課程設(shè)計(jì)--滾珠直徑測(cè)試機(jī)構(gòu)

1、<p>　　檢測(cè)理論與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目 滾珠直徑測(cè)試機(jī)構(gòu) </p><p>　　學(xué)院(部) 工業(yè)制造學(xué)院 　 </p><p>　　專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 　 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 　 </p><p>　　學(xué)號(hào) 年級(jí) 11級(jí)2班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 副教授 　 </p><p>　　2013 年 12 月 16 日</p><p>

3、;<b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………………………………3</p><p>　　設(shè)計(jì)思路…………………………………………………………………………………4</p><p>　　滾珠直徑的測(cè)量方法………………………………………………………………4</p><p>

4、　　電感傳感器……………………………………………………………………………..5</p><p>　　基本結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………. 5</p><p>　　工作原理……………………………………………………………………….6</p><p>　　總體設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………7</p>

5、;<p>　　機(jī)械控制部分設(shè)計(jì)………………………………………………………………….9</p><p>　　動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………..9</p><p>　　自動(dòng)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………………….9</p><p>　　自動(dòng)分選裝置的設(shè)計(jì)……………………………………………………10</p&

6、gt;<p>　　六、電氣測(cè)量部分設(shè)計(jì)………………………………………………………………….10</p><p>　　七、設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………………….14</p><p>　　八、參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………….15</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b

7、></p><p>　　球軸承是支承軸的標(biāo)準(zhǔn)組件，它具有摩擦阻力小、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。軸承的游隙(指在無負(fù)荷情況下，軸承內(nèi)外環(huán)間所能移動(dòng)的最大距離)對(duì)軸承的壽命、溫升、噪聲、額定動(dòng)負(fù)荷都有很大影響。通常在運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下球軸承游隙應(yīng)接近于0；對(duì)于大沖擊、重負(fù)荷環(huán)境，應(yīng)選用游隙較大的軸承；對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、音響要求高的，應(yīng)選用游隙較小的軸承，軸承滾珠直徑的大小也與游隙大小直接相關(guān)。在安裝過程中，其直徑

8、尺寸的一致性直接影響軸承的動(dòng)態(tài)特性。因此， 在軸承安裝之前必須對(duì)滾珠的直徑尺寸進(jìn)行精確測(cè)量和分選。軸承滾珠的直徑由Φ1.000~65.000mm不等，測(cè)量范圍不大，但尺寸的精度要求卻很高，一般要精確到小數(shù)點(diǎn)后第3位，如直徑為Φ26.988mm，Φ56.240mm……的鋼球。本設(shè)計(jì)僅對(duì)直徑為Φ10.000±0.003mm的滾珠進(jìn)行分選。滾珠分選的傳統(tǒng)方法往往使用人工分選。這種分選方法主要弊端是勞動(dòng)強(qiáng)度大、分選效率低、分選速度慢、

9、分選質(zhì)量差等等。為了解決這類問題，擬采用電感傳感器智能測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾珠測(cè)量和分選工作的自動(dòng)化。</p><p>　　在現(xiàn)在市場(chǎng)上，軸承可分為兩種滾珠軸承和無滾珠軸承 </p><p>　　我們所說的軸承主要在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。也可以說，當(dāng)其它機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來降低動(dòng)力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機(jī)件。軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足

10、輕重的零部件。它的主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動(dòng)過程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)。也就是說軸承的作用主要是限制旋轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向竄動(dòng)，減少旋轉(zhuǎn)阻等。</p><p>　　滾珠直徑的測(cè)量對(duì)于機(jī)械，航天，電氣等方面有很重要的作用。不同行業(yè)需要不同規(guī)格的滾珠，而滾珠直徑測(cè)量的精確度關(guān)系到各種工具的使用壽命和危險(xiǎn)系數(shù)等。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路</b>&l

11、t;/p><p>　　本設(shè)計(jì)利用氣壓傳動(dòng)裝置將滾珠送到相應(yīng)的測(cè)試工作臺(tái)，選擇電感傳感器作為信號(hào)拾取源，將被測(cè)部件幾何尺寸的微小變化轉(zhuǎn)換為線圈的電感變化實(shí)現(xiàn)測(cè)量，具有工作可靠、靈敏度高、壽命長(zhǎng)、線性好、分辨率高、精度搞、性能穩(wěn)定和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。將信號(hào)通過設(shè)計(jì)好的調(diào)理電路，使用電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，打開合格滾珠收料箱或者次品滾珠收料箱，從而達(dá)到分選滾珠的目的。再將誤差信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī)，利用設(shè)計(jì)好的單片機(jī)程序顯示

