合金管數(shù)控砂帶磨床測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究的目的</p><p>　　本課題研究的目的在于設(shè)計(jì)一個管材直線度檢測機(jī)，完成檢測機(jī)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 本課題研究的背景</p><p>　　一、本課題研究的意義</p><p>　　鋼

2、管是應(yīng)用最廣泛的鋼材品種..它的質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟(jì)效益及人員的生命安全。大口徑鋼管廣泛應(yīng)用于冶金、石油及化工等行業(yè)，它的質(zhì)量關(guān)系到工業(yè)設(shè)備的安全。由于鑄造、加工、自重以及使用中的碰撞、溫度變化等原因造成鋼管的塑性變形而形成不可恢復(fù)的彎曲..對于鋼管的使用是有影響的。為了隨時了解鋼管的狀態(tài),必須定期檢測其直線度從而決定其是否可繼續(xù)使用或送修。 直線度誤差測量是幾何計(jì)量領(lǐng)域中的一個基本測量項(xiàng)目，它是平面度、平行度、垂直度、同軸度等測量項(xiàng)目的

3、基礎(chǔ)，因而歷來受到世界各國計(jì)量學(xué)領(lǐng)域?qū)W者的重視。直線度誤差也是機(jī)械制造業(yè)中的一個非常重要的內(nèi)容，它對產(chǎn)品零部件的性能具有決定性的影響。直線度誤差與尺寸精度、圓度、粗糙度被稱為影響產(chǎn)品質(zhì)量的四大因素。但是從目前幾何量領(lǐng)域的情況來看。直線度誤差測量的技術(shù)水平已落后于其他三個項(xiàng)目。如尺寸精度和粗糙度已達(dá)到納米級水平，且不斷出現(xiàn)新技術(shù)，新成果。圓度測量在近幾年業(yè)得到飛速發(fā)展，尤其是隨著高精度的誤差分離轉(zhuǎn)臺和各種誤差分離技術(shù)的成功應(yīng)用，測量精度已

4、達(dá)到的水平，直線度誤差測量水平目前較低。相比之下，直線度誤差的測量落后至少一個數(shù)量級，這與幾何計(jì)量領(lǐng)域的發(fā)展與產(chǎn)品質(zhì)量</p><p><b>　　直線度檢測方法</b></p><p>　　縱觀世界對直線度誤差的測量方法，可總結(jié)歸納為如下兩大類。</p><p><b>　　無直線基準(zhǔn)測量</b></p>

5、<p>　　無直線基準(zhǔn)測量法,是指被測對象直線度的測量不是與某種直線基準(zhǔn)進(jìn)行比較,而是沿被測表面以線值測量的方法,得到被測表面上各采樣點(diǎn)的偏差值,然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到被測對象的直線度誤差值。無直線基準(zhǔn)測量主要采用誤差分離法。所謂誤差分離法( Error Separation Technique, EST)是指從測量結(jié)果中將標(biāo)準(zhǔn)量的誤差和被測量的誤差分離開來,從而提高測量精度和測量效率。按照信息獲得的途徑不同,無直線基準(zhǔn)測量法又可

6、分為反向法、錯位法和多測頭法。</p><p><b>　　反向法</b></p><p>　　反向法是將被測零件進(jìn)行兩次安裝,并分別進(jìn)行兩次測量,兩次安裝的位置正好反向,經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測零件的直線度誤差。根據(jù)采用的直尺的數(shù)量,又可分為單尺法,雙尺法和三尺法。</p><p>　　移位法是通過被測零件的起始測量位置的變動進(jìn)行兩次測量,即第1次

7、測量后,被測件向前平移一跨距,再進(jìn)行第2次測量,經(jīng)數(shù)據(jù)處理可消除測量基準(zhǔn)本身的直線的誤差,求出被測件的直線度誤</p><p>　　多測頭法也叫多測點(diǎn)法,其測量是，在測量架上安裝多個測頭(A, B ) ,然后以測頭間距(L )為步長逐次測量,各次測量的首尾端點(diǎn)相接,并記錄下每個測頭的讀數(shù),然后通過數(shù)據(jù)處理進(jìn)行誤差分析,可同時得到被測表面的直線度和測量架的直線度偏差。</p><p><

8、;b>　　有直線基準(zhǔn)測量</b></p><p>　　直線基準(zhǔn)測量法是直接采用一定的直線基礎(chǔ)( StraightL ine Reference) ,并以此基準(zhǔn)來檢測被測表面的直線度偏差(線差或角度值) ,從而獲得被測表面的直線度誤差值。所采用的直線基準(zhǔn)通常有三種:實(shí)物基準(zhǔn)、重力水平基準(zhǔn)和光線基準(zhǔn)</p><p>　　光隙法是用刀口尺作為理想直線測量直線度誤差的一種方法。這

9、種方法通常用于對尺寸較小的磨削或研磨表面進(jìn)行測量。直線度誤差大小可通過測刀口與表面間光隙的大小來判斷,誤差值大小由比對法獲得。在良好的照明條件下,可以清楚地判斷出1μm的微小間隙。</p><p>　　節(jié)距法把被測要素按一定長度(節(jié)距)劃分為若干等分,然后使其測量微小角度的儀器測出各等分段相對于自然水平基準(zhǔn)或某一固定光軸的傾角,再根據(jù)等分的長度將各段的角值偏差換算為線值偏差,最后根據(jù)該組線值偏差數(shù)據(jù)評定被測要素的

10、直線度誤差。</p><p>　　三坐標(biāo)法。三坐標(biāo)測量機(jī)是近二十年來發(fā)展起來的一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ),結(jié)合光柵與激光干涉技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的測量設(shè)備。利用三坐標(biāo)測量機(jī)(或機(jī)床)的高精度導(dǎo)軌作為直線基準(zhǔn),在工作臺沿床身導(dǎo)軌移動過程中,利用固定不動的測微表測量被測件表面各采樣點(diǎn)的偏差值。該法具有高精度、測量靈活、系統(tǒng)柔性好的優(yōu)點(diǎn),但測量屬于接觸測量,對于定位點(diǎn)的確定需要一定技巧,測量速度較慢。隨著

