无心磨床在线自动测量系统的研究
|
摘要
为了进一步提高工件磨削的质量，在线检测技术被用于磨床磨削系统，以构成一个闭环控制系统。本课题以轴类零件的直径测量为例，在现有的传感器基础上，综合单片机技术和微机完成无心磨床外径在线测量系统的研究。
本文对机械加工的各种测量方法进行了分析和探讨，为实现高精度、高效率、低成本等各方面的要求，采用了光栅传感器来对加工工件进行非接触式的在线测量。本课题的主要研究内容是利用单片机实现无心磨床上对工件进行在线测量，形成反馈，以进一步控制被加工工件的精度，从而形成无人化、高精度、高效率生产模式，主要包括：
(1)测量方法和传感器的选取。要实现高精度在线检测，首先要保证有足够高的静态精度。本文对现有光栅传感器从原理上作了深入的分析，对其参数进行了静态标定，对现有光栅传感器进行多次动态校准分析，得到现有传感器的动态特性。
(2)机械部分的设计。主要阐述了无心磨床尺寸测量装置的结构设计，对其整体的功能作了概述，并对重要零件的选择进行了分析；最后对测量装置的三维实体造型工作进行了简述。
(3)控制部分软硬件的设计。根据磨床在线测量的要求，设计了一个以单片机为核心的电路来对传感器及其调理电路的输出信号进行采集、处理、显示，并反馈给磨床，实现对磨床磨削加工的闭环控制。文章最后对整个磨床在线检测系统进行了简单的误差分析。
本课题通过本测量系统的软件模拟调试，能实现所预期的要求，验证了本自动测量系统方案的可行性和正确性，对生产上实际中实现无心磨床的在线自动测量奠定了基础，同时也对其它各种机床的改造提供了一种途径和方案。
To improve the quality of machine work pieces, on-line measuring technology is adopted on grinding machine to form a closed-loop grinding system. Taking the outside-diameter measurement of the spindle, method of how to use the raster transducer to realize the on-line measuring system on the grinding machine is
introduced in this article.
This paper has carried on analysis and discussion to various measuring methods , in order to realize requirements of various fields such as high precision , low cost with high efficiency, adopt raster transducer to measure work piece g online. The main research contents of this article are making use of SCM to realize on the center-less grinding machine to measure the work piece online, and form a closed-loop grinding system , in order to control the precision of piece ,further, form a nobody、 high precision and high efficiency producing mode, mainly included:
(1) Choosing the measurement method and transducer. It should guarantee firstly that there is enough high static precision to realize high precision measured online. This text has made a deep analysis for the raster transducer on its principle, and carried on the static behavior to its parameter standard, carry on numerous dynamic calibration analysis to the transducer of the existing grating, receive the dynamic characteristic of the existing transducer.
(2) Designing the mechanical equipment. The content mainly explained is that the structural design of the measuring device for the center-less grinding machine , and has made the summary about its whole function and analyzed the choice of the important part; Finally, the work about sketching the three-dimensional entity's model for the measuring equipment is related .
(3) Designing the part of automatically software and hardware control. According
本文对机械加工的各种测量方法进行了分析和探讨，为实现高精度、高效率、低成本等各方面的要求，采用了光栅传感器来对加工工件进行非接触式的在线测量。本课题的主要研究内容是利用单片机实现无心磨床上对工件进行在线测量，形成反馈，以进一步控制被加工工件的精度，从而形成无人化、高精度、高效率生产模式，主要包括：
(1)测量方法和传感器的选取。要实现高精度在线检测，首先要保证有足够高的静态精度。本文对现有光栅传感器从原理上作了深入的分析，对其参数进行了静态标定，对现有光栅传感器进行多次动态校准分析，得到现有传感器的动态特性。
(2)机械部分的设计。主要阐述了无心磨床尺寸测量装置的结构设计，对其整体的功能作了概述，并对重要零件的选择进行了分析；最后对测量装置的三维实体造型工作进行了简述。
(3)控制部分软硬件的设计。根据磨床在线测量的要求，设计了一个以单片机为核心的电路来对传感器及其调理电路的输出信号进行采集、处理、显示，并反馈给磨床，实现对磨床磨削加工的闭环控制。文章最后对整个磨床在线检测系统进行了简单的误差分析。
本课题通过本测量系统的软件模拟调试，能实现所预期的要求，验证了本自动测量系统方案的可行性和正确性，对生产上实际中实现无心磨床的在线自动测量奠定了基础，同时也对其它各种机床的改造提供了一种途径和方案。
To improve the quality of machine work pieces, on-line measuring technology is adopted on grinding machine to form a closed-loop grinding system. Taking the outside-diameter measurement of the spindle, method of how to use the raster transducer to realize the on-line measuring system on the grinding machine is
introduced in this article.