12、統(tǒng)計(jì)滾珠合格和不合格的數(shù)量。</p><p><b>　　滾珠直徑的測(cè)量方法</b></p><p>　　調(diào)查資料表明，國(guó)內(nèi)外對(duì)軸承滾珠的分選裝置的研究經(jīng)歷了很長(zhǎng)的一段時(shí)間，它作為軸承制造業(yè)中重要的專用設(shè)備，對(duì)提高軸承質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有十分重要的意義。根據(jù)測(cè)量方式的發(fā)展過程將分選裝置分為以下幾個(gè)階段[1]：</p><p&

13、gt;　　第一階段：采用千分表對(duì)滾珠進(jìn)行測(cè)量，這種方式出現(xiàn)最早，也是應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)的一種測(cè)量方式，在我國(guó)大多數(shù)的軸承生產(chǎn)廠家依然沿用該分選方式，它雖然能夠在一定程度上滿足生產(chǎn)的需要，但由于采用該方法必須投入大量的人力資源，嚴(yán)重的浪費(fèi)了勞動(dòng)力，對(duì)于人口密集型的地區(qū)來講尚可以適用，但對(duì)于勞動(dòng)力稀缺的地方就存在著人力資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。</p><p>　　第二階段：采用接觸式的測(cè)量方式，根據(jù)不同的滾珠，設(shè)計(jì)不同類型的滾珠分

14、選機(jī)，設(shè)計(jì)的目的是為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上料、自動(dòng)送料、自動(dòng)測(cè)量以及依類別分選等過程。</p><p>　　第三階段：采用非接觸式的測(cè)量方式，將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和龐大的分析能力有機(jī)地結(jié)合起來，以滿足人們對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高的需要。采用非接觸式的測(cè)量方式不僅能夠解決測(cè)量過程中由于磕碰產(chǎn)生的誤差，而且測(cè)量精度也非常高 。</p><p>　　綜上所述，滾珠分選機(jī)因軸承行業(yè)的興起而發(fā)展，

15、隨著工業(yè)發(fā)展的程度的不斷遞進(jìn)，研制自動(dòng)化程度更高的分選設(shè)備對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的提高有強(qiáng)勁的推進(jìn)作用</p><p><b>　　電感傳感器</b></p><p>　　測(cè)量是滾珠分選的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是決定整機(jī)測(cè)量精度、測(cè)量速率的主要環(huán)節(jié)。測(cè)量工具的選擇是該部分設(shè)計(jì)的首要任務(wù)之一，下面結(jié)合現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行比較，選擇滿足測(cè)量需求的產(chǎn)品?，F(xiàn)階段用于滾珠直測(cè)量準(zhǔn)確。多出現(xiàn)

16、在20實(shí)際90年代中后期研制的滾珠分選機(jī)中，測(cè)量效率相對(duì)較高，可減少勞動(dòng)力投入，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。缺點(diǎn)是現(xiàn)有市面上出售的傳感器價(jià)格居高不下，導(dǎo)致分選機(jī)的價(jià)格難以被中小生產(chǎn)廠家所接受，不利于自動(dòng)化設(shè)備的大范圍推廣。</p><p>　　非接觸式傳感器：現(xiàn)階段出現(xiàn)的非接觸式測(cè)量分選機(jī)中，光電傳感器是唯一被應(yīng)用的傳感器。光電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、測(cè)量精度高、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、價(jià)格較高，但由于其在測(cè)量過程中對(duì)被測(cè)零件

17、沒有磨損，且被測(cè)零件定位簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間短、速度快，可以滿足現(xiàn)代工業(yè)快速滾珠測(cè)量的目的。利用光電傳感器進(jìn)行測(cè)量是滾珠測(cè)量行業(yè)的最佳方案之一。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用電感傳感器進(jìn)行測(cè)量，電感傳感器用于測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，具有不接觸、精度高、速度快、靈敏度好及不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于生產(chǎn)線或設(shè)備維修都具有極大的應(yīng)徑測(cè)量的儀器共有兩種，分別是接觸式傳感器、非接觸式傳感器，</p><p>　　接觸