11、測量工件的增大,系統(tǒng)往往需要配有高精度的長導(dǎo)軌,不適合于在線實(shí)時測量,適合于離線抽檢</p><p>　　激光準(zhǔn)直儀法是以激光光束的能量中心線為直線基準(zhǔn),由光電位置敏感元件進(jìn)行測量。其測量原理為:由氦2氖激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)準(zhǔn)直后射向目標(biāo)測量靶,該靶中心有一塊圓形四象限硅光電池,兩兩相對的硅光電池接成差動式。其中心與靶子的機(jī)械軸線重合。上、下一對硅光電池,可用來測量靶子相對于激光束在垂直方向上的偏移;左、右一對

12、硅光電池,可用來測量靶子相對于激光束在水平方向上的偏移。</p><p>　　當(dāng)光電接收靶中心與激光束能量中心重合時,相對的兩個光電池接收能量相同,因此輸出光電信號相等,無信號輸出,指示電表指示為零。當(dāng)靶子中心偏移激光束能量中心時,相對的兩個光電池有差值信號輸出,通過運(yùn)算電路可用指示表指示出數(shù)值或用紀(jì)錄儀紀(jì)錄下曲線。因此,測量時首先將儀器與靶子調(diào)整好,然后將靶子沿被測表面測量方向移動,便能得到直線度誤差的原始數(shù)據(jù)

13、</p><p>　　三、 直線度測量國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　世界各個國家對直線度測量領(lǐng)域一直予以高度重視,并不斷推出新型高精度直線度測量方法和裝置,以滿足日益增長的對產(chǎn)品質(zhì)量的要求。目前國內(nèi)外在圓度、平行度以及表面粗糙度等計(jì)量領(lǐng)域甚至已達(dá)到納米級測量精度水平,然而直線度的測量精度卻不高,特別是在大長度范圍的直線度測量領(lǐng)域,其精度水平更遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他計(jì)量項(xiàng)目。國際上只有美國N

14、IST,德國PTB,原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)局,美國勞侖斯國家實(shí)驗(yàn)室,日本Osaka大學(xué),美國Lockheed火箭和空間公司等達(dá)到了011μm /m或更高的精度水平。我國目前仍采用長平晶組分段互檢方法作為直線度檢定基準(zhǔn),測量精度不高(特別是在測量大尺寸零件時尤為明顯) 。這種狀況嚴(yán)重制約著我國精密計(jì)量測試領(lǐng)域的發(fā)展步伐。因此,對國內(nèi)直線度測量方法進(jìn)行研究,具有重要的意義。</p><p>　　縱觀國內(nèi)外所報(bào)道的直線度測量方

15、法,測量精度低于015μm /m的為一般精度水平,高于015μm /m的屬高精度測量,而高于011μm /m者屬國際先進(jìn)水平。但由于測量方法種類繁多,目前尚未見到統(tǒng)一而合理的分類方法。</p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題要求完成對直線度檢測機(jī)的設(shè)計(jì)。檢測機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示所示。</p><p><b>　　機(jī)床總體布置圖&

16、lt;/b></p><p>　　合金管兩端用頂尖夾緊置于機(jī)床上，磨頭軸向移動，A軸電機(jī)帶動合金管轉(zhuǎn)動。本課題要求在掌握合金管壁厚測量以及磨削基本要求和工藝的基礎(chǔ)上，了解現(xiàn)有壁厚測量方法設(shè)計(jì)壁厚測量系統(tǒng)，合理選用測量裝置、編寫壁厚誤差采集程序、數(shù)據(jù)處理程序，并且能夠根據(jù)采集的壁厚數(shù)據(jù)生成加工程序。因此，需要完成以下內(nèi)容：</p><p>　　（1）考慮如何獲取各處的壁厚值；</

17、p><p>　?。?）對于獲取的壁厚值是否可信，需要采用一定的方法進(jìn)行判斷，對于不可信的壁厚值又該如何處理；</p><p>　?。?）得到所有點(diǎn)的壁厚值后，需要判斷哪些地方厚度超出允許值；</p><p>　?。?）對于超出壁厚允許值的點(diǎn)，該采用何種方法進(jìn)行修磨；</p><p>　　總而言之，就是要完成壁厚數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理，最終生成加工

18、程序。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 相關(guān)參數(shù)</b></p><p>　　管材直徑為10-40mm，管長4000mm。要求直線度誤差小于0.2mm。</p><p>　　2.2 檢測方案設(shè)計(jì)</p><p><

19、;b>　　一、檢測方法選擇</b></p><p>　　對于合金管壁厚的測量采用“無損檢測”的方法。常用的無損檢測壁厚的方法有：超聲檢測、射線檢測等。</p><p>　　射線檢測是利用射線（X射線、γ射線、中子射線等）穿過材料或工件時的強(qiáng)度衰減，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。穿過材料或工件的射線由于強(qiáng)度不同在X射線膠片上的感光程度也不同，由此生成內(nèi)部不連續(xù)的圖象。

20、60;   </p><p>　　超聲檢測是利用超聲波在金屬構(gòu)件中傳播和反射的原理，以探測構(gòu)件內(nèi)部缺陷的大小、性質(zhì)、位置以及材質(zhì)的某些物理性能。超聲檢測技術(shù)作為現(xiàn)代無損檢測的重要組成部分，因其具有穿透能力強(qiáng)，指向性好，監(jiān)測范圍廣等特點(diǎn)，從而普遍應(yīng)用于探傷、測厚、測流量和液位等方面，至今已發(fā)展成為最為廣泛的無損檢測手段。 </p><p>　　由于射線檢測存在很大的輻射性

