（机械设计及理论专业论文）实时智能测量精度控制与网络通信控制.pdf

、 一一!：塑窒望苎：!：!生堡苎!。二 实时智能测量精度控制与网络通信控制 摘要 ( j u ，肚界各国难在由“工业经济”模式向“信息经济”模式转变，如何 加快发展f 乜一r 信息技术、调整产业结构，适应世界经济发展需要是当附我国工业 企业自动化界研究的重要课题之一，本文针对研制轴瓦壁厚自动测量分选机项目 过程中的精度利控制问题，进行具体的分析论证和研究开发。陬文的研究开发对 于进一步捉岛我因高精度自动化测量设备的开发水平、打破国外的技术垄断具有 重要意义。，r 精度方面，提出了精度控制的定义，在精度控制理论的指导下细致剖析了 影响商精度智能自动测量线系统的精度各方面因素；分别运用赫芝公式与卡斯底 里姬诺定理刈轴瓦变形的影响进行了分析和论珥结合具体实践，采取了补偿、 细分等有效措施，整体上提高了系统的测量精度，完全达到了对系统精度、重复 性和再现性、稳定性、效率方面的高要求。厂r 拄汁算机控制方面，精心构建了控制系统的体系结构，对多线程机制下控 制软件的，r 发过程进行了细致描述。阶绍了实现上位机与下位机之间通信的 w i d d o w sa p l 软件编程思路，应用面向对象技术的模块性、继承性、开放性和类 的封裟盹，j ij 功能究普的v i s u a c + + 语占丌发出性能优良的控制软件。对控制 软件丌发过程中遇到的三个关键问题进了分析，这三个问题是：如何具体应用面 f 以对象编程技术，如t f 快速准确地扶取光栅的测量数据，如何准确实时地通信控 批 ， 。 最后对智能自动测量流水线在网络方面进行系统扩展问题上进行了初步 探讨，在周域网和广域网的控制方面各提出了一套方案，并且给出了具体的网络 拓扑结构，时论了其实现的功能。 关键词：，嚣复性和再现性，精度控制丫计算机控制y 多线程，数据 通信，拓扑结构 海交通人学碳i j 学位论文2 0 0 r e a l t i m e & i n t e l l i g e n tm e a s u r e m e n t s y s t e m sp r e c l s i o nc o n t r o la n d n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nc o n t r o l a b s t r a c t w o r i de c o n o m yl sn o wc h a n g i n gf r o m “i n d u s t r ym o d e ”t o “i n f o r m a t i o nm o d e t h ep r o b l e m sf a c e dw i t hp e o p l ee n g a g i n gi nt h ea u t o m a t i ct e c h n i q u ei no u rc o u n t r y a r eh o wt od e v e l o pe l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nt e c h n i q u em o r er a p i d l y , h o wt or e g u l a t e i n d u s t r ys t r u c t u r e a n dh o w t om e e tt h er e q u i r e m e n t so fw o r l de c o n o m y d e v e l o p m e n t t h ep a p e ri sa b o u tt h ep r e c i s i o na n dc o n t r o lp r o b l e mo fa u t o m a t i cm e a s u r e m e n t c h o i c em a c h i n ea n dw i t hm a t e r i a la n a l y s i sa n dr & d t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o ft h i s p a p e r i s i m p o r t a n t t o d e v e l o po u rh i g hp r e c i s i o na u t o m a t i cm e a s u r e m e n t m a c h i n ea n dt ob r e a kt h et e c h n i q u em o n o p o l i z a t i o no f f