18、式傳感器：主要以壓電傳感器為主，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較高，但測(cè)量精度高，用潛力。</p><p>　　在測(cè)量技術(shù)中，電感傳感器廣泛應(yīng)用于加速度、位移、振幅、轉(zhuǎn)速、無損探傷等非電量的測(cè)量。在其控制系統(tǒng)中，滾珠直徑分類選擇器是一個(gè)微位移檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾珠尺寸的檢測(cè)和計(jì)數(shù)，是電感式傳感器的典型應(yīng)用。本測(cè)控系統(tǒng)由傳感器試驗(yàn)臺(tái)、直流穩(wěn)壓電源、傳感器、直流電機(jī)和信號(hào)處理電路模塊組成。</p><p>

19、<b>　　基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　電感式傳感器的激勵(lì)元件由線圈和鐵氧磁心組成，如圖1所示。式（1）為電感式傳感器的數(shù)字模型。</p><p>　　式（1）中L為電感量，N為線圈匝數(shù)，μ為氣隙導(dǎo)磁率，S為氣隙截面積，δ為氣隙厚度。</p><p>　　可知，線圈電感量L氣隙厚度δ成反比，與氣隙截面積S成正比。假設(shè)起始位置氣隙為 ，

20、對(duì)應(yīng)的初始電感為 ，且S固定不變，當(dāng)δ有細(xì)微的△δ時(shí)，引起的自感量的變化量dL為（忽略高次項(xiàng)）：</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　電感式傳感器是建立在電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)上，是利用被測(cè)量磁路磁阻變化引起傳感器線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量變化來實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。</p><p>　　當(dāng)交流電流過線圈時(shí)，線

21、圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過鐵心并指向鐵心一側(cè)，即傳感器的激勵(lì)端。當(dāng)有金屬物體或磁性物體接近傳感器激勵(lì)端時(shí)會(huì)造成磁場(chǎng)變形。使用計(jì)算機(jī)模擬可獲得磁場(chǎng)狀態(tài)圖，如圖2所示。從圖2可以看出導(dǎo)電材料（如鋼板）接近激勵(lì)端時(shí)的磁場(chǎng)效應(yīng)，變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化。</p><p>　　傳感器線圈構(gòu)成變壓器初級(jí)繞組，金屬板構(gòu)成短路次級(jí)繞組，如圖3所示。由于電感耦合作用， 在次級(jí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流 又反作用于初級(jí)回

22、路，從而產(chǎn)生互感系數(shù) 。最終使得線圈本身的阻抗發(fā)生變化。通過與理想變壓器回路比較，可得出以下結(jié)論：</p><p>　　綜上所述，當(dāng)有導(dǎo)材料接近傳感器時(shí)，線圈的阻抗Z實(shí)值增加，其值等于線圈電阻 加上 、 、 及ω產(chǎn)生的阻抗。經(jīng)驗(yàn)表明，阻抗Z的虛值只表明傳感器線圈與金屬板之間有很小距時(shí)的測(cè)量變化。電感式傳感器只能利用阻抗Z的實(shí)值變化量檢測(cè)導(dǎo)電材料被測(cè)物體。</p><p><b>

23、　　總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對(duì)滾珠的標(biāo)稱直徑進(jìn)行控制，允許公差范圍為±3μm，在此范圍之內(nèi)為合格產(chǎn)品，應(yīng)予保留，超出此范圍即為次品，應(yīng)予剔除，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)合格產(chǎn)品與次品數(shù)量。將拾取信號(hào)（誤差信號(hào)）與對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)比，如果在±3μm范圍內(nèi)，則合格產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)（ = +1），如果超出這個(gè)范圍，則次品自動(dòng)計(jì)數(shù)（ = +1），當(dāng)合格產(chǎn)品數(shù)與次品數(shù)只喝等于產(chǎn)品總數(shù)時(shí)，自動(dòng)退出檢測(cè)系