21、，對人體有一定的傷害，因此選擇“超聲波檢測合金管壁厚”的方法。本課題中涉及的是超聲波在厚度測量方面的運(yùn)用。原理如圖3所示，浸于耦合劑中的超聲波探頭內(nèi)置晶片經(jīng)壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，超聲波在水中會產(chǎn)生界面波，然后相繼產(chǎn)生一次、二次回波。一次回波與二次回波之間的時間差t與聲速v乘積就是工件厚度d，即d=vt。</p><p>　　圖3 超聲波測厚原理圖</p><p>　　采用超聲波檢測壁厚時，探

22、頭必須很好地與空氣隔絕，因?yàn)榧词股倭康目諝獯嬖谝矔斐沙暡ǖ膭×野l(fā)散，使得測量不準(zhǔn)，甚至無法測量的情況發(fā)生。因此要求超聲波探頭必須浸于耦合劑中，并且確保隔絕空氣。</p><p><b>　　二、檢測方案</b></p><p>　　對于一根合金管來說，其截面有無窮多個，每個截面上的點(diǎn)也有無窮多個，因此考慮通過從合金管一端靠近起點(diǎn)處選擇一個截面開始測量，測量完該截面

23、后，移動一定位移測量下一個截面，再等間距地移動至下一個截面，進(jìn)行測量，如此循環(huán)下去，直至整根管坯測量結(jié)束，如圖4所示。</p><p>　　為了測量下一個截面的厚度，要求合金管與密封塊間必須存在軸向的相對運(yùn)動，可以通過一定的裝置讓傳感器實(shí)現(xiàn)軸向移動，從而完成下一個截面的厚度檢測。</p><p>　　對于每個截面壁厚的測量，方法類似，可通過選取某點(diǎn)作為起始點(diǎn)開始測量，再等角度間隔測量下一點(diǎn)

24、，如此循環(huán)下去，直至該截面測量結(jié)束，如圖5所示。 </p><p>　　對于一個截面來說，為了逐個測量等角度間隔的點(diǎn)，可通過用A軸控制合金管每次轉(zhuǎn)動相同的角度，傳感器不動的方法來完成，合金管每轉(zhuǎn)動一個角度，傳感器便測量一個點(diǎn)。</p><p>　　圖4 截面測量方法 圖5 點(diǎn)測量方法</p><p>　　2.3 加工方案設(shè)計(jì)<

25、;/p><p>　　由于只對合金管有限個截面進(jìn)行壁厚數(shù)據(jù)采集，用這些截面的數(shù)據(jù)來反映整根管坯的壁厚情況。為了保證整根管坯的壁厚達(dá)到要求，采用A軸帶動合金管轉(zhuǎn)動，磨頭移動的方法進(jìn)行壁厚修磨，二者運(yùn)動合成后便按照螺旋線軌跡對工件表面進(jìn)行磨削，如圖6所示。</p><p><b>　　圖6 加工方案圖</b></p><p>　　螺旋線軌跡的螺距應(yīng)為磨頭

26、移動速度與合金管轉(zhuǎn)動速度之比。完成一次磨削后，如果尚未達(dá)到壁厚要求，則再進(jìn)行一次磨削，直至達(dá)到要求。</p><p><b>　　3 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　一、設(shè)計(jì)超聲波探頭的放置方法</p><p>　　由于超聲波傳感器的工作環(huán)境必須是浸于耦合劑中，

27、因此考慮選擇器件容納超聲波探頭，并向器件內(nèi)注滿耦合劑，從而保證測量準(zhǔn)確。為了方便起見，選用水來充當(dāng)耦合劑，從而保證隔絕空氣。</p><p>　　測量單個截面的壁厚時，傳感器不動，合金管轉(zhuǎn)動，合金管每轉(zhuǎn)動一個角度，傳感器便測量一個點(diǎn)。因此為了檢測方便，可以根據(jù)合金管的管徑，加工與其表面貼合良好，底部呈圓弧形的密封塊作為容納超聲波探頭的器件，如圖7、8所示。此外，根據(jù)互換性的原則，對于不同的合金管，可根據(jù)其管徑加工

28、不同的密封塊與其對應(yīng)。</p><p><b>　　圖7 密封塊裝置</b></p><p><b>　　圖8 密封塊裝置</b></p><p>　　二、密封塊的材料選擇</p><p>　　為了在轉(zhuǎn)動過程中，盡量減小測量誤差，要求密封塊在測量過程中與合金管貼合良好，因此密封塊的材料選擇尤為重要。

29、如表1所示，根據(jù)各種材料間的摩擦系數(shù)，選用尼龍作為加工密封塊的材料。因?yàn)槟猃埐坏c合金管間的摩擦小，而且容易加工，密封性好，不透氣，從而保證了傳感器的工作環(huán)境要求。</p><p>　　材料名稱 動摩擦系數(shù) </p><p>　　鋼-鋼 0.15 </p><p>　　鋼-鋁

30、 0.02 </p><p>　　硬木-鋼 0.12-0.16 </p><p>　　軟木-鋼 0.15-0.25 </p><p>　　尼龍-鋼 0.023 </p><p>　　聚四氟乙烯-鋼 0.04 &l

31、t;/p><p>　　表1 材料動摩擦系數(shù)</p><p>　　三、檢測裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）測量單個截面的壁厚時，合金管每轉(zhuǎn)動一次，傳感器測量一個點(diǎn)的壁厚，在轉(zhuǎn)動過程中，由于不同點(diǎn)壁厚值不同，為了測量結(jié)果準(zhǔn)確，密封塊應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)不同的壁厚在截面徑向和截面圓周方向能夠自動調(diào)節(jié)，以保證與管面貼合良好。</p><p>　　（2）測

