某药筒尺寸自动测量设备开发测量部件设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 某药筒尺寸自动测量设备开发 摘要： 此篇文章主要是关于某型 号药筒尺寸的自动测量设备的开发研究，本文详细叙述了每个待测尺寸的测量方法，结合并借鉴其他机械测量的方法，应用电内径测量系统、气动系统、差动式位移传感器测长系统、激光测径系统等等，实现对药筒总长、底厚、内外径等尺寸的自动化测量。首先通过对总长的测量，其次对底厚的测量，然后对内径的测量，再次对外径的测量和最后对药筒是否合格的检测以及此次系统的可行性与可靠性，可得出本药筒尺寸自动测量设备具有可行性和高效率性的结论。 本文所完成的主要工作如下所示： （ 1）了解药筒测量技术在国内外发展水平现状，尤其是一些关 于药筒测量的相关检测方法和技巧，同时针对药筒所要测量的尺寸进行研究。 （ 2）描述了关于药筒的各种尺寸的测量方法，并对相应的测量原理和测量工具进行详细的介绍，为系统的设计提供了理论依据。 （ 3）根据药筒需要测量的关键尺寸的结构要求，将待测尺寸分为 5 个步骤进行测量和检验，为了实现自动测量，设计药筒抓手实现其药筒的移动。 （ 4）根据药筒所要测量的尺寸的结构，对比选择较合适的测量仪器，并根据测量控制要求，完成对测量系统的控制方案设计。 （ 5）针对每个测量仪器所得出的测量数据的特点，设计每个所要测量测尺寸的分析方法， 使之尽可能的满足测量要求。 关键词： 药筒；总长测量；外径测量； 内径测量 of a is a of of a of of an in of of to of of by by of of of of be a as (1) of of of to (2) of in of a (3) to of of to be of to be is in to (4) of to of (5) of it to 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 题的研究背景 . 1 量技术的国内外研究现状 . 1 究的内容及意义 . 2 究的内容 . 2 究的意义 . 2 2 药筒尺寸自动测量整体方案 . 4 筒尺寸的主要测量内容 . 4 筒尺寸的检测方案 . 4 径的测量方法 . 5 度的测量方法 . 6 径的测量方法 . 7 筒尺寸的整体方案 . 8 3 药筒尺寸测量详细方案及关键技术 . 10 筒长度的测量机构设计 . 10 筒底厚的测量机构设计 . 11 筒内径的测量机构设计 . 11 筒外径的测量机构设计 . 12 筒合格与否测量机构设计 . 13 筒运送机构的设计 . 14 筒测量平台的设计 . 14 章小结 . 15 总结 . 17 参考文献 . 18 V 致谢 . 20 1 1 绪论 题的研究背景 药筒在武器发展过程中占有非常重要的地位，它不仅是弹体的重要组成部分，还是弹体研制成功的重要环节。药筒的最基本的作用是 : (1)对弹头、底火起连接作用，对发射药进行密封； (2)确定装填药的量； (3)起密封作用，防止因发射产生的高温高压气体从炮管后部冲出，对使用者产生危害。 一旦弹体在发射过程中药筒出现诸卡壳现象，轻微的会影响到战斗的进程，严重的还会对使用者造成误伤。另外，药筒系统的加工制造与武 器能否顺利发挥作用也密切相关 1。 所以为了检验药筒是否合格，在出厂前必须要对药筒主要尺寸进行测量。由于药筒的基本尺寸相对较小，并且需要测量的重要尺寸又多，所以目前商家对于药筒的检测基本上都是借用技术工人加特制测量工具来测量，这样检测耗费巨大的人力、物力和财力，并且检测效率低下，不能满足现阶段的检测要求 2。随着检测技术的发展，对于弹体的检测，有了一定的发展，这些检测技术的出现使得弹体的各项检测结果能够以数据的形式被检测者所观察到，在很大程度上降低了检测对检测人员的要求，缓解了测量工人的劳动强度 ,也为以 后弹体的自动化检测的发展打下了基础。目前在药筒检测方面还没有一套成型的方案被提出，有的只是对药筒某些关键性技术的研究，所以，目前来说急需一套自动测量设备对药筒进行全方位的检测与测量，来满足巨大的军工市场的要求。 因此，本课题就是利用现有设备检测药筒，全方位的检测药筒的各个关键尺寸，开发一套完整的检测装备。 量技术的国内外研究现状 目前关于药筒几 何尺寸的自动化测量，并没有系统的检测方法，基本上都是一些关于药筒检测方面的研究，如果只是针对单一的几何尺寸的检测，功能单一，检测所得结果将会是很是片面的。 本文关于药筒几何尺寸的测量采用了多种检测方式，包括总长测量、底厚测 2 量、内径测量和外径测量。简单地来说，也就是长度测量技术、内径测量技术和外径测量技术。 目前，长度测量技术主要有以下几种：（ 1）测长机，测长机是以线纹尺刻度或是光波波长作为已知长度，结合机械测头对物体的长度尺寸进行接触测量的测长工具 3；（ 2）激光测距仪，激光测距仪是利用激光对远距离测量目 标的距离进行测量的技术；（ 3）激光位移传感器，激光位移传感器大体可以分为两种，一种是利用回波分析法对远距离进行测量的激光测距仪，一种是利用激光三角测量法激光三角测量法激光位移传感器 4；（ 4） 移传感器， 测量原理类似于变压器原理，它是通过内部的铁芯移动，来引起内部线圈的电压变化，在一定范围内铁芯位移引起的内部电压变化与铁芯的位移关系成线性关系，测量时通过测量电压的变化值来得到铁芯位移量。 