24、統(tǒng)。電路設(shè)計(jì)流程如圖4所示。</p><p>　　根據(jù)電感傳感器的工作原理，配合電氣控制電路，設(shè)計(jì)檢測(cè)電路。該電路分為機(jī)械控制和電氣測(cè)量?jī)蓚€(gè)電路部分。機(jī)械控制部分主要完成電感傳感器的選擇、滾珠的推動(dòng)與定位、氣缸和料箱翻板控制功能；電氣測(cè)量部分主要完成信號(hào)拾取、信號(hào)處理和執(zhí)行顯示功能。檢測(cè)過程中，可以采用數(shù)字示波器進(jìn)行輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)觀察和測(cè)量。滾珠的直徑分選器測(cè)控系統(tǒng)電路原理框圖如圖5所示。</p>

25、<p><b>　　機(jī)械控制部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鑒于設(shè)計(jì)要求能夠連續(xù)精密的測(cè)量滾珠直徑，即要求動(dòng)力機(jī)構(gòu)能不斷給測(cè)量機(jī)構(gòu)傳動(dòng)滾珠，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)傳動(dòng)兩類。電氣傳動(dòng)不太平穩(wěn)，氣動(dòng)傳動(dòng)中的固定式氣缸傳動(dòng)適合精密測(cè)量，這里根據(jù)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)性的要求，我們選用雙活塞桿

26、雙作用氣缸。雙桿活塞缸活塞兩側(cè)都有活塞桿伸出，根據(jù)安裝方式不同又分為活塞桿固定式和缸筒固定式兩種。由于本次設(shè)計(jì)的儀器體積較小，我們采用缸筒固定式雙活塞桿氣壓缸。氣缸固定在底座上，位置固定。另外小型氣缸傳動(dòng)只能承受軸向力。要保證其穩(wěn)定工作，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)在送料桿的前進(jìn)方向增加滾針，以及水平方向加擋板限定其水平方向的位移，保證氣缸只受軸向力使其行程確定，保證將滾珠送到特定的位置。氣缸所帶載荷（如工作臺(tái)）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進(jìn)入氣

27、缸兩腔（一腔進(jìn)氣另一腔排氣），活塞桿帶動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)，工作臺(tái)移動(dòng)范圍等于其有效行程S的3倍。當(dāng)輸入壓力，流量相同時(shí)，其往返運(yùn)動(dòng)輸出力及速度均相等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選擇EMAL系列鋁合金迷你缸，此氣壓缸采用含油軸承，使活塞桿無需加油潤(rùn)滑；汽缸本體、前后蓋經(jīng)過彩色EP涂裝氧化處理，具有耐磨性、耐腐蝕性及耐久性等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　型號(hào)命名：</b&

28、gt;</p><p>　　根據(jù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們所選擇的型號(hào)為EMAL—U20×50。</p><p>　　2、自動(dòng)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　①傳感器安裝：傳感器物理尺寸決定，滾珠與其探頭屬于點(diǎn)面接觸。因此，為保證傳感器探頭與測(cè)試臺(tái)的距離保持恒定不變，且安裝完畢之后應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)滾珠對(duì)其進(jìn)行校零。同時(shí)安裝時(shí)應(yīng)注意傳感器探頭位移應(yīng)控制在其線性行程內(nèi)。&l

29、t;/p><p>　?、跍y(cè)量臺(tái)：表面需要精加工，以保證其表面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。安裝時(shí)要保證其表面與傳感器探頭表面平行。</p><p>　?、圮浖糠郑悍磸?fù)采樣，比較，當(dāng)所得數(shù)據(jù)在允許的誤差范圍內(nèi)時(shí)處理并存儲(chǔ)，保證其采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。</p><p>　　3、自動(dòng)分選裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　主滾道與水平成30º，以使?jié)L珠能靠自

30、重順滾道滾下，開關(guān)的長(zhǎng)度C大于滾道寬度B，關(guān)系約為C = 1.5B。當(dāng)被測(cè)滾珠直徑符合要求時(shí)，電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)1打開(狀態(tài)如下圖雙點(diǎn)劃線所示)，接著讓滾珠沿主滾道滾下，滾珠被開關(guān)1擋住，順勢(shì)流向分道1，開關(guān)1的打開時(shí)間由繼電器控制。然后開關(guān)1復(fù)位(主滾道暢通)，開始測(cè)量第2個(gè)鋼球。如果所測(cè)滾珠直徑超出了允許的誤差范圍，就沿主滾道滾出，進(jìn)入次品滾珠收料箱。</p><p><b>　　測(cè)量部分設(shè)計(jì)電