32、量下一個截面的厚度時，要求傳感器軸向移動一定的距離，所以必須通過一定的裝置給密封塊傳遞動力，使其軸向移動。如圖9所示，由于不同截面厚度不同，因此在移動至下一截面時，要求密封塊必須在移動過程中活動良好，否則無法測量或者測量結(jié)果不準(zhǔn)確。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　以上兩條要求密封塊必須與管面貼合良好，并且運(yùn)動靈活，根據(jù)這一要求選用氣缸與

33、萬向聯(lián)軸器相連，萬向聯(lián)軸器與密封塊固定連接的方法,保證密封塊在移動過程中不受徑向阻力，活動良好，且合金管轉(zhuǎn)動時，繼續(xù)貼合良好。同時將氣缸與磨頭固連，使得密封塊可由磨頭電機(jī)傳遞動力，從而軸向移動，使機(jī)構(gòu)更精簡，避免電機(jī)過多。</p><p>　　由于檢測裝置只需滿足以上要求，因此對相關(guān)零件的要求不高，根據(jù)相關(guān)選型手冊中的行程參數(shù)，選擇速易可（TONAB）MC 50×25-S-R1-LB，其接頭處直徑為16

34、mm，如圖10所示。</p><p><b>　　圖10 氣缸</b></p><p>　　為了與所選氣缸相連接，根據(jù)16mm的接口直徑選擇上海雙鈺WSD4-YA16/M16萬向聯(lián)軸器，如圖11所示。</p><p><b>　　圖11 萬向聯(lián)軸器</b></p><p>　　根據(jù)以上思想，設(shè)計(jì)檢測

35、機(jī)構(gòu)如圖12所示。</p><p><b>　　圖12 檢測機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　測量開始時，由于氣缸內(nèi)氣體的壓力使得密封塊與工件表面貼合，然后從裝置頂部不斷通入耦合劑水，保證傳感器工作時密封塊內(nèi)始終充滿水。之后便可以開始工作了，測量完一個點(diǎn)后，A軸電機(jī)帶動合金管旋轉(zhuǎn)一個角度，測量下一個點(diǎn)。測量完一個截面后，磨頭電機(jī)帶動密封塊軸向移動一定距離，開始測量下一

36、個截面直至結(jié)束。</p><p>　　3.2 檢測系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　一、超聲波傳感器選型</p><p>　　由于合金管的壁厚大約為19mm，因此要求所選擇的傳感器精度必須達(dá)到0.1毫米，根據(jù)這一要求，選擇北京中西遠(yuǎn)大科技SZK6-UM18-1111圓柱形傳感器，其重復(fù)精度為±0.15%，測量精度≤0.2%。</p><

37、p><b>　　二、數(shù)據(jù)采集卡選型</b></p><p>　　由于超聲波傳感器輸出的信號為模擬量，要想得到壁厚的數(shù)據(jù)，必須對傳感器輸出的這些模擬量進(jìn)行處理。因此須將傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連接，同時將采集卡安裝到工控機(jī)中，將采集到的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖13所示。</p><p><b>　　圖13</b></p><p

38、>　　根據(jù)所選擇的超聲波傳感器，選用武漢中旭科技有限公司的ZXUS-PC4-2超聲波PCI板卡。安裝板卡過程如圖14、15、16所示。</p><p>　　圖14 ZXUS-PC4-2 卡的宿主系統(tǒng)——工控機(jī) </p><p>　　圖15 將ZXUS-PC4-2卡插于PCI插槽中</p><p>　　圖16 ZXUS-PC4-2 卡連接到超聲波探頭<

39、;/p><p>　　如此便完成了超聲波傳感器與PCI板卡的連接。</p><p><b>　　三、干擾信號的屏蔽</b></p><p>　　由于在實(shí)際加工過程中，工廠工作環(huán)境噪聲大，干擾因素多，所以必須采用相應(yīng)措施隔離干擾信號，從而使得獲得的壁厚數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。故采用磁環(huán)對連接線進(jìn)行封閉，以隔絕電磁干擾，如圖17所示。</p><p

40、><b>　　圖17 </b></p><p>　　4 檢測及加工程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、合金管參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　合金管進(jìn)行壁厚檢測是通過等間距檢測若干截面，每個截面等角度間隔檢測若干點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，所以需要確定測量起

41、點(diǎn)和測量終點(diǎn)所在位置，單個截面內(nèi)測量一個點(diǎn)后合金管轉(zhuǎn)動的角度，測量完一個截面后傳感器軸向移動的位移。</p><p>　　合金管壁厚的修磨是通過先判斷某點(diǎn)壁厚是否超差，如果超差通過A軸轉(zhuǎn)動，磨頭移動，實(shí)現(xiàn)對該點(diǎn)進(jìn)行螺旋線式的磨削。磨削一次完成后檢查是否達(dá)到要求，如果仍未達(dá)到要求，則再磨削一次，如此循環(huán)下去，直至壁厚達(dá)到允許范圍內(nèi)。所以需要確定A軸轉(zhuǎn)速，磨頭移動速度，壁厚超差量的允許值，單次磨削量。</p&g

42、t;<p>　　根據(jù)上述要求，確定以下參數(shù)：</p><p>　?。?）測量起點(diǎn)離合金管左端面的距離：dis</p><p>　?。?）測量終點(diǎn)離合金管左端面的距離：L</p><p>　?。?）合金管每次轉(zhuǎn)動的角度：rad</p><p>　?。?）傳感器每次移動的位移：distance</p><p>

43、;　?。?）A軸轉(zhuǎn)速:FeedRateGA</p><p>　　（6）磨頭移動速度:FeedRateGX</p><p>　　（7）壁厚超差允許值：nominal_thickness</p><p>　　（8）單次磨削量：nominal_Gringding_quantity</p><p><b>　　二、人機(jī)界面設(shè)計(jì)</b&

