達(dá)器的型號為RYC401D3-VVT，單相200-230V交流電源輸入，額定輸出0.4KW。</p><p>　　圖3.1.10 GYS401DC2-T2A-B參數(shù)</p><p>

100、　　其中額定轉(zhuǎn)矩為1.27Nm，大于0.801Nm。其他參數(shù)見表3.1.4</p><p>　　表3.1.4 GYS401DC2-T2A-B電機參數(shù)表</p><p>　　2.支撐板電機的選擇</p><p>　　支撐板的電機主要提供支撐板伸出和收回時的動力，在收回時由于有重力作用輸出轉(zhuǎn)矩可以小些。在支撐板伸出時，電機的動力需要克服轉(zhuǎn)動軸與周孔之間和支撐桿的鉸鏈的

101、摩擦阻力。</p><p>　?。?）計算電機所需的最小轉(zhuǎn)矩</p><p>　　當(dāng)支撐桿由完全收起狀態(tài)伸出時所需的動力最大，此時的阻力有轉(zhuǎn)動軸與軸孔之間的摩擦力，支撐桿鉸鏈之間的摩擦力：</p><p>　　①由proe的質(zhì)量分析可得轉(zhuǎn)動軸和支撐桿的質(zhì)量大約分別為M1=53kg和M2=20kg，取剛-剛之間的摩擦系數(shù)為=0.1</p><p&g

102、t;　　轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時的摩擦力為：</p><p>　　F1=xM1xgx3=0.1x53x9.8x3=155.82N</p><p>　　當(dāng)支撐桿轉(zhuǎn)動時單個鉸鏈之間的摩擦力為：</p><p>　　f=M2xgx=20x9.8x0.1=19.6N</p><p>　　支撐桿處在最低位時候由連個連桿的受力平衡可知：</p><

103、;p>　　F2=3fx cosθ1/ cosθ2=3x19.6xcos24.06/cos44.99=75.92N</p><p>　　伺服電機的轉(zhuǎn)矩計算公式為：</p><p>　　T=FxDxn（n為減速比,這里為0.02）</p><p><b>　　帶入數(shù)值計算：</b></p><p>　　T總=(F1xL

104、1+F2xL2)x0.02=（F1xd/2+F2xL2)x0.02</p><p>　　=(155.82x0.0225+75.92x0.25)x0.02</p><p><b>　　=0.45NM</b></p><p><b>　　②選擇電機型號</b></p><p>　　根據(jù)所需的最大轉(zhuǎn)矩為0

105、.45NM，所選電機的最大轉(zhuǎn)矩必須大于0.45NM,可以選用無錫市德誠自動化技術(shù)有限公司的60系列伺服電機，根據(jù)電機的額定輸出選擇電機型號為60ST-M00630,額定轉(zhuǎn)矩為0.637NM。</p><p><b>　　參數(shù)見下表：</b></p><p>　　3.1.4 齒輪齒條設(shè)計</p><p>　　齒輪安裝在伺服電機上與安裝在底座上的

106、齒條配合，組成運動轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)：將電機軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為小車的直線運動。</p><p>　　齒條相當(dāng)于半徑無限大的大齒輪，所以根據(jù)機械設(shè)計手冊齒輪的傳動進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　?。?）選擇齒輪齒條材料和熱處理、等級精度、齒輪齒數(shù)</p><p>　　考慮到機構(gòu)主要用來傳遞運動，傳動功率不大，轉(zhuǎn)矩較小，且為開式齒輪傳動，齒輪與齒條的材料選用綜合力學(xué)性能較好的45#

107、鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)后齒面硬度220-230HBS。齒條正火，齒面硬度190-200HBS。因為小車的定位精度要求較高，故選擇齒輪精度為9級精度。</p><p>　　對小車平穩(wěn)性要求較高，故可選較多齒數(shù)，初選齒輪的齒數(shù)為Z1=25</p><p>　?。?）按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計</p><p>　　開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損，由于對磨損尚無成熟的計算方法，故只能

108、按彎曲強度準(zhǔn)則進(jìn)行計算，用增大模數(shù)來考慮磨損的影響【8】，故先按彎曲強度設(shè)計，驗算接觸強度。由式算出 </p><p><b>　　確定式中各項數(shù)值：</b></p><p>　　因小車頻繁啟停，載荷有輕微沖擊，查得KA =1.25，故初選載荷系數(shù)Kt =2</p><p><b>　　=0.925Nm</b></

109、p><p>　　計算出端面重合度εa=1.725</p><p><b>　　選取Ψ=0.7</b></p><p>　　查得YFa1=2.63 YSa1=1.59 YFa2 =2.063 YSa2=1.966</p><p>　　N1=60n1jLA=60×200×1×（2&

110、#215;8×300×15）=8.64×108</p><p><b>　　N2=0</b></p><p>　　差得 YN1=0.92 YN2=1.6</p><p>　　取SFmin=1.25</p><p>　　按齒面硬度均值220HBS。在MQ線上查得σFlim1=σFlim2=

111、350MPa</p><p><b>　　修正</b></p><p>　　查得KV=1.01　Kβ=1.07 Kα=1.2</p><p>　　則K=KA KV Kβ Kα=1.25×1.03×1.07×1.2=1.65</p><p>　　選取第一系列模數(shù)m=2mm</p>

112、<p>　　齒輪主要幾何尺寸：d1=mz=50mm b=ψdd1 =0.7×50=35mm</p><p>　　但是由于齒輪過寬使得齒條尺寸必然加大，使整體尺寸變大，影響加工工藝，所以取b=25mm。</p><p>　　（3）校核齒面接觸疲勞強度</p><p>　　ZH=2.5，Zε=0.91，ZN1=1.08 ，ZN2=1.6<

113、;/p><p>　　按齒面硬度均值220HBS。在MQ線上查得</p><p>　　σHlim1=σHlim2=350MPa 取SHmin=1</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　將確定出的各項 數(shù)值代入接觸強度校核公式，得</p><p><b>　　接觸強度滿足

114、。</b></p><p><b>　　3.2 底座設(shè)計</b></p><p>　　底座是整個檢測裝置的基礎(chǔ)，為其他零部件安裝提供基體，主要由底座、滑臺、支撐板三部分組成。</p><p>　　3.2.1 滑臺的設(shè)計</p><p>　　滑臺的作用是為檢測時的縱梁提供支撐，為適應(yīng)各種規(guī)格尺寸的縱梁，滑臺

115、設(shè)計成可沿縱梁寬度方向滑動的運動零件，其運動由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。</p><p><b>　?。?）材料的選擇</b></p><p>　　滑臺僅僅承受縱梁重力和壓緊縱梁時的壓力，對其力學(xué)性能要求不高，一般的碳素結(jié)構(gòu)鋼均可滿足要求。另外由于滑臺需與底座上的滑軌接觸組成滑動副，因此要求具有一定的耐磨性或熱處理后具有一定耐磨性。綜合以上考慮用Q275，滑動表面淬火處理，淬火硬

116、度300HBS。Q275其具有較高的強度、較好的塑性和切削加工性能，一定的焊接性能。小型零件可以淬火強化。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　滑臺斷面形狀如圖3.2.1所示</p><p>　　圖3.2.1 滑臺斷面簡圖</p><p>　　為增加滑臺與底座的接觸面積，增加穩(wěn)定性，突