o r e i g n e r i np r e c i s i o n ，t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h ed e f i n i t i o no fp r e c i s i o nc o n t r o la n d a n a l y z e sc a r e f u l l y t h ef a c t o r st h a t i n f l u e n c et h e p r e c i s i o n o ft h e h i g h - p r e c i s i o n - a u t o m a t i c m e a s u r e m e n t l i n e s y s t e mu n d e r t h ei n s t r u c t i o no f p r e c i s i o n c o n t r o lt h e o r y w i t hh e r t zf o r m u l aa n do t h e rc o r r e l a t i o nt h e o r e m ，t h ep a p e ra n a l y z e s a n dd e m o n s t r a t e st h ei n f l u e n c eo fb e a r i n gd i s t o r t i o n c o m b i n i n gw i t hp r a c t i c e ，w e a d o p tt h ee f f e c t i v em e a s u r e m e n t so fc o m p e n s a t i o nm a d s u b d i v i s i o ns oa st or a i s et h e s y s t e m m e a s u r e m e n t p r e c i s i o n i n g e n e r a l t h u s ，i tm e e t s t h en e e d so fs y s t e m p r e c i s i o n ，r e p e t i t i o na n dr e c u r r e n c e ，s t a b i l i t ya n de 街c i e n c y i n c o m p u t e rc o n t r o l ，w e c o n s t r u c tc a r e f u l l yt h es y s t e ms t r u c t u r eo fc o n t r o l s y s t e m ，d e s c r i b e t h ed e v e l o p m e n to fc o n t r o ls o f t w a r ei nm u l t i t h r e a d i n ga n di n t r o d u c e t h ep r o g r a m m a b l et h o u g h ta b o u tc o m m u n i c a t i o nw i t hw i n d o w s a p ia n dv i s u a lc + + f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e ra n a l y z e st h et h r e ek e yp r o b l e m ss u c c e s s f u l l yt h a tc o m e f o r t h i nt h ed e v e l o p m e n to fc o n t r o ls o f t w a r e t h ef i r s t i sh o wt ou s e o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n gt e c h n i q u e t h es e c o n di s h o wt og e fm em e a s u r e m e n td a t ao fr a s t e r q u i c k l ya n de x a c t l y t h et h i r di sh o w t or e a l i z et h er e a l - t i m ec o m m u n i c a t i o nc o n t r 0 1 i nt h e1 a t t e rp a s t w ed i s c u s st h es y s t e