44、gt;</p><p>　　根據(jù)前面的參數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理及加工界面如圖18所示。</p><p><b>　　圖18 </b></p><p>　　4.2 檢測程序的編制</p><p>　　定位到起始點(diǎn)后開始檢測，裝有超聲波傳感器的密封塊壓下，并向其中開始通水，暫停10秒鐘，保證水能充滿密封塊。由于所用檢測裝置為萬向節(jié)

45、浮動機(jī)構(gòu)，當(dāng)密封塊壓下時，可能沒有與合金管表面貼合良好，因此讓合金管先轉(zhuǎn)動30度，然后反轉(zhuǎn)30度，從而使二者在相對運(yùn)動中自動調(diào)節(jié)達(dá)到理想的狀態(tài)。然后便進(jìn)入正式檢測階段，設(shè)定合金管每次轉(zhuǎn)動18度后暫停0.5秒，傳感器檢測一個點(diǎn)，每個截面檢測20個點(diǎn)。水內(nèi)可能存在雜質(zhì)或者合金管內(nèi)外表面存在裂紋等，將會導(dǎo)致壁厚測量結(jié)果不準(zhǔn)確，因此采取對單個截面測量完成后再測量兩次的方法，保證每個點(diǎn)有三次測量值，使得最終結(jié)果更準(zhǔn)確可信。</p>

46、<p>　　基于以上思想，編制檢測程序如下（詳見附表）</p><p>　　TRANS X= 10 ’定位到起始點(diǎn)，距離左端面10mm</p><p>　　R10=1 ’開始對第一個截面進(jìn)行第一次檢測</p><p>　　G0 X= 0 A=DC( 0) ’以

47、起始點(diǎn)為零點(diǎn)，將其角度定為0度</p><p>　　M32 ’檢測裝置壓下</p><p>　　M07 ’通水</p><p>　　G04 F10 ’暫停10秒鐘</p><p>　　G0 A=DC(30

48、) ’正向轉(zhuǎn)動30度</p><p>　　G0 A=IC(0) ’反向轉(zhuǎn)動30度，回到起始點(diǎn)</p><p>　　M50 ’開始檢測</p><p>　　G04 F0.5 ’暫停0.5s</p>

49、<p>　　M51 ’停止檢測</p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 18) F 4000 '合金管轉(zhuǎn)動18度，磨頭移動速度為4000mm/min</p><p>　　M50 ’開始檢測</p><p>　　G04 F0.5

50、 ’暫停0.5s</p><p>　　M51 ’停止檢測</p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 36) F 4000 '合金管再轉(zhuǎn)動18度，檢測下一個點(diǎn)</p><p>　　M50 ’開始檢測</p>

51、;<p>　　G04 F0.5 ’暫停0.5s</p><p>　　M51 ’停止檢測</p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 54) F 4000 '合金管再轉(zhuǎn)動18度，檢測下一個點(diǎn)</p><p>　　M50

52、 </p><p>　　G04 F0.5 </p><p>　　M51 </p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p&g

53、t;<p><b>　　......</b></p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 342) F 4000</p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51&

54、lt;/b></p><p>　　G0 X= 0 A=DC( 359.999) </p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51</b></p><p>　　R1

55、0=2 '對第一個截面進(jìn)行第二次檢測</p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 0) F 4000</p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　

56、　M51</b></p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 18) F 4000</p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p>&l

57、t;p>　　G01 X= 0 A=DC( 359.999) F 4000</p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51</b></p><p>　　R10=3

58、 '對第一個截面進(jìn)行第三次檢測</p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 0) F 4000</p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51</b>&l

59、t;/p><p>　　G01 X= 0 A=DC( 18) F 4000</p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　G01 X=

60、0 A=DC( 359.999) F 4000</p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51</b></p><p>　　M33

61、'檢測完一個截面后檢測裝置抬起</p><p><b>　　STOPRE </b></p><p>　　R10=1 ’對該截面進(jìn)行第一次檢測</p><p>　　G0 X= 150 A=DC( 0) ’檢測裝置移動150mm，檢測下一個截面</p

62、><p>　　M32 ’檢測裝置壓下</p><p>　　M07 ’通水</p><p><b>　　G04 F10</b></p><p>　　G0 A=DC(30) </p><p

63、>　　G0 A=IC(0) </p><p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p><b>　　M51</b></p><p>　　G01 X= 150 A=DC( 18) F 4000</p>

64、<p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　G01 X= 1810 A=DC( 359.999) F 4000 ’完成距離左端面1810mm處的截面檢測</p>

65、<p><b>　　M50</b></p><p><b>　　G04 F0.5</b></p><p>　　M51 </p><p>　　M33 ’檢測裝置抬起</p>

66、<p>　　M52 ’檢測結(jié)束</p><p>　　M08 ’停止通水</p><p>　　M30 ’程序結(jié)束</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)處理程序的編制</p&

67、gt;<p><b>　　一、數(shù)據(jù)的讀取</b></p><p>　?。?）程序中相關(guān)變量的確定</p><p>　　由檢測程序獲得了壁厚的數(shù)據(jù)，存放在“D:\ERROR.txt”中，截取部分如下所示（詳見附表）</p><p>　　10 18 19.188</p><p>　　10 18 19.2

68、06</p><p>　　10 18 19.194</p><p>　　10 36 19.124</p><p>　　10 36 19.106</p><p>　　10 36 19.101</p><p>　　10 54 18.971</p><p>　　10 54 18

69、.953</p><p>　　10 54 18.948</p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　10 162 18.

