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激光在线测量信号特性及甄别方法研究

作　者: 李高丰
导　师: 马国欣
学　校: 华南理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 激光在线校准偏心量仿真
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
引　用: 1次
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内容摘要

现代加工中心和高精度数控机床自动化程度越来越高,需要在更换刀具时或刀具使用一段时间后,对选取的刀具进行校准测量,以保证加工的准确性。换刀时,应确定自动选取的刀具是否符合加工所要求的规格,旋转时是否存在安装偏心。经过长时间的高速旋转和剧烈摩擦,刀具难免会发生磨损或断刀,也需要进行判断。传统的人工检查方法已不再适合,发展新型在线激光校准方法是满足这种需求的有效手段。本文从偏心运动模型的建立、光电信号处理、甄别方法研究等关键技术着手,建立系统平台,对用于加工中心刀具校准的激光在线校准技术进行了系统的理论研究和实验分析。论文主要研究工作包括:1.对偏心旋转运动系统进行建模分析。在加工中心、数控机床中,以刀具旋转工作方式为主,其运动状态的分析是课题主要工作之一。对偏心旋进物体在不同条件下的运动状态进行了模拟仿真,获得系统参数对信号曲线特性的影响。2.信号特性分析与甄别方法实现。重点分析激光在线扫描信号特性,论述了其甄别方法以及提高精度的可行性。当旋转物体以一定速度通过激光束时,就是光束受到物体边缘特征调制的过程。边缘信号蕴涵了被测物体的几何特征,主要进行边缘信号的特性分析。提出二值化算法,处理调制后的信号,并从中有效地提取所需信息。3.设计激光在线校准测量系统。本系统由激光发射模块、光学测量模块、光电接收模块及数据处理单元组成。激光源提供测量刀具状态的光束,由光电接收单元接收光信号。当高速转动的刀具匀速移动经过固定的激光束时,切割光源发出的激光,通过光通量的变化反映出刀具的当前状态。把光信号转化为电信号后,送到微控制器系统和计算机系统进行处理。获得所测旋转刀具的几何量,如直径、长度和偏心量等。4.分析了影响系统测量精度的主要因素和误差来源,进行误差分析,并提出进一步改善信号处理的方法。经过理论分析和实验验证,对激光在线校准测量信号的特征分析及甄别方法研究,为有效处理此类信号提供了有价值的探讨,对进一步提高我国工业自动化校准技术有一定意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 光电校准技术  12-15
    1.2.1 激光扫描测量法  14-15
    1.2.2 其他测量方式  15
  1.3 本文研究内容和意义  15-18
第二章系统分析建模  18-28
  2.1 物理模型  18-20
  2.2 模型仿真  20-27
    2.2.1 静态仿真  20-23
    2.2.2 偏心仿真  23-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章系统设计与信号分析  28-38
  3.1 光源发射器  28-29
  3.2 光电接收器  29-31
  3.3 系统组成  31-34
    3.3.1 激光束分析  32-33
    3.3.2 光路设计  33-34
  3.4 信号甄别与数值分析  34-37
    3.4.1 光电信号特征  34-36
    3.4.2 二值化算法  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章系统硬件  38-52
  4.1 激光在线校准器  38-43
    4.1.1 LD 工作电路  39-41
    4.1.2 光电转换电路  41-42
    4.1.3 其他电路模块  42-43
  4.2 PSoC 单片系统  43-48
    4.2.1 PSOC 简介  43-45
    4.2.2 开发环境  45-46
    4.2.3 CY8C24794  46-48
  4.3 工控机与移动平台  48-50
  4.4 RS232 串行通信电路  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章系统软件  52-60
  5.1 系统软件总体设计  52
  5.2 PSoC 固件程序  52-53
  5.3 测量系统程序设计  53-57
    5.3.1 开发环境  54
    5.3.2 串口通信控件  54-55
    5.3.3 系统界面  55-56
    5.3.4 数据处理  56-57
  5.4 移动平台程序  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章实验分析  60-72
  6.1 误差  60-64
    6.1.1 准确度和精密度  60-61
    6.1.2 粗大误差分析  61-64
  6.2 衍射效应分析  64-68
    6.2.1 圆孔衍射  65-66
    6.2.2 菲涅耳直边衍射  66-68
  6.3 电路噪声分析  68-69
  6.4 实验测试  69-71
  6.5 本章小结  71-72
总结和展望  72-73
参考文献  73-76
附录1 PSoC固件程序  76-78
附录2 DMC5400驱动程序  78-80
附录3 激光在线校准器实物  80-81
附录4 激光在线校准器电路图  81-82
攻读硕士学位期间取得的研究成果  82-83
致谢  83

激光在线测量信号特性及甄别方法研究

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