31、氣</b></p><p><b>　　信號(hào)拾取模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)考慮到1μm的檢測(cè)精度比較高，檢測(cè)傳感器的選擇是否得當(dāng)對(duì)最后的結(jié)果影響很大，選擇合適的傳感器可以將干擾減少到最少。所以采用AD698高精度線性差動(dòng)式傳感器（LVDT：Linear Variable Differential Transformer）為信號(hào)拾取電路，以磁芯

32、的機(jī)械位移為輸入，交流電壓信號(hào)為輸出，該電壓與磁芯位置成正比。傳感器初級(jí)線圈由外部參考正弦信號(hào)源激勵(lì)，兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)，磁芯的移動(dòng)可改變初級(jí)線圈之間的耦合磁道，從而產(chǎn)生兩個(gè)幅值不同的交流電壓信號(hào)，以滿足后續(xù)電路的信號(hào)要求，如圖6。</p><p><b>　　信號(hào)處理模塊</b></p><p>　　由相敏檢波電路、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)設(shè)置電路、電壓比較放大電路和電磁驅(qū)動(dòng)電路

33、組成。以相敏檢波電路為核心，完成鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻功能，如圖7所示。</p><p>　　為了便于分析，由 、 、 3個(gè)電阻組成任意標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)設(shè)置成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)檔，可以通過選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)檔，滿足各種標(biāo)準(zhǔn)量與相敏檢波信號(hào)（誤差信號(hào)）進(jìn)行比較。當(dāng)信號(hào)相同（在誤差范圍內(nèi)）時(shí)，則通過電壓放大器，驅(qū)動(dòng)電磁控制器，打開滾珠收料箱，并統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)，如圖9所示。</p><p><b>　　信號(hào)執(zhí)行

34、模塊</b></p><p>　?。?）、使用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),輸入單片機(jī),再通過數(shù)碼管將結(jié)果顯示出來。</p><p>　　集成A/D轉(zhuǎn)換器品種繁多，選用時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素選取集成芯片。一般采用逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器用得比較多，所以我采用了ADC0804。它采用CMOS工藝20引腳集成芯片,分辨率為8位,轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs,輸入電壓范圍為0-5V。芯片

35、內(nèi)具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　單片機(jī)采用AT89C52，AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)

36、在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　為了直觀的顯示滾珠分選的結(jié)果，我打算使用液晶顯示器。液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。各種型號(hào)的液晶通常顯示字符的行數(shù)或液晶點(diǎn)陣的行、列數(shù)來命名的。比如：1602的意思是每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行；類似的命名還有0801、0802、1601等，這類液晶通常都是字符型液晶，即只能顯示ASCII碼字符，如數(shù)字、大小

37、寫字母、各種符號(hào)等。12232液晶屬于圖形型液晶，它的意思是液晶有122列、32行組成，即共有122×32個(gè)點(diǎn)來顯示各種圖形，我們可以通過程序控制這122×32個(gè)點(diǎn)中的任一個(gè)點(diǎn)顯示或不顯示。類似的命名還有12864、19264、192128、320240等，根據(jù)客戶需要，廠家可以設(shè)計(jì)出任意數(shù)組合的點(diǎn)陣液晶。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的需要，我選擇用LCD1602。1602液晶為5V電壓驅(qū)

38、動(dòng)，帶背光，可顯示兩行，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字，內(nèi)置128個(gè)字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。通過LCD1602，我們可以直觀的看到正品數(shù)量和次品數(shù)量。</p><p>　　4、AT89C52簡(jiǎn)介</p><p>　　本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)擬采用AT89C52，AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只

39、讀程序存儲(chǔ)器和256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合[10]。</p><p>　　AT89C52主要性能參數(shù)如下：</p><p>　　與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 </p

40、><p>　　8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器 </p><p>　　1000次擦寫周期 </p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz </p><p>　　三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 </p><p>　　256×8字節(jié)內(nèi)部RAM </p><p>　　32個(gè)可編程I/O口線 <