This paper has carried on analysis and discussion to various measuring methods , in order to realize requirements of various fields such as high precision , low cost with high efficiency, adopt raster transducer to measure work piece g online. The main research contents of this article are making use of SCM to realize on the center-less grinding machine to measure the work piece online, and form a closed-loop grinding system , in order to control the precision of piece ,further, form a nobody、 high precision and high efficiency producing mode, mainly included:
(1) Choosing the measurement method and transducer. It should guarantee firstly that there is enough high static precision to realize high precision measured online. This text has made a deep analysis for the raster transducer on its principle, and carried on the static behavior to its parameter standard, carry on numerous dynamic calibration analysis to the transducer of the existing grating, receive the dynamic characteristic of the existing transducer.
(2) Designing the mechanical equipment. The content mainly explained is that the structural design of the measuring device for the center-less grinding machine , and has made the summary about its whole function and analyzed the choice of the important part; Finally, the work about sketching the three-dimensional entity's model for the measuring equipment is related .
(3) Designing the part of automatically software and hardware control. According
引文
1．王立吉．在线测量及其进展[J]，现代计量测试，1995，(1)：3-11
2．莫贵蕾．在线测量的起因和做法[J]，产品和技术，2002，42(5)，73-74
3．邓善熙，吕国强．在线检测技术[M]，北京：机械工业出版社，1936，62-70
4. The New Measurement Solutions On Machine Tool[M], Marposs
5．刘君华．现代检测技术与测试系统设计[M]，山西：西安交通大学出版社，2000
6．吴道梯．非电量电测技术[M]，西安：西安交通大学出版社，2001，286-289
7．郑叔芳，吴晓琳．机械工程测量学[M]，北京：科学出版社，1999，179-182
8．申双喜．外圆磨削加工尺寸在线测量方法及其应用[J]，机械，2000，27(3)：44-45
9．申忠如，丁晖．电器测量技术[M]，北京：科学出版社，2003，134-137
10．严晋强，黄长艺．机械工程测试技术基础[M]，北京：机械工业出版社，1984
11．胡国清．机电控制理论与应用基础[M]，北京：机械工业出版社，1997
12．张洪亭，高德福．测试技术[M]，沈阳：东北大学出版社，1999，63-68
13．胡泓，姚伯威．电机一体化原理及应用[M]，北京：国防工业出版社，1999，2-15
14．王成俊．数控磨床外径在线检测系统研究[D]，合肥工业大学，2002
15．郑国强，付鲁川，王卫星，李德余．无心磨削加工精度的微机测控系统[J]，拖拉机与农业运输车，1999(1)：38-39
16．刘文链，李森树．单片机控制的磨床自动控制系统[J]，电子与自动化，2000，24(3)：24-27
17. S. Baud, P. Velex. Electronic System For Machine Tool. Transactions of the ASME, J of Mech. Design 2002, 124(3): 501-510
18. Electronic Amplifier For In-process Applications[M], Marposs, Design 2002, 124(2): 334-346
19．李华等．MS 51系列单片机实用接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2000，207-216