me x t e n s i o np r o b l e mi nn e t w o r kc o n t r o lo f t h e i n t e l l i g e n t m e a s u r e m e n to fa u t o m a t i cl i n e w ep u tf o r w a r ds c h e m e si nl a n c o n t r o la n d r a nc o n t r 0 1 g i v en e t w o r k t o p o l o g y s t r u c t u r ea n dd i s c u s si t sf u n c t i o n k e yw o r d s ：r e p e t i t i o n a n d r e c u r r e n c e ，p r e c i s i o nc o n t r o l ，c o m p u t e r c o n t r o l n m l t i t h r e a d i n g ，d a t ac o m m u n i c a t i o n ，t o p o l o g y s t r u c t u r e l l 海交通人学坝i 。论文2 0 0 笫一章综述 第一章综述 1 1 本课题研究的背景及其意义 前，先进工业国家f 处于由“工业经济”模式向“信息经济”模式转变 的时j j ，其技术进步因索起着极为重要的作用，它在经济增长中占7 0 一8 0 。 “以高新技术为核心的，以信息电子化为手段，提高工业产品附加值”已经成为 现代：叫k 企业f | 动化重要的发展1 4 标。从我国经济发展现状来看，虽然科学技术 进步凶索 l k i l , j 生产能力和经济效益，有着显著的作用；从大的方面浣，这对推进 我幽工业自动化技术的发展和普及，跟踪国际“信息经济”的时代步伐具有积极 意义。本课题诈是针对研制轴瓦壁厚自动测量分选机项目过程中的精度和控制问 题，进行具体的分析论证和研究开发。本课题的研究开发对于进一步提高我国高 精度自动化测量设备的发展水平、打破国外的技术垄断具有重要意义。 1 2 国内外研究现状及发展应用前景 控制问题是一个古老而崭新的课题。不过，在计算机出现之前的控制问题 基本都是用机械方式加以处理解决的，控制理论也局限于古典控制领域。计算机 产生不久，控制问题便和计算机技术的发展密切联系起来，计算机技术和信息技 术的快速发展给控制问题的研究带来了巨大挑战和无限生命力。为此，世界各国 的科技工作者剥控制问题都进行了大量研究工作，取得了不少卓有成效的成果， 控制理论也得到了进一步的发展。出于计算机技术是从西方发达国家兴起的，因 此，现代社会控制问题的研究也是从西方发达国家开始的，并且他们的研究成果 也走在世界的前列。比如，世界第一套计算机控制系统是1 9 5 9 年在美国t e x a c o 、 炼油厂投入运行的计算机控制系统，分椎式控制系统d c s 是1 9 7 5 年由h n e y w e l l 公司推出的。1 。在世界各国科技工作者的共同奋斗下，计算机控制系统的应用已 经深入到社会生活的方方面面，可以说，一个国家工业自动化、智能化的水平直 接l 妇他们的计算机控制系统发展水平决定。计算机控制系统的研究丌发在理论上 具有广泛的同性，一般都是应用控制理论，运用计算机技术、信息技术开发具 有智能化、自动化的控制系统。随着网络技术的迅猛发展和应用的更加普及，现 在计算机控制系统已经不弭足过去单纯的电脑芯片控制某些机械装置的单一化 控制问题，撕足多部分控制： ! ! l = 片如何胁调控制，实现网络化控制问题，分靠式合 作多媒体系统址当今计算机控制系统的主要特征，因此，现在的计算机控制系统 与嘲络通信技术紧密结合，因此可以称为计算机网络通信控制系统。在具体的生 2 螽 ， 海交_ i f i i 人学坝f 。论史2 0 0 第一章综述 产应用中，计算机控制系统具有其自身的特殊性，每一套控制系统，都有具体的 控制对象和应朋环境，山具体的控制软件和硬件部分构成。正是由于控制系统在 具体应用中的独特性，所以国内外对计算机控制系统的研究进行的如火如荼 l 1 i ：1 1 1 o 为了紧紧跟踪发达国家“信息经济”的时代步伐，跟踪国际科学技术的| j 沿，不少“8 6 3 ”及“自然科学基金”的子项目都针对工业自动化领域，这极大 程度的促进了我国科技工作者对计算机通信控制系统的研究开发，并且取得了不 少成果，其中不少方面达到了国际先进水平o ”“1 ，在软硬件很多领域打破了国外 的技术垄断，为我们民族产业的发展作出了贡献。 