41、;/p><p>　　3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 </p><p><b>　　8個(gè)中斷源 </b></p><p>　　可編程串行UART通道 </p><p>　　低功耗空閑和掉電模式 </p><p>　　5、 測(cè)量誤差分析及誤差消除方案</p><p>　　該設(shè)備屬于精密測(cè)量

42、儀器，測(cè)量的精確性是測(cè)量結(jié)果的保證。設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了滿足用戶使用功能要求，而誤差分析是對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)是否能夠達(dá)到使用功能，滿足使用需求的前提條件。</p><p>　　該設(shè)備中，電感傳感器是測(cè)量的工具，其偏移、定位不準(zhǔn)確等問題會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的差異，因此，對(duì)其進(jìn)行誤差分析不僅有利于測(cè)量設(shè)備的安裝調(diào)試，也能驗(yàn)證設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。另外，測(cè)量環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也需重點(diǎn)考慮，是誤差產(chǎn)生的另一個(gè)重要原因。本章將

43、對(duì)上述可能情況產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，對(duì)每種產(chǎn)生的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生重大影響的因素提出減小誤差產(chǎn)生的方案。</p><p>　　6、 誤差分析的要素</p><p>　　產(chǎn)生誤差的原因種類有多方面，分類方式也不同，不同的設(shè)備有不同的分析方式[14]。分類的根據(jù)是取決于設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及使用環(huán)境，本文將結(jié)合具體實(shí)際情況將測(cè)量過程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分類，如圖5-1所示：

44、</p><p>　　圖5-1 產(chǎn)生誤差的因素分析</p><p>　　誤差產(chǎn)生的原因有三種類型，分別是隨機(jī)誤差，系統(tǒng)測(cè)量誤差以及系統(tǒng)誤差。 </p><p>　　隨機(jī)誤差是指測(cè)量結(jié)果與同一待測(cè)量的大量重復(fù)測(cè)量的平均結(jié)果之差。其特點(diǎn)是：誤差具有隨機(jī)性，符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大小和方向都不固定，也無法測(cè)量或校正。但測(cè)量結(jié)果隨著測(cè)定次數(shù)的增加，正負(fù)誤差可以互相抵償，誤差

45、的平均值將逐漸趨向于零。雖然單側(cè)測(cè)量的隨機(jī)誤差沒有規(guī)律，但多次測(cè)量的總體卻服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理能在理論上估計(jì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。該分析過程中隨機(jī)誤差是由多種原因引起的，包括滾珠熱脹冷縮，滾珠表面粗糙度等因素引起的誤差。</p><p>　　系統(tǒng)測(cè)量誤差是指在測(cè)量過程中由于外來因素引起的難以避免的誤差，但該誤差可以被量化，可以根據(jù)數(shù)學(xué)推理來判斷其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響大小，從而找到減小該誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響

46、的解決方案。本設(shè)備中產(chǎn)生系統(tǒng)測(cè)量誤差的有兩種，一種是由于測(cè)量過程中雜質(zhì)產(chǎn)生的影響，另一種是由于電感傳感器在定位、安裝過程中發(fā)生偏斜、移動(dòng)等產(chǎn)生的測(cè)量誤差。 被測(cè)滾珠尺寸產(chǎn)生的測(cè)量誤差</p><p>　　（1）滾珠測(cè)量前是經(jīng)過多步加工完成的，加工后的滾珠不僅尺寸不相同，而且滾珠的外形的不同，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。</p><p>　　如圖5-2所示，如果滾珠圓度不滿足加工要求，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)

47、量后的值產(chǎn)生偏差，對(duì)測(cè)量結(jié)果不利。若滿足測(cè)量要求，則：</p><p>　　｜d1一d｜< 2μm；｜d2一d｜< 2μm （6-1）</p><p>　　式中，d1、d2分別為圓度不同的滾珠的截面測(cè)量尺寸，d為滾珠理想尺寸。 </p><p>　　因此，為了避免由于滾珠圓度不同而產(chǎn)生對(duì)滾珠分組的影響，應(yīng)使?jié)L珠的圓度控制在lμm