70、948</p><p>　　10 162 18.942</p><p>　　10 162 18.931</p><p>　　10 180 19.001</p><p>　　10 180 19.177</p><p>　　10 180 19.67 </p><p><b&

71、gt;　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　10 342 19.323</p><p>　　10 342 19.341</p><p>　　10

72、342 19.323</p><p>　　10 359.999 19.259</p><p>　　10 359.999 19.265</p><p>　　10 359.999 19.271</p><p>　　160 18 19.218</p><p>　　160 18 19.235</p&

73、gt;<p>　　160 18 19.247</p><p>　　160 36 19.154</p><p>　　160 36 19.154</p><p>　　160 36 19.154</p><p><b>　　......</b></p><p><b&

74、gt;　　......</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　每行第一個數(shù)代表檢測點(diǎn)所在截面離左端面的距離，第二個數(shù)代表檢測點(diǎn)在該截面上的角度，第三個數(shù)即檢測點(diǎn)的壁厚。每個點(diǎn)均有三次檢測值，分三行顯示。</p><p>　　由此可知，可選用三個二維數(shù)組a（），b（），c（）來分別存放三次檢測值

75、，第一維下標(biāo)代表所檢測的截面，第二維下標(biāo)代表該截面上所檢測的那個點(diǎn)。</p><p>　　定義二維數(shù)組第一維下標(biāo)上界為N1，第二維下標(biāo)上界為N2。由前述人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的參數(shù)設(shè)定可知：</p><p>　　測量起始點(diǎn)離工件左端面的距離為dis，測量終點(diǎn)離左端面的距離為L，相鄰兩 截面的間距為distance，每個截面上相鄰兩檢測點(diǎn)間的角度為rad，則總的截面數(shù)為：(L - dis) \ di

76、stance+1，每個截面的測量點(diǎn)數(shù)為360/rad。</p><p>　　由于數(shù)組下標(biāo)從0開始，則</p><p>　　N1=(L - dis) \ distance</p><p>　　N2=360/rad - 1</p><p><b>　?。?）提取壁厚數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1

77、0 18 19.188</p><p>　　10 18 19.206</p><p>　　10 18 19.194</p><p>　　10 36 19.124</p><p>　　10 36 19.106</p><p>　　10 36 19.101</p><p>　

78、　由于每行以空格開頭，且有三個數(shù)，這三個數(shù)間用兩個空格隔開。兩點(diǎn)的壁厚數(shù)據(jù)用空格行隔開。為了提取每點(diǎn)的三次壁厚值，可將每行數(shù)據(jù)作為字符串來讀取，先用Trim函數(shù)將每行的第一個空格去掉，然后用replace函數(shù)將每行的兩個空格替代為一個空格，再用Split函數(shù)將字符串分割開，于是便提取出了每行的三個數(shù)。讀取完空格行后，便進(jìn)入下一個點(diǎn)壁厚的讀取，每四行一個循環(huán)，則循環(huán)次數(shù)即為所有檢測點(diǎn)的個數(shù)，即截面數(shù)×每個截面的點(diǎn)數(shù)。</p

79、><p>　　假設(shè)循環(huán)次數(shù)為m+1，則m = (N1 + 1) * (N2 + 1) - 1 </p><p>　　每個點(diǎn)的三次檢測值，采用二維數(shù)組g(10000,2)來存放，g（0,0）代表第一點(diǎn)的第一次檢測值，g（0,1）代表第一點(diǎn)的第二次檢測值，g（0,2）代表第一點(diǎn)的第三次檢測值，g（1,0）代表第二點(diǎn)的第一次檢測值，以此類推。</p><p>　　讀取完畢后，

80、將數(shù)組g（10000,2）中存取的數(shù)據(jù)對應(yīng)賦值給二維數(shù)組a(N1, N2), b(N1, N2), c(N1, N2)用來存放每個點(diǎn)的三次檢測值。</p><p>　　相應(yīng)程序段如下（詳見附表）</p><p>　　Option Explicit</p><p>　　Dim N1, N2 As Integer '二維數(shù)組的

81、下標(biāo)上界</p><p>　　Dim i, j As Integer</p><p>　　Dim dis, l As Single '測量起始點(diǎn)，測量終點(diǎn)</p><p>　　Dim distance, rad As Single '測量間距，測量角度</p><p&g

82、t;　　Dim FeedRateGA, FeedRateGX As Single 'A軸轉(zhuǎn)速，磨頭移動速度</p><p>　　Dim count1 As Integer</p><p>　　Dim count2 As Integer</p><p>　　Dim a(), b(), c(), d() As Single</p><p

83、>　　Dim e(), f() As Boolean</p><p>　　Sub GetParam()</p><p>　　dis = Val(Text1.Text) '測量起始點(diǎn)位置</p><p>　　L = Val(Text2.Text) '測量終點(diǎn)位置</p><

84、;p>　　distance = Val(Text3.Text) '測量間距</p><p>　　rad = Val(Text4.Text) '測量角度</p><p>　　FeedRateGA = Val(Text5.Text) 'A軸轉(zhuǎn)速</p><p>　　FeedRateGX

85、= Val(Text6.Text) '磨頭移動速度</p><p>　　N1 = (L - dis) \ distance '測量的截面數(shù)</p><p>　　N2 = 360 / rad - 1 '每個截面測量點(diǎn)的數(shù)量</p><p><b>　　End Sub<

86、/b></p><p>　　'************************************************************</p><p><b>　　'讀取數(shù)據(jù)</b></p><p>　　Private Sub Command1_Click()</p><p>　　C

87、all GetParam</p><p>　　Dim m, q1, q2 As Integer</p><p>　　Dim S1, S2, S3 As Single</p><p>　　Dim g() As Single</p><p>　　ReDim a(N1, N2), b(N1, N2), c(N1, N2), d(N1, N2), g

88、(10000, 2) As Single</p><p>　　m = (N1 + 1) * (N2 + 1) - 1 '定義循環(huán)次數(shù) </p><p>　　ReDim e(N1, N2), f(N1) As Boolean</p><p>　　Dim str1() As String</p><p&g

89、t;　　ReDim str1(m) As String</p><p>　　Dim n As Integer</p><p>　　Dim Strconv1, Strconv2 As String</p><p>　　Dim sss() As String</p><p>　　Open "D:\ERROR.txt" For

