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核燃料组件外形综合尺寸检测系统的开发

作　者: 刘浩
导　师: 骆德渊
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 激光三角测距 形位误差评定 自动测量 检测软件
分类号: TL352.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本课题来源于中国核动力研究设计院四所的实际生产需求。该单位生产的核燃料组件在制造过程中必须经过多种无损检测,其中在焊接工艺之后进行外形综合尺寸的检测就是重要部分。为保证核反应堆的安全运行,因此必须研制合适的检测系统对核燃料组件外形综合尺寸进行检测。根据核燃料组件本身的特性,本文基于激光三角测距原理,提出了使用激光位移传感器实现对核燃料组件外形综合尺寸的非接触测量方法,并结合半导体激光准直技术、现代传感技术、精密传动技术、伺服控制技术、数据采集技术和计算机技术研制了一种非接触式核燃料组件外形综合尺寸自动检测系统。本文首先根据核动力研究院的需求提出了系统总体设计方案,然后对系统采用的硬件做出了详细的阐述,接着对各种形位误差的评定方法与数学模型进行了分析,并采用最小二乘法的数学处理方法来计算核燃料组件各侧面的平面度、相对面之间的平行度、相邻面之间的垂直度以及核燃料组件整体弯曲度。接下来介绍了使用Visual C++ 6.0编程工具开发的上位机系统软件,并详细介绍了串口通讯模块、数据采集模块、运动控制模块和数据处理模块的设计。最后通过实验对系统的测量精度做了验证。目前,本系统已经投入实际生产运行,并得到了用户的一致好评。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 微小位移量测量方法概论  9-12
    1.2.1 激光三角法的基本原理  10
    1.2.2 激光干涉法的基本原理  10-11
    1.2.3 光栅测量法的基本原理  11-12
  1.3 微小位移量测量技术发展现状  12-13
  1.4 课题背景与研究内容  13-15
    1.4.1 课题背景  13-14
    1.4.2 研究内容  14-15
第二章 系统总体设计  15-21
  2.1 系统设计目标  15-16
    2.1.1 测量精度目标  15
    2.1.2 自动化目标  15-16
    2.1.3 结果显示目标  16
    2.1.4 系统工作环境要求  16
  2.2 被测核燃料组件尺寸  16
  2.3 检测项目  16-17
  2.4 检测方法选择与可行性分析  17-19
    2.4.1 检测方法选择  17
    2.4.2 检测方法可行性分析  17-19
  2.5 扫描布局与扫描方式  19-20
  2.6 系统构成  20-21
第三章 尺寸误差与形位误差评定数学建模  21-33
  3.1 尺寸误差计算数学建模  21-22
  3.2 基准及其建立  22-23
    3.2.1 基准的概念  22
    3.2.2 基准的建立与体现  22-23
  3.3 直线度误差评定与数学建模  23-26
    3.3.1 直线度误差评定  23
    3.3.2 直线度误差数据处理方法  23-26
  3.4 平面度误差评定与数学建模  26-28
    3.4.1 平面度误差评定  26
    3.4.2 平面度误差数据处理方法  26-28
  3.5 平行度误差评定与数学建模  28-30
    3.5.1 平行度误差评定  28-29
    3.5.2 平行度误差数据处理方法  29-30
  3.6 垂直度误差评定与数学建模  30-32
    3.6.1 垂直度误差评定  30
    3.6.2 垂直度误差数据处理方法  30-32
  3.7 弯曲度误差评定与数学建模  32-33
第四章 系统检测平台设计  33-43
  4.1 标准块底座设计  33-34
  4.2 精密电动旋转台  34
  4.3 线性模组与导轨  34-37
  4.4 扫描系统支架设计  37-38
  4.5 交流伺服电机及驱动  38
  4.6 激光位移传感器  38-41
  4.7 PCI 数据采集卡  41-43
第五章 上位机软件系统设计  43-65
  5.1 上位机软件系统体系结构及运行流程  43-47
    5.1.1 上位机软件系统体系结构  43-45
    5.1.2 上位机软件系统运行流程  45-47
  5.2 串口通讯模块详细设计  47-55
    5.2.1 MODBUS 通讯协议简介  47-48
    5.2.2 MODBUS 协议的传输方式  48-52
    5.2.3 计算机与伺服驱动器间的通信  52-55
  5.3 运动控制与数据采集模块详细设计  55-61
    5.3.1 数据采集模块设计  55-57
    5.3.2 自动检测  57-58
    5.3.3 手动检测  58-60
    5.3.4 定点检测  60-61
  5.4 数据处理模块详细设计  61-65
第六章 系统实验与结果  65-72
  6.1 系统运行  65-68
  6.2 误差分析  68-70
  6.3 检测结果  70-72
第七章 结论  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-76
在学期间的研究成果  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 核反应堆工程 > 反应堆部件及其设计、制造 > 燃料元件和组件 > 制造和检验 > 装配、密封和检验
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