48、之內(nèi)。</p><p>　　針對(duì)此類問題，采取的解決方法主要有：一方面，在加工過程中進(jìn)行控制，保證滾珠加工精度；另一方面，在測(cè)量過程時(shí)，對(duì)滾珠測(cè)量過程中進(jìn)行多次測(cè)量，取測(cè)量結(jié)果平均值，使測(cè)量結(jié)果接近真實(shí)值，避免由于測(cè)量方式不合理而對(duì)滾珠分選而產(chǎn)生影響。</p><p>　　圖5-2 圓度產(chǎn)生測(cè)量誤差示意圖</p><p>　　被測(cè)對(duì)象表面的粗糙度對(duì)傳感器測(cè)量結(jié)果也有

49、一定影響，被測(cè)對(duì)象光澤主要由折射率和表面粗糙度決定。當(dāng)表面過于光滑，粗糙度值過小，一方面，使漫反射成份減少，CCD圖像傳感器輸出減弱；另一方面，當(dāng)正反射成份的增大，CCD圖像傳感器可能接收到正反射光，正反射光是一種干擾信號(hào)。當(dāng)表面過于粗糙，粗糙度值過大，容易造成照明光點(diǎn)的局部丟光現(xiàn)象，破壞了原光點(diǎn)的均勻性，從而使輸出值不穩(wěn)定。被測(cè)面粗糙度較大時(shí)，光澤較暗淡，有利于激光傳感器的正常工作。</p><p>　　測(cè)量時(shí)

50、的滾珠是經(jīng)過精加工后才進(jìn)行測(cè)量，因此滾珠的表面粗糙度值較低，表面較光滑，會(huì)對(duì)滾子測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，這是工件自身?xiàng)l件決定的，無法改變。但可以通過改變激光器的發(fā)射功率，使用偏振片削光來減少光強(qiáng)變化對(duì)測(cè)量的影響。</p><p>　　（2）系統(tǒng)誤差是指大小和方向?yàn)榇_定數(shù)值或是具有確定性變化規(guī)律的誤差。其特點(diǎn)是具有重復(fù)性、單向性。該誤差可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)，找出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因，采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档?/p>

51、它的影響，但不能完全避免其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。</p><p>　　從本章上述對(duì)于誤差的分析過程中，可發(fā)現(xiàn)影響測(cè)量精度的因素有多種，分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)測(cè)量誤差以及系統(tǒng)誤差三種。隨機(jī)誤差盡管有多種，但被測(cè)滾珠由于熱脹冷縮和表面粗糙度而產(chǎn)生的隨機(jī)誤差之和都遠(yuǎn)小于滾珠的測(cè)量精度，將不會(huì)對(duì)滾珠的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；然而，滾珠由于自身尺寸問題，如滾珠圓度產(chǎn)生的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較為明顯，是產(chǎn)生誤差的主要因素。在滾珠加工的過程

52、中，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓に噧?yōu)化以避免圓度不合格的滾珠。同時(shí)，通過對(duì)誤差的分析證明本設(shè)計(jì)的測(cè)量手段對(duì)滾珠的測(cè)量而言是一種合理、有效、可以信賴的測(cè)量方式。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用AD698高精度線性差動(dòng)式電感傳感器，將其所檢測(cè)的細(xì)微位移量經(jīng)過相敏檢波、比較放大等信號(hào)處理電路，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，輔以合適的電氣動(dòng)控制電路

53、，最后通過電磁驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)完成滾珠直徑分選、正次品個(gè)數(shù)和誤差的統(tǒng)計(jì)。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)我復(fù)習(xí)了CAD和Proteus的使用和單片編程，對(duì)自身掌握的知識(shí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，為接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于時(shí)間比較緊迫和需要準(zhǔn)備考試，這次的設(shè)計(jì)還很不完善，有很多地方還有待改進(jìn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可行性也有待考證。在充足的時(shí)間下，畢業(yè)設(shè)計(jì)一定要解決這些方面

54、，做一份更加完善的課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)在總結(jié)現(xiàn)階段滾珠分選方式的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種利用CCD激光傳感器測(cè)量滾珠直徑的測(cè)量方式。在設(shè)計(jì)思路上采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，使其具備了更強(qiáng)的適應(yīng)能力。在設(shè)計(jì)中，采用半導(dǎo)體激光器作為發(fā)射光源，CCD-TCD142D圖像傳感器傳感器作為測(cè)量元件，通過AT89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制分選，用LCD12864-0402B進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。