在我们院校，机械工程学院机器人所的硕士生王跃等同学对六关节机器人 的网络通信问题进行了研究，获得了满意的结果；机械制造及自动化所的博士 杨伟民同学，通过对a l s y s 的深入研究，从理论角度提出了一套在低成本、高 性能的计算机网络平台上构造一种具有高度适应性、健壮性和可重构性的，适合 于按多品种中小批量车涮生产环境的异构式控制系统s c a i c s 的总体设计 方案和具体的系统设计目标”3 。 ， ，但是，整体上，我国的工业自动化发展水平与西方发达国家比较还有不小 的差距，其中，最为重要的瓶颈问题是我们的通信控制系统的开发能力和水平。 因此大力推进国内的工业自动化程度，切实提高我们丌发计算机控制系统的能 力，全方位赶超发达国家的工业自动化水平，还需要广大科技工作者的共同努力。 本课题，l i j 是针对实时智能自动化设备的控制和精度问题，进行研究丌发。 这艰的实时钾能自动化设备，就是轴瓦壁厚自动测量分选机，更形象一点，就是 智能在线测量并自动分选的流水线。本自动化设备的研制，是基于国内在轴瓦实 时自动化高精度测量方面还是空白的目口提，本自动化设备的成功开发，填补了国 内在这方面的空白，打破了西方发达国家在这一领域的技术垄断，具有广泛的应 川和推j 。价值。 f 众所周知，作为发动机主要摩擦副的轴瓦是决定发动机性能的关键零件之 一。除了轴瓦的材料外，轴瓦的几何结构和尺寸对发动机的使用寿命、振动强弱、 噪音火小及极限功率大小起着重要的作用。而轴瓦的壁厚又是关键尺寸。、目前， 在图内轴瓦生产企业中，基本是采用千分尺手工测量或采用电感式壁厚测量仪测 量c ”，。这两种测量方式，不但存在着仪器误差和人为误差，而且效率低，只适合 对轴瓦进行舢检，而不适合1 0 0 检验。因此，不能满足大规模高精度批量生产 的要求。囡外先进的轴瓦生产企业，生产中普遍采用专用的高效率精密测量机进 行在线测量，从而确保产品质量，最终确保发动机优良的性能。我国即将加入 w t o ，为了能够在国际市场火环境下生存发展，国内企业的产品质量必须过硬， 具体到发动机的零件之轴瓦，其测量精度必须达到国际当今水平微米级， 海交j j 丑人学坝i j 沧史2 0 0 第一章综述 并儿1 0 0 检测。本课题所丌发的智能测量自动线完全适用于这种条件，可见， 智能测量i 动线具有广阔的应用f 景。同时，剥于类似轴瓦的薄板类零件的高精 度r 矗效率测| i = 山完全i u 使刚这种智能测量自动线，对于其他类型的零部件，只 要针刑具体的条件，修改、设计部分智能测量自动线机械结构，应用本课题研发 的控制软件，也完全可实现高精度高效率测量。可见，本课题的研究开发具有积 极的现实意义，本课题的研究成果具有极大的应用和推广价值。 本课题所研究的精度控制，就是对影响精度的因素进行具体全面的分析，然 后找剑能提t ：1 老占度的解决方案，在生产应用中运用科学的手段，获季导满意的精度 值。日i j i ，还没有发现国内外资料刈“精度控制”这一名词进行定义和解释，不 过从上嘶舰定的精度控制包含的内容而言，目前分析研究精度控制问题的工作确 实有不少人柜做。清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室的程晓辉。州通过 精心设计用i 加工f p 标准具、腔镜和干涉仪结构，采用折叠式f p 腔、共焦f p 腔等形，采刖控温系统和补偿技术等方法能够建立起稳定可靠的高精度测 量系统，应川在纳米测量中，收到了很好的效果：清华大学博士生韩劲松。州在“大 型精密离心机静念臂长测量系统”的研究中采用半导体激光二极管和f p 干涉 仪系统配合进行高精度定位的研究取得了很好的成果，零点动态定位精度达到 0 0 5hi t i ；人近理工大学的任传波用衍射原理和图象处理技术对细丝直径进行 了测量，取得了很商的测量精度：王祖文“”研究了亚微米数显光栅测长仪及其显 示i 父箍的测定的问题；樊玉铭”“研究了精密电容式测微仪及其提高精度注意的问 题；等等”“。 ， 刁i 过，在彳i 同的生产实践中，影响精度的因素是多方面的，具体提高精度 的方法也都有针剥1 肚。本课题仅仅足借鉴l j 人在精度分析方面和提高精度方面 的有效成粜，对我们研究开发的智能测量设备的测量精度问题，即影响测量精度 的各利因素，以及如何最大限度的削弱各种因素对其影响，最终提高测量精度进 行分析研究。冈此，本课题对精度控制的研究是具有针对性的，具有借鉴价值， 不具备任何场合下完全的适用性。 1 3 本文所作主要工作及解决的问题 本课题生要是对研制“轴瓦臂厚自动测量分选机”这一具体的应用项目中 的精度和控制问题进行具体的分析论证。出于是对具体应用项目的研究，所以各 部分的分析偏i ，j j 二j ：实用性。 小文e 分为七部分。