90、Input As #1</p><p>　　For n = 0 To m</p><p>　　Line Input #1, str1(n)</p><p>　　Strconv1 = Trim(str1(n)) ’去掉每行第一個空格</p><p>　　Strconv2 = Replace(Strconv1, &q

91、uot; ", " ") ’兩個空格變?yōu)橐粋€</p><p>　　sss = Split(Strconv2, " ") ’提取出每行的三個數(shù)</p><p>　　g(n, 0) = Val(sss(2)) ’提取出每行第三個數(shù)，即壁厚值</p><p>　　Line Inp

92、ut #1, str1(n)</p><p>　　Strconv1 = Trim(str1(n))</p><p>　　Strconv2 = Replace(Strconv1, " ", " ")</p><p>　　sss = Split(Strconv2, " ")</p><p&

93、gt;　　g(n, 1) = Val(sss(2))</p><p>　　Line Input #1, str1(n)</p><p>　　Strconv1 = Trim(str1(n))</p><p>　　Strconv2 = Replace(Strconv1, " ", " ")</p><p>

94、;　　sss = Split(Strconv2, " ")</p><p>　　g(n, 2) = Val(sss(2))</p><p>　　Line Input #1, str1(n)</p><p>　　q1 = n \ (N2 + 1) '確定數(shù)組a，b，c的一維下標(biāo)</p><p>

95、　　q2 = n Mod (N2 + 1) '確定數(shù)組a，b，c的二維下標(biāo)</p><p>　　a(q1, q2) = g(n, 0) </p><p>　　b(q1, q2) = g(n, 1)</p><p>　　c(q1, q2) = g(n, 2)</p><p><b>　　Next

96、 n</b></p><p>　　Close #1 </p><p>　　程序運(yùn)行后，對每個點(diǎn)的三次檢測值a(i, j), b(i, j), c(i, j)添加監(jiān)視，截取部分結(jié)果如下。</p><p><b>　　二、數(shù)據(jù)的處理</b></p><p>　　（1）異常數(shù)據(jù)判斷及數(shù)據(jù)處理一</p>

97、;<p>　　在理想狀態(tài)下，每個點(diǎn)壁厚的三次檢測值應(yīng)當(dāng)一致，可是現(xiàn)實(shí)中不可能保證完全相同，還可能因?yàn)楹辖鸸艽嬖诹鸭y或者水內(nèi)有雜質(zhì)，導(dǎo)致三次測量值存在很大偏差。觀察獲得的數(shù)據(jù)可知，有些點(diǎn)壁厚的三次檢測值相差很大，如19.001，19.177，19.67，這種相差很大的便屬于異常數(shù)據(jù)。</p><p>　　判斷每點(diǎn)的三次壁厚檢測值是否異常，可按照圖19所示的流程圖1來處理（可見附錄）。</p>

98、;<p><b>　　圖19 流程圖1</b></p><p>　　設(shè)定任意點(diǎn)壁厚的三次檢測值分別為a(i, j)，b(i, j)，c(i, j)，判斷該點(diǎn)數(shù)據(jù)是否異常：</p><p>　　如果某個點(diǎn)三次檢測值兩兩間均相差不大，則說明該點(diǎn)測量值可信，則取三個值的平均值作為該點(diǎn)的厚度；</p><p>　　如果某個點(diǎn)三次檢測值兩兩

99、間均相差很大，則說明該點(diǎn)測量值不可信，將三個值均拋棄；</p><p>　　如果某個點(diǎn)三次檢測值中有兩個值相差不大，則可保留這兩個值，并取二者平均值作為該點(diǎn)的厚度；</p><p>　　基于以上思想，可取三次檢測值兩兩間的偏差量。先取兩兩間的差值，之后取絕對值得到的三個數(shù)S1、S2、S3，即為這三個偏差量，則</p><p>　　S1 = Abs(a(i, j) -

100、 b(i, j))</p><p>　　S2 = Abs(b(i, j) - c(i, j))</p><p>　　S3 = Abs(c(i, j) - a(i, j))</p><p>　　將兩兩數(shù)據(jù)間的偏差允許量設(shè)置為0.5，則若三個偏差量均超過0.5，則先將該點(diǎn)厚度置為0；若三個偏差量均在0.5以內(nèi)，則取三次檢測值的平均值；若三個偏差量有一個在0.5以內(nèi)，則將

101、對應(yīng)的兩次檢測值取平均。</p><p>　　處理完的壁厚值可用二維數(shù)組d（N1，N2）來存儲，第一維下標(biāo)代表所檢測的截面，第二維下標(biāo)代表該截面上所檢測的那個點(diǎn)。</p><p>　　如此循環(huán)，直至判斷完一個截面所有點(diǎn)檢測值是否異常。設(shè)定統(tǒng)計(jì)值count1和count2，如果某點(diǎn)檢測值異常，則統(tǒng)計(jì)值count1加一，如果該截面異常點(diǎn)數(shù)超過檢測點(diǎn)數(shù)的1/3，則判定該截面為異常截面，統(tǒng)計(jì)值co

102、unt2加一。之后按上述過程判斷下一截面，直至所有截面判斷完畢，如果異常截面數(shù)超過總截面數(shù)的1/3，則通知用戶該管存在問題，如果沒有，則說明該管正常。 </p><p>　　相應(yīng)程序段如下所示（詳見附錄）</p><p>　　count2 = 0 ’count2用來判斷合金管是否異常</p><p>

103、;　　For i = 0 To N1</p><p>　　count1 = 0 '開始檢測下一個截面時，截面異常點(diǎn)數(shù)清零</p><p>　　For j = 0 To N2</p><p>　　S1 = Abs(a(i, j) - b(i, j))</p><p>　　S2 = Abs(b(i, j) - c(i,

