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深孔加工中内径主动在线测量的方法研究

作　者: 谷风强
导　师: 叶孝佑
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 深孔加工珩磨电涡流传感器标定信号传输和采集
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

深孔加工几乎涉及到所有的机械制造业,主要应用在高新技术产业领域,如水利工程、工程机械、航空航天制造业等各种领域。这些领域涉及的深孔加工内容越来越多,技术难度越来越高,主要由于测量器具活动空间受到限制,使操作调整很不方便,使内径的测量难度很大。深孔加工中内径的主动在线测量指的是在深孔的加工过程中进行实时测量,显示被测工件的内径尺寸和状态,根据测量状况随时发出相应的调整信号,有利于加工的调整。深孔加工中内径的主动在线测量的方法正在成为被各领域广泛研究的对象,但其应用还有一定的局限性,目前这种方法仅较为广泛地应用于磨削和珩磨类的机械加工中。其中珩磨是深孔加工的一种,本论文以珩磨为例进行深孔加工中内径的主动在线测量的方法研究。目前国内广泛运用的深孔加工珩磨内径的主动在线测量方法有气动测量法、电容传感式测量法和电涡流传感器测量法等。此论文的目的是研究出一种高质量低成本的方法,制作一个更精确的传感器,且使操作者的影响最小,尽可能降低操作过程中对监测的干扰,分析实时监控数据,获得深孔加工过程参数-孔直径,最终实现主动在线测量、即时显示尺寸精度的目的。即提出了一种专门用于深孔加工珩磨过程中实时监测内径的方法,首先模拟珩磨加工环境搭建实验室工作平台,依据珩磨过程中的特点设计了一种新型的电涡流传感器,用于实时监测内径变化,对此传感器的性能进行分析标定,并对输出信号进行数据处理,经过滑环和无线传输在下位机和上位机上实时显示模拟加工中被测深孔内径的变化。论文主要包括以下几部分：(1)深孔加工珩磨过程中内径信息的获取。首先搭建了模拟深孔加工珩磨主动在线测量的实验室平台,经过对比提出采用电涡流传感器进行深孔内径在线测量的方法,设计制作了专门用于狭小环境测量深孔内径的电涡流传感器,并对此电涡流传感器进行静态标定和动态特性分析,并对其线性、精度、重复性、分辨率和灵敏度进行了性能测试,得到了一个良好的结果,电涡流传感器测量范围为2mm,测量精度为10μm。(2)深孔加工珩磨过程中内径信息的传输和显示。在测量信息的数字化处理装置与数控设备之间进行可靠通讯,通过滑环传输电源信号和有线信号,无线单片机传输无线信号的方法将电涡流传感器测量的内径信号分别传输到下位机和上位机显示。(3)实验室环境下模拟深孔加工珩磨内径的在线测量实验结果和分析。最终在实验室环境下实现对深孔加工珩磨的主动在线测量,实时显示被测管内径尺寸。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
目次  11-15
图清单  15-18
附表清单  18-19
1 绪论  19-28
  1.1 课题研究的背景和意义  19-22
    1.1.1 深孔加工主动在线测量在现代工业的应用  19-20
    1.1.2 深孔加工主动在线测量的难题  20-22
  1.2 各种主动在线测量方法介绍  22-24
    1.2.1 气动测量法  22-24
    1.2.2 电容传感器测量法  24
    1.2.3 电涡流传感器测量法  24
  1.3 国内外发展现状  24-25
  1.4 课题研究内容  25-26
  1.5 论文的组织结构  26-28
2 深孔加工主动在线测量珩磨模型的机械设计  28-31
  2.1 深孔加工主动在线测量珩磨模型的总体结构  28-29
  2.2 深孔加工主动在线测量珩磨模型的局部结构  29-31
3 深孔加工主动在线测量信号的获取  31-56
  3.1 测量传感器的比较和选取  31-32
  3.2 电涡流传感器物理模型研究  32-33
    3.2.1 电涡流场形成的基本原理  32-33
  3.3 电涡流传感器的总体设计  33-38
    3.3.1 传感器探头线圈的设计  33-37
    3.3.2 延伸电缆的设计  37
    3.3.3 小型前置器的设计  37-38
  3.4 电涡流传感器的电路设计和分析  38-41
  3.5 电涡流传感器的机械安装  41-46
    3.5.1 电涡流传感器电路板的设计  41-42
    3.5.2 电涡流传感器电路板的安装  42-44
    3.5.3 传输电源信号滑环的使用  44-46
  3.6 电涡流传感器的静态标定和动态分析  46-55
    3.6.1 电涡流传感器静态标定和动态分析机械装置总体结构  46-48
    3.6.2 电涡流传感器静态标定方法和结果  48-54
    3.6.3 电涡流传感器的动态分析方法和结果  54-55
  3.7 本章小结  55-56
4 深孔加工主动在线测量信号的传输  56-68
  4.1 无线传输设备的选择  56-61
    4.1.1 CC2510简介  56-58
    4.1.2 CC2510无线传输硬件设置  58-60
    4.1.3 CC2510无线传输软件设置  60-61
  4.2 CC2510无线传输的硬件设计  61-64
  4.3 CC2510无线传输的软件设计  64-67
  4.4 本章小结  67-68
5 深孔加工主动在线测量信号的采集和显示  68-79
  5.1 信号采集与下位机显示  68-75
    5.1.1 CPLD-EPM7064简介和使用  69-72
    5.1.2 CC2510单片机的使用  72-74
    5.1.3 LED显示数据  74-75
  5.2 信号采集与上位机显示  75-78
    5.2.1 虚拟仪器软件系统设计及LabWindows/CVI软件简介  76-77
    5.2.2 上位机显示  77-78
  5.3 本章小结  78-79
6 数学模型的建立与数据分析  79-89
  6.1 主动在线测量实验及实验数据分析  79-82
    6.1.1 最小二乘法拟合圆法处理数据  80-81
    6.1.2 上位机显示拟合圆  81-82
  6.2 深孔加工珩磨主动在线测量的误差分析  82-87
    6.2.1 偏心造成的误差  83-84
    6.2.2 圆度误差的分离  84-86
    6.2.3 其他误差分析  86-87
  6.3 本章小结  87-89
7 总结与展望  89-91
  7.1 工作总结  89
  7.2 后续研究与展望  89-91
参考文献  91-94
附录A 四路电涡流传感器信号采集下位机显示电路图  94-95
附录B 无线传输CC251D单片机电路图和实物图  95-97
附录C 深孔加工主动在线测量珩磨模型的步进电机  97
附录D 深孔加工主动在线测量珩磨模型的总体结构实物图  97-98
附录E 深孔加工主动在线测量内径模型实物图  98-99
附录F 电涡流传感器静态标定装置实物图  99
附录G 电涡流传感器静态标定过程实物图  99-100
附录H 电涡流传感器动态测试过程实物图  100-101
作者简历  101

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