55、最后，為了保證測(cè)量能夠達(dá)到預(yù)期目的，對(duì)測(cè)量過程中可能出現(xiàn)引起誤差的原因進(jìn)行了分析與總結(jié)，對(duì)可能產(chǎn)生的誤差值進(jìn)行量化，并對(duì)會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果的誤差提出控制手段和解決方案。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要得出如下研究結(jié)果：</p><p>　　采用CCD激光傳感器，探究滾珠測(cè)量新方法，有別于傳統(tǒng)接觸式測(cè)量的方法，保證了測(cè)量的精度要求，為以后分選機(jī)的研制提出了新的方法和思路。</p>

56、<p>　　通過對(duì)測(cè)量過程中可能出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析，計(jì)算表明主要誤差是由滾珠圓度不理想引起的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)在滾珠測(cè)量精度及分選效率提高中具有較大的實(shí)用價(jià)值，還可以在以下幾方面進(jìn)行提高:</p><p>　　該設(shè)計(jì)目前只適用于滾珠的分選,對(duì)于其它類型的滾子（如：圓錐滾子）測(cè)量不具有通用性，因此可以在送料裝置部分進(jìn)行改進(jìn)以提高其適用性。</p><

57、;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王江山、高玉清等.圓錐、圓柱滾子工藝現(xiàn)狀及其分析[J].現(xiàn)代零部件.2008(8)</p><p>　　[2] 馬金寧、孫秀文等.模塊化設(shè)計(jì)帶來的新理念[J].航空制造技術(shù).2009(6)</p><p>　　[3] 中原量?jī)x廠“J”系列分選機(jī)試制組.“J”系列軸承滾動(dòng)體自動(dòng)

58、分選機(jī)[J].1974（5）</p><p>　　[4] 王連吉、鄒國(guó)華、李興林等.非接觸式測(cè)量圓柱滾子分選機(jī)[J].軸承.2011（3）</p><p>　　[5] 尼龍.百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/106555.htm</p><p>　　[6] 孫長(zhǎng)庫、何明霞、王鵬.激光測(cè)量技術(shù)（2版）[M].天津.天津大學(xué)

59、出版社.2001（7）</p><p>　　[7] 周秀云等.光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京.電子工業(yè)出版社.2009（11）</p><p>　　[8] 劉貴喜.線陣CCD器件TCD142D的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件.1996（6）</p><p>　　[9] 湯曉燕、云忠.軸承滾珠按直徑自動(dòng)分選[J].新技術(shù)新工藝.2000（12）</p>&l

60、t;p>　　[10] 89C52.百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/4879622.htm</p><p>　　[11] 張建輝、宋平崗等.線陣CCD技術(shù)及其在非接觸檢測(cè)中的應(yīng)用[J].機(jī)械與電子.2004（8）</p><p>　　[12] 矩陣鍵盤.百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/249

61、2072.htm</p><p>　　[13] 史良.LCD12864顯示模塊與微處理器的接口設(shè)計(jì)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保.1999（5）</p><p>　　[14] 費(fèi)業(yè)泰等.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M]（6版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2011（6）</p><p>　　[15] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]（3版）.北京.清華大學(xué)出版社.2010（5）<

62、;/p><p>　　[16] 浦昭邦、王寶光.測(cè)控儀器設(shè)計(jì)[M]（2班）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007（4）</p><p>　　[17] 郁有文、常鍵、程繼紅等.傳感器原理及工程應(yīng)用[M]（3版）.西安.西安電子科技大學(xué)出版社.2008（7）</p><p>　　[18] 施文康、余曉芬等.檢測(cè)技術(shù)[M]（3版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2010（2）</p&g

63、t;<p>　　[19] 郁道銀、談恒英等.工程光學(xué)基礎(chǔ)教程[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007（4）</p><p>　　[20]郭天祥.51單片機(jī)C語言教程.電子工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[21]鐘富昭等.8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2007.</p><p>　　[22]劉迎春,葉湘濱.傳感器原理設(shè)

64、計(jì)與應(yīng)用，國(guó)防科技出版社，2004.2</p><p>　　[23]秦榮榮、崔可維.機(jī)械原理.高等教育出版社，2006.3 第一版</p><p>　　[24]寇尊權(quán).機(jī)械課程設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1 第一版</p><p>　　[25]陳育中.電子設(shè)計(jì)工程，2011年02期</p><p><b>　　附錄一</b