104、 j))</p><p>　　S3 = Abs(c(i, j) - a(i, j))</p><p>　　If (S1 <= 0.05) And (S2 <= 0.05) And (S3 <= 0.05) Then</p><p>　　e(i, j) = False</p><p>　　d(i, j) = (a(i, j)

105、+ b(i, j) + c(i, j)) / 3</p><p>　　ElseIf (S1 > 0.05) And (S2 > 0.05) And (S3 > 0.05) Then</p><p>　　e(i, j) = True</p><p>　　d(i, j) = 0</p><p>　　count1 = count1

106、 + 1</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　If S1 <= 0.05 Then</p><p>　　e(i, j) = False</p><p>　　d(i, j) = (a(i, j) + b(i, j)) / 2</p><p><b>　　

107、End If</b></p><p>　　If S2 <= 0.05 Then</p><p>　　e(i, j) = False</p><p>　　d(i, j) = (b(i, j) + c(i, j)) / 2</p><p><b>　　End If</b></p><p&

108、gt;　　If S3 <= 0.05 Then</p><p>　　e(i, j) = False</p><p>　　d(i, j) = (a(i, j) + c(i, j)) / 2</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End If</b><

109、/p><p><b>　　Next j</b></p><p>　　'一個截面所有點(diǎn)循環(huán)結(jié)束后檢查該截面有無異常</p><p>　　If count1 >= N2 \ 3 Then ’如果異常點(diǎn)超過1/3，則該截面異常</p><p>　　count2 = count2 + 1</p>&l

110、t;p>　　f(i) = True '如果截面異常，則f(i)置為True</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　f(i) = False</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Ne

111、xt i</b></p><p>　　If count2 >= N1 \ 3 Then ’截面異常數(shù)超過1/3表明合金管有問題</p><p>　　MsgBox "通知用戶該管存在問題"</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Call DataDe

112、alWith</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理二</b></p><p>　　沒有彈出對話框提示用戶合金管存在問題時，表明異常截面數(shù)少于三分之一，于是進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處

113、理。對于合金管的異常截面，即異常點(diǎn)數(shù)超過1/3的截面，可采用圖20所示的方法進(jìn)行處理。</p><p><b>　　圖20 截面替代圖</b></p><p>　　即從檢測起點(diǎn)的截面開始向后搜索，找到第一個數(shù)據(jù)正常的截面，并將該截面所有點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對應(yīng)賦值到前面所有截面的所有點(diǎn)。</p><p>　　從第一個數(shù)據(jù)正常的截面開始，逐個判斷其以后的截

114、面是否異常，如果異常以前一截面的數(shù)據(jù)替代。</p><p>　　根據(jù)以上思想，繪制流程圖2，如圖21所示（可見附錄）</p><p><b>　　圖21 流程圖2</b></p><p>　　相應(yīng)程序段如下（詳見附錄）</p><p>　　Dim i, j, k, q As Integer</p><

115、p>　　Dim m, n As Integer</p><p><b>　　m = N1</b></p><p><b>　　n = N2</b></p><p><b>　　k = 0</b></p><p><b>　　q = 0 </b>&

116、lt;/p><p>　　'搜索第一個數(shù)據(jù)正常的截面，并將該截面所有點(diǎn)的數(shù)據(jù) 對應(yīng)賦值到前面所有截面的所有點(diǎn)</p><p>　　Do While f(q) = True</p><p><b>　　q = q + 1</b></p><p><b>　　Loop</b></p>&

117、lt;p>　　If q > 0 Then</p><p>　　For i = 0 To q - 1</p><p>　　For j = 0 To N2</p><p>　　d(i, j) = d(q, j)</p><p><b>　　Next j</b></p><p><b&

118、gt;　　Next i</b></p><p><b>　　End If</b></p><p>　　'從第一個數(shù)據(jù)正常的截面開始，逐個判斷其以后的截面是否異常，如果異常以前一截面的數(shù)據(jù)替代</p><p>　　If q < m Then</p><p>　　For i = q + 1 To m

119、</p><p>　　If f(i) = True Then</p><p>　　For j = 0 To N2</p><p>　　d(i, j) = d(i - 1, j)</p><p><b>　　Next j</b></p><p><b>　　End If</b>

120、</p><p><b>　　Next i</b></p><p><b>　　End If</b></p><p>　　處理完異常截面后，對于正常截面的異常點(diǎn)，可采用相同的方法進(jìn)行處理，如圖22所示。</p><p><b>　　圖22 點(diǎn)替代圖</b></p>

121、<p>　　即從檢測起始點(diǎn)開始搜索，找到第一個數(shù)據(jù)正常的點(diǎn)，并將該點(diǎn)數(shù)據(jù)賦值到前面的所有點(diǎn)。從第一個數(shù)據(jù)正常的點(diǎn)開始，逐個判斷該點(diǎn)以后的數(shù)據(jù)是否異常，如果異常以前一點(diǎn)替代。</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)處理過程，繪制流程圖3，如圖23所示（可見附表）</p><p><b>　　圖23 流程圖3</b></p><p>　　相應(yīng)

122、程序段如下（詳見附錄）</p><p>　　Dim i, j, k, q As Integer</p><p>　　Dim m, n As Integer</p><p><b>　　m = N1</b></p><p><b>　　n = N2</b></p><p>&l

123、t;b>　　k = 0</b></p><p><b>　　q = 0 </b></p><p>　　'搜索截面i的第一個數(shù)據(jù)正常的點(diǎn),并將該點(diǎn)數(shù)據(jù) 賦值到前面的所有點(diǎn)</p><p>　　For i = 0 To m</p><p>　　Do While d(i, k) = 0</p

124、><p><b>　　k = k + 1</b></p><p><b>　　Loop</b></p><p>　　If k > 0 Then</p><p>　　For j = 0 To k - 1</p><p>　　d(i, j) = d(i, k)</p>