筇一章，足综述，主要明确课题的来源、研究意义， 另外经过刈外棚关领域研究现状的分析，找到一些可以借鉴的方法，为课题 的顺利进j 越 j 。卜丛础。 筑：二啦，刘控制系统的硬件组成及大体动作要求进行了细致描述，_ 并给除 了控制软件的逻辑结构图，对由系统的软硬件实现的功能作了说明，为后面章节 4 第一章综述 的展丌作一乍 | j 挚。 第三章，提出了精度控制的定义，在精度控制理论的指导下细致剖析了影 响商 l | f 度纠能r | 动测皎线系统的柑度各方面因素：分别运用赫芝公式与卡斯底举 亚诺定耻对轴e 变形的影响进行了分析和论证：结合具体实践，采取了补偿、细 分等有效措施，整体上提高了系统的测量精度，完全达到了对系统精度、重复性 和再现性、稳定性、效率方面的高要求。 第四章，划计算机控制系统的体系结构进行了合理安排，对多线程机制下 控制软件的) i ：发过程进行了细致描述，应用面向对象技术的模块性、继承性、开 放性_ ：f l 类f f j 封漱性，刚功能完善的v i s u a lc + + 语占，1 ：发出性能优良的控制软件。 对控制软件丌发过程中遇到的三个关键问题进了分析，这三个问题是：如何具体 应用面向对象编程技术，如何快速准确地获取光栅的测量数据，如何准确实时地 通信控制。 第血章，刈控制系统中应用的r s - - 2 3 2 c 接口总线进行了描述，特别是对本 控制系统通信模块的实现方式进行了详细地讨论，最后，介绍了实现上位机与下 位机之间通信的w i n d o w sa p i 软件编程思路。通过我们的通信程序中的多次“软 握手”，保汪了通信的可靠性；通过多线程机制的运用，以及用a p i 函数进行丌 发，获得了良好的通信实时性。 第六章，对智能自动测量流水线在网络化控制方面进行系统扩展问题上进 行了卡j 少探时，在局域网_ 币| i 广域网的控制方面各提出了一套方案，并且给除了具 体的嘲络拓扑结构，讨论了其实现的功能。 第七章，刘本课题做了总结与展望。 第一章系统的结构组成o 实现的土赞功能 第二章测量与控制系统体系结构 2 1 系统功能要求 本系统卜要在测量精度、重复性和再现性、测量效率、自动化和智能化、 可轮肚、容竹r 上、一j 变巫性、州扩充性、可重配噩性、适应性、人机界面等方面 的作了棚应要求。具体如下： i 、系统测址 】l i 度及重复性和冉现性( i i t ) 测量精度为l p - m ，r & r 3 0 ，最好r & r b ，由 公式( 3 - 3 ) 毋j ( 3 - 】) 联立可知， ( 1 ) 群峰 ( 2 ) ( 3 ) 幽3 - 4 轴瓦受力幽 f i g u r e3 - 4 t h e f i g u r eo f f o r c e sa c t i n go nab e a r i n g g f s i n a + f i c f ：三一 ( 3 4 ) c b c o s a 当力f 增= 【j i l 到一定程度时，假设轴瓦的整个状态不变，即倾斜角a 和b 、c 值都 不变，山一j 二公( 3 - 4 ) 可知，为了平衡，只有力f l 动念变大，但是，如柴摩擦 力l l 达到最大值还不能满足平衡方程，结合具体的条件可知，只有打破原来的 平衡状念，建：芷新的平衡，这时，a 角将变小。随着力f 的进一步加大，最终轴 瓦将会完全燃立在测量台上，如图3 3 ( 2 ) 所示。 进一步分析可知，随着推力f 的增大，力p 增大，由公式( 3 - 2 ) ，支撑力n 将逐渐减小( 重力g 不变) ，力n 减小到零后，当力f 再带动p 增加时，轴瓦y 方阳受力将火七平衡，根据牛i 顷定律，轴瓦将在y 方向加速向上“飞”起来，事 实上，这足_ i j 能的，轴瓦应该建立新的平衡状态，当n = o ，公式( 3 - 2 ) 简化为 p s i n a g = 0( 3 - 5 ) 可见，只有减小a 角，即轴瓦逐渐竖立起来。 攮于上i “j 的分析可得到如下结论：实际测量过程中轴瓦和定位装置有两种 极限状态，圳皇 3 - 3j 衍列；当测量推力比较小时，测量状态应该如图3 - 3 ( 1 ) 所示，当测量推力较大时，测量状态应该如图3 - 3 ( 2 ) 所示；当测量力处于上 圭 笫三章测量精度挖制 面所说的小、人之问时，被测量的轴瓦的平衡状态应该界于图3 - 3 所示的临界状 念之n i j 的某种状态，这时，具体的轴瓦平衡位罱对测量推力非常敏感，容易随着 测建推力的变化而变化。 下面，讨论测量状念对测量结果的影响。