20．张蕴冬，陈永力．动态误差修正方法的研究[J]，中国计量，2002，(3)：43-44
21．周开勤．机械零件手册[M]，北京：高等教育出版社，1998，367-385
22．黄俊钦．测试误差分析与数学模型[M]，北京：国防工业出版社，1985，15-45．
23．徐静，曾志新．提高传感器动态特性方法分析[J]，机电工程技术，2002，34(3)：49-5324．刘战强，赵军．用于加工中心的在线工件自动测量系统[J]，工具技术，2001
25．胡汉才．单片机原理及接口技术[M]，北京：清华大学出版社，1996，145-165
26．李华．MCS-51系列单片机实用接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1993，251-268
27．王树勋，王朝玉，张新发．MCS-51单片微型计算机原理与开发[M]，北京：机械工业出版社，1989，156-159
28．卢文祥．工程测试与信息处理[M]，武汉：华中理工大学出版社，1995，102-121
29．钱逸秋．单片机原理及应用[M]，北京：电子工业出版社，2001，170-178
30．黄其圣．动态测量中测量力的确定[J]，仪表技术与传感器，1995
31．郑善良．磨削基础[M]，上海：上海科学技术出版社，1988，178-189
32．徐科军．传感器动态特性的实用研究方法[J]，中国科学技术大学出版社，1992，18(1)：85-88
33．孔力，徐恕宏．基于电感式传感器的快速动态测量方法[J]，华中理工大学学报，1994，56(4)：55-58
34. The New Measurement Solutions On Machine Tool[M], Marposs:World Scientific publishing Co PteLtd,2001
35. F. L. Litvin, I. H. Seol, D. Kim, J. Lu, et al. Kinematic and geometric models of drives. Transactions of the ASME, J of Mech. Design 1996, 118(4): 544-550
36. Microcomtroller Based Data Acquisition Using the TLC2543 12-Bit Serial-Out ADC[J], 1995,27(4):215-226
37．34 孙友伟，韩少华．用80C31和SED 1335控制320 X 240LCD模块[M]，北京：今日电子，2002，63-68
38．付辉．阶梯轴类零件检测系统的研究[J]，测控技术，2000，19(8)：87-89
39．王执中．新型磨加工内、外圆主动量仪的开发研究[J]，现代计量测试，1994，45(2)：63-65
40．简德．主动测量信息的智能化处理与控制[J]，工程设计，2000，20(2)：43-46
41．朱正德．工艺过程中的主动测量与自动补调测量[J]，工具技术，1996，45(8)：163-171
42．刘静萍，候美娥．主动测量仪在磨削加工中的应用[J]，机械工人冷加工，1999，56(5)：307-316
43．尹丽娟，罗烽．智能化外圆磨削主动测量仪的研究[J]，机械开发，2000，12(1)：162-165
44．精电蓬元显示技术有限公司，SED1335控制器图形液晶显示模块使用手册[M]，200145. J.G..Wang. Further Evidence on the Contact Zone in Surface Grinding[J], 1990
46. The IZC-Bus Specification[J], Philips Semiconductors, Version 2.1,January 2000,36(2):78-86
47．陈强，解云龙．机械系统的微机控制[M]，北京：清华大学出版社，1992，167-168
48．汪立洲．主动测量技术在机械加工中的应用[J]，机械，2000，32(5)：40-53
49．何立民．IZC总线应用系统设计[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1995，190-204
50．邵东向，君郭华．电感式位移传感器线性补偿技术[J]，传感器技术，1999，21(2)：46-58
51．丁景民．普通磨床的经济型数控技术改装[J]，机械工程师，2000，71(5)：62-81
52．王波．气电式磨削主动测量仪的研制[J]，磨料磨具与磨削，1994，36(3)：37-42
2．莫贵蕾．在线测量的起因和做法[J]，产品和技术，2002，42(5)，73-74
3．邓善熙，吕国强．在线检测技术[M]，北京：机械工业出版社，1936，62-70
4. The New Measurement Solutions On Machine Tool[M], Marposs
5．刘君华．现代检测技术与测试系统设计[M]，山西：西安交通大学出版社，2000
6．吴道梯．非电量电测技术[M]，西安：西安交通大学出版社，2001，286-289
7．郑叔芳，吴晓琳．机械工程测量学[M]，北京：科学出版社，1999，179-182
8．申双喜．外圆磨削加工尺寸在线测量方法及其应用[J]，机械，2000，27(3)：44-45
9．申忠如，丁晖．电器测量技术[M]，北京：科学出版社，2003，134-137
10．严晋强，黄长艺．机械工程测试技术基础[M]，北京：机械工业出版社，1984
11．胡国清．机电控制理论与应用基础[M]，北京：机械工业出版社，1997
12．张洪亭，高德福．测试技术[M]，沈阳：东北大学出版社，1999，63-68