为了研究方便，首先把测量时候的 两种临界状态进 行抽象简化，如圈 3 5 所示，托中 3 5 ( 1 ) 列应于 3 3 ( i ) ，3 5 ( 2 ) 对应_ ：3 - 3 ( 2 ) ， 定位v 型块卜- 农 面与测越台的夹 角为a 角，轴瓦推 ( ) 幽3 - 5 测域临界状态儿何关系幽 f i g u r e3 - 5t h eg e o m e t r yr e l a t i o no f m e a s u r i n gc r i t i c a lc o n d i t i o n 动头- c j j l u 比接触点到v 型块与轴瓦的接触点距离为d 。假定轴瓦厚度的测量值用 l l 表示，实酗；n 勺轴瓦壁厚用h 表示，则l 与h 的关系是： = h + d s i n a 所以测! j 绷0 跌麓u ( h ) 足： “( ) = h h = d s i n 口 倾角n 越人，以及d 越大，测量的误 差( ) 越火。假设倾角a 为2 ”，d = 2 m m ， 则： u ( h ) = d x s i n “= o 0 6 9 8 m m = 6 9 8 u r n 可见，刈j ：业求测量精度为l m 的条 件米酏，这个影响相当巨大。 对于处于非临界状念的测量状 念，1 二倾劁们a 变小，敞测量的误 差u ( h ) 4 4 1 埘小“些，不过，这种影响 仍然足致命的，更加难于处理的是， 如果测量推力l ，处于某一范围时候， 测量的，1 ，衡状态很容易发生变化，这 样，随着倾角的不同，不是同一次测 量的j 司一零r l ：的厚度不同，即测量数 值刁i 稳定，这样，不但不能保证测量 图3 6 定位部分整体倾斜示意图a f i g u r e3 - 6t h ee n t i r e t yi n c l i n i n g o f o r i e n t a t i o np a r t s 笫三章测量枯度控制 结果的准砒性，m ji j 1 i 能保l u ! 测量流水线的重复性利i 耳现性，并且，这显然是山 j ：机械装m 竹以篪廿敛帅“：尘的系统偶然以差，根奉彳i 能消除。可见，定位裟拦 f j 技配柑艘以及零f l ：f i j 表丽质被非常重要，为了尽量减少这部分带来的难以消除 的影响，应该保i e 零l - l ：) j l l _ - e 的表断质量，同时保证装配精度，同时，尽可能的调 节测毓推力i ? f 向大小，保证测3 “1 k 的状态处于某种临界状态，以免给整个测量系统 带来难于处理的偶然误差。 ， 以卜仪仪刈定位v 型块下表面与测量台的平行度因素对测量结果的影响进 行了分析，轴瓦推动头作用表i 打f 与测量台的垂直度对测量精度的影响，以及测量 光栅化感器的测r i 匕it - l ：与轴瓦推动头作用表面的垂直度的分析方法和步骤基本与 上1 f i 的分析办法相同，限于篇幅，不再多述。 女ij 果轴乩推动头、定位v 型块、光栅传感器测量杆之问配合理想，但是这部 分烂休与测 f t 台配合不够理 想，有倾斜现缘，那么对测量 结果影响f j 分析简化为如图 两种临界状态( 图3 6 、图3 7 ) 的分析。j 1 1 测撤推力( 定位央 紧力f ) 比较小时，轴瓦的自 重将使轴比保持峰立状念，如 图3 - 6 所示，假定轴瓦厚度的 测量值用1 | 表示，实际的轴瓦 壁厚j i jh 表乐，则h 与h 的关 系是： h = h c o s 口 所以测m f 门绝划跌船u ( h ) 足： 1 u ( h ) hh ( 二一1 ) c o s 口 倾7 口a 越人，以及轴瓦的厚度 图3 7 定位部分整体倾斜示意图b f i g u r e3 - 7t h ee n t i r e t yi n c l i n i n go f o r i e n t a t i o np a r t s h 越人，测城的绝对误差“( ) 越大。 对j 二十u 对误差w ( ) ： 1 w ( ) = “( ) h = 二- 一一1 c o s a 可见，相刘误差的大小仅仅与倾角a 有关。 假设j = | | | l , t ：f l j 厚度为5 m m ，倾角a = 2 。，则测量的绝对误差为：u ( h ) = o 0 0 3 m m ，由 于测量精度要求达到1 微米，故而这个影响也是很大的，应当想办法避免或者设 洳爱娅凡0 坝l 沦史2 0 0 勰三章测量特_ l 柠制 法消除。 当测量推，j 比较大时，分析易知轴瓦的测量状念将如图3 - 7 所示，这时候 虽然被测量的轴瓦倾斜，但是并不影响测量结果的准确性。可见在这种状况下， 适当增加测越推力，可以避免定位部分整体倾斜对测量结果的影响，不过，增大 测量推力的同时，轴瓦的受力变形将加大，v 型块和测量推动头的变形都将加大， 这显然又影响测量结果的准确性，轴瓦的变形又直接影响产品的质量，因此，具 体应l 亥多人的测量推力，应该综合辨证考虑。 当测嫩推力处于某一范围时，测量的平衡状态将界于图3 - 6 、图3 - 7 两种临 界状态之n u 的某种状态，这时候，测量的平衡状念很容易发生变化，处于“摇摆 不定”的情况，这样测量结果不仅不准确，而且测量的稳定性差，同一片轴瓦经 过多次测量，其测量结果可能差别很大，整个系统的重复性和再现性很差。所以， 尽量卅；要处于这种“摇摆不定”的状况下进行测量。 总之，测量定位装置部分的装配精度对测量结果的准确性、测量设备的重 复性和再现性影响非常大，不j 下确处理好这部分因素对测量流水线的性能的影 响，根本不可能丌发出高性能的自动化测量流水线设备。 3 ) 对t l 性能的影响 这里所蜕的“中”，是指被测量的轴瓦的对称中心线。根据测量要求，测量 的应该是轴比财称中心线上一点或者两点的厚度值，并且精确到一个微米，见图 3 2 所示意的“理想测量状念示意图”。具体到现实的生产条件，轴瓦的整个半 圆周表面d l i s j - t l 度很难达到完全相同，测量时如果测量的对中性能不好，测量的 很可能就4 ：足轴瓦对称中心线上点的厚度，测量结果可能不准确；如果测量过程 中不同次对州一片轴瓦的测量点有变化，那么测量值和可能相差较大，这样测量 的结果就不稳定，系统的重复性和再现性能就很难达到要求。因此对中性能也是 应该着重考魑的一个重要的影响测量系统精度及重复性和再现性的因素。影响测 量刈小性能的幽索比较多，理论分析难于定论，经过我们的实践证明，严格要求 定位v 型块两个v 型面的表面质量，合理的调节带动v 型块运动的气缸的运动速 度和气压，测量台表面加工的尽量光洁，能很好的解决测量的对中性能问题。 33 3 测量过程中的变形对测量精度的影响 1 ) 定位装胃变形的影响 这里主婴分析与被测量的轴瓦直接接触的零件的变形对测量结果的影响。 如蚓3 - 2 所示，与轴瓦直接作用的零件有两个：轴瓦推动头和v 型块。测量时候， 山一j ：接触地力4 j l 力的作j _ j ，v 型块与轴瓦接触的面将变形，分析可知，测量的 是4 ：i i l d l ；j 】d t i ，n u 化臀的厚度，不是与v 型块接触的地方的厚度，这种变形对测量的 结粜基本没f r 影响。 轴瓦推动头对测量结果的影响，是比较明显的。测量数据是经过如下的方 笫三辑测量柑度控制 式取f ：m 0 ：h 先，在没有测量轴瓦的时候进行对零，如图3 8 ，光栅传感器输出 一个值a l ；然后，刈啤m 瓦进行测量，光栅传感器又输出一个值a 2 ，见图3 8 ； 在控制软件i ! ，我们把| a 1 一a 2i 所得的结果作为轴瓦的厚度准确值输出。而实际 上，轴瓦的e 。史脬度应该足i a i a l ，这ma 是理想状态，假定轴瓦和轴瓦推动头 都没仃机械变形的情 兕下列轴瓦测量时，光栅传感器的输出值。由于测量时候轴 瓦扣i 动头受力变形，假定变形量用6 表示，则如图3 - 8 所示，a 2 一a = 6 ，故 i a l 一a 2 i 一 a l a l = a l a 2 一a l + a = a 一 2 = 一6 可见，j = | | 1 瓦的测礁厚度比实际厚 度偏小了6 。l if 系统j 米柑密 测量，这个受力变，t4 1 j - 米的偏差 不能忽略，为了减小这个因素的 影响，对轴0 i 推动头进行表面硬 化处理址i 。分必要的，因此，刑 本测量系统的轴瓦推动头，进行 了表1 f l i 渗碳碘化处理。 2 ) 被测零什变形的影响 l “于受剑定位火紧气缸产生 的艇力和测嫩光栅气动元件的压 力作刚，被测量零件的变形是不 可避免的。【l | 于轴瓦壁厚智能检 测( j 动线足r i 精度的测量自动 线，测 l ；： i f 皮和m 复性再现性 ( 腿r ) 要求 良：6 。如果测量过程 中轴比凶受力】u 产生变形的量较 大，就会刘+ 最终的测量结果有比 较人的影响，此必须对j = 【i l 瓦的 受力变形进行分析。 杆 幽3 - 8 轴瓦推动头变形影响示意幽 f i g u r e3 - 8t h ed i s t o r t i o ni n f l u e n c eo ft h ep u s h i n g b e a r i n g sp a r t 为了分析测量力引起的轴瓦变形，首先确定具体应用的变形理论和计算公 式。山图3 2 lj 图3 8 可知，测量时，轴瓦推动头和光栅传感器测量卡t 对轴瓦的 挤压，j 直接导致轴瓦的接触变形，使轴瓦测量尺寸变小，这种接触变形，基本适 合胁芝公啪q 心川条件，因此可以运用赫芝公式进行分析计算；同时，在轴瓦推 动头利v 犁块的作用和制约下，轴瓦将发生整体形变，这种变形虽然是整体的， 将导敛轴瓦的搀个曲率的变化，同时也会对轴瓦对称中心的厚度产生部分影