13．胡泓，姚伯威．电机一体化原理及应用[M]，北京：国防工业出版社，1999，2-15
14．王成俊．数控磨床外径在线检测系统研究[D]，合肥工业大学，2002
15．郑国强，付鲁川，王卫星，李德余．无心磨削加工精度的微机测控系统[J]，拖拉机与农业运输车，1999(1)：38-39
16．刘文链，李森树．单片机控制的磨床自动控制系统[J]，电子与自动化，2000，24(3)：24-27
17. S. Baud, P. Velex. Electronic System For Machine Tool. Transactions of the ASME, J of Mech. Design 2002, 124(3): 501-510
18. Electronic Amplifier For In-process Applications[M], Marposs, Design 2002, 124(2): 334-346
19．李华等．MS 51系列单片机实用接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2000，207-216
20．张蕴冬，陈永力．动态误差修正方法的研究[J]，中国计量，2002，(3)：43-44
21．周开勤．机械零件手册[M]，北京：高等教育出版社，1998，367-385
22．黄俊钦．测试误差分析与数学模型[M]，北京：国防工业出版社，1985，15-45．
23．徐静，曾志新．提高传感器动态特性方法分析[J]，机电工程技术，2002，34(3)：49-5324．刘战强，赵军．用于加工中心的在线工件自动测量系统[J]，工具技术，2001
25．胡汉才．单片机原理及接口技术[M]，北京：清华大学出版社，1996，145-165
26．李华．MCS-51系列单片机实用接口技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1993，251-268
27．王树勋，王朝玉，张新发．MCS-51单片微型计算机原理与开发[M]，北京：机械工业出版社，1989，156-159
28．卢文祥．工程测试与信息处理[M]，武汉：华中理工大学出版社，1995，102-121
29．钱逸秋．单片机原理及应用[M]，北京：电子工业出版社，2001，170-178
30．黄其圣．动态测量中测量力的确定[J]，仪表技术与传感器，1995
31．郑善良．磨削基础[M]，上海：上海科学技术出版社，1988，178-189
32．徐科军．传感器动态特性的实用研究方法[J]，中国科学技术大学出版社，1992，18(1)：85-88
33．孔力，徐恕宏．基于电感式传感器的快速动态测量方法[J]，华中理工大学学报，1994，56(4)：55-58
34. The New Measurement Solutions On Machine Tool[M], Marposs:World Scientific publishing Co PteLtd,2001
35. F. L. Litvin, I. H. Seol, D. Kim, J. Lu, et al. Kinematic and geometric models of drives. Transactions of the ASME, J of Mech. Design 1996, 118(4): 544-550
36. Microcomtroller Based Data Acquisition Using the TLC2543 12-Bit Serial-Out ADC[J], 1995,27(4):215-226
37．34 孙友伟，韩少华．用80C31和SED 1335控制320 X 240LCD模块[M]，北京：今日电子，2002，63-68
38．付辉．阶梯轴类零件检测系统的研究[J]，测控技术，2000，19(8)：87-89
39．王执中．新型磨加工内、外圆主动量仪的开发研究[J]，现代计量测试，1994，45(2)：63-65
40．简德．主动测量信息的智能化处理与控制[J]，工程设计，2000，20(2)：43-46
41．朱正德．工艺过程中的主动测量与自动补调测量[J]，工具技术，1996，45(8)：163-171
42．刘静萍，候美娥．主动测量仪在磨削加工中的应用[J]，机械工人冷加工，1999，56(5)：307-316
43．尹丽娟，罗烽．智能化外圆磨削主动测量仪的研究[J]，机械开发，2000，12(1)：162-165
44．精电蓬元显示技术有限公司，SED1335控制器图形液晶显示模块使用手册[M]，200145. J.G..Wang. Further Evidence on the Contact Zone in Surface Grinding[J], 1990
46. The IZC-Bus Specification[J], Philips Semiconductors, Version 2.1,January 2000,36(2):78-86
47．陈强，解云龙．机械系统的微机控制[M]，北京：清华大学出版社，1992，167-168
48．汪立洲．主动测量技术在机械加工中的应用[J]，机械，2000，32(5)：40-53
49．何立民．IZC总线应用系统设计[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1995，190-204
50．邵东向，君郭华．电感式位移传感器线性补偿技术[J]，传感器技术，1999，21(2)：46-58
51．丁景民．普通磨床的经济型数控技术改装[J]，机械工程师，2000，71(5)：62-81
52．王波．气电式磨削主动测量仪的研制[J]，磨料磨具与磨削，1994，36(3)：37-42