内外径的测量技术包括以下几种：（ 1）三坐标测量机，利用三坐标测量机，在空间坐标上测得工件内径的坐标值 ，再跟据相应算法计算测量工件的内经值（ 2）内外径千分尺，利用内径千分尺检测圆筒内径是我国普遍使用的手动测量内径的方法；（ 3）气动量仪，测量内径所使用的气动量仪测量方法是气柱量仪，从而对工件的内经进行测量 5；（ 4）激光扫描法，激光器发出的光束通过高速旋转的多面体棱镜和接收器共同测量。 究的内容及意义 究的内容 综上所述，本文主要需要进行的是：（ 1）根据药筒的零件尺寸，首先分析待测药筒的主要的尺寸，将各待侧尺寸进行一个大概的分类，找出哪些尺寸可以选择共同的测量仪器，然后对各工位的测量进行安排 6；（ 2）基于对药筒尺寸进行分析的基础上，选择 7；（ 3）通过对气动量仪进行选型然后对药筒的内径进行测量 8；（ 4）在测量完内径之后，在对药筒外尺寸分析的基础上，选择激光测径仪对外径尺寸进行测量 9；（ 5）关键尺寸测量完之后，对药筒进行合格检验，最终通过多次调试达到要求。 究的意义 就某型号药筒尺寸自动测量来说，假如一直采用人工测量法，在测量过程中所要涉及的各种精密仪器及精密测量都无法得到可靠的论证，更不可能对药筒各 3 个尺寸进行精确测量后得出相应的数据，此时就需要设计一套自动测量系统，以实现精确测量。本文旨在研究药筒尺寸自 动测量，并且设计一套测量设备，当然首先要做的是根据所要测量的尺寸进行分析，然后根据所测得尺寸对测量尺寸进行分类，再根据分类后的尺寸进行测量仪器的选择，按照测量工位进行仪器使用及摆放的安排，根据测量仪器的特点设计符合药筒尺寸检测的控制方法和自动测量控制方法，最后进行安装调试 10，接下来所要做的是进行一批测试，以实现整个运行过程表现出精良、稳定等特性，这样，不仅可以节省大量劳动力，还可以缩减对其的投资，在一定程度上节省出人力、物力和财力，并且如果此次所设计的测量系统能够快速、准确的实现实际要求，则可以进一步 实现批量化生产。 4 2 药筒尺寸自动测量整体方案 筒尺寸的主要测量内容 在对药筒的主要的尺寸进行检测前，先对药筒有一个整体的了解，考虑需要测量哪些尺寸，并且需要哪些测量工具，药筒的结构图如图 2示： 图 2筒结构图 药筒零件的工程图如上图所示，从图上可知，这次检测的尺寸有：总长 厚 径 r、底部外径 缘部外径 口部外径 过统计，一共需检测 6 处零件尺寸 11。 筒尺寸的检测方案 由于待测工件所需测量的尺寸很多，而且测量系统要求效率高，需要达到2000 件 /8 小时，测量质量好，使用、维修均很方便，成本较低，工作可靠。对于 2000 件 /8 小时，也 就是是说每件的测量时间大约是 ，如果在 内检测完成一个工件的所有尺寸，检测难度之大可想而知 12。所以将工件尺寸测量方案设定为流水线自动操作，在完成所有的尺寸测量后，再与标准数据进行对比，待综合评定后，判定工件检测是否合格。 因此，下面就要详细介绍各种尺寸的测量方法以及流水线的详细测量方案，以此来完成所需的要求。 5 径的测量方法 对于该型药筒的内径尺寸测量，结合其他资料可知，选用电子式气动量仪更容易满足对药筒内径的测量。电子式 气动量仪是一种精密的测量仪器，它是运用非接触式测量方法而测量内外径尺寸的 13。这种测量仪器容易满足自动化检测要求，同时具备高效的测量效率。电子式气动量仪的精度可以达到测量 0.1 m 范围内的偏差值。当测量更小公差时，他的测量分辨率可达 到 m 。电子式气动量仪的原理主要是运用嵌入式单片机技术，具备高效稳定的运算速率，对模拟信号可以进行 A/D 转换，能直接显示出被测尺寸的绝对或相对测量值 14。同时方便校量机上位机和下位机 数据采集，使的自动化检测控制成为 可能。 电子柱式气动量仪的测量原理是将长度信号转化为气流信号，再把气信号通过气电转换器转换为电信号，最后显示出测量值。完整的电子柱式气动量仪主要包括：气动测头、气压阀、标定规、放大器、连接器及其他附件组成。图 2子柱式气动量仪 : 图 2子柱式气动量仪 气动测量技术原理是通过空气流量和压力的比例关系从而得到工件尺寸大小的技 术 15。气动测量仪中接通的空气流量和压力存在一定的物理关系。电子式气动量仪主要是用来测量药筒的内径和外径。两个喷嘴气动测头是成对分布的，是测量孔内径的，而两喷嘴是成气动测量环规的测量圆外径。如图 2示为喷 6 嘴气动测量示意图。 2动测量示意图 针对本次测量装备的设计，选用量程和规格合适的电子式气动量仪和特点适合药筒尺寸大小的喷嘴测头，来实现其内径的测量。 度的测量方法 对于某型号的药筒的长度检测，需要选择一款合适的检测仪器来满足其精度要求和自动化要求。通过查寻资料对比后得知，测量该型号药筒最佳测量工具是差动变压器式位移传感器。它的转换关系是将线性变化的机械量转化成电量。差动变压器式位移传感器具有良好的工作性能，他的最高测量精度为 最高绝对误差和可以最高重复性精度都可以达到 1m ，分辨率一般为 0.1 m 16。本文采用 移传 感器对药筒的长度尺寸进行测量。如图 2示为传感器的内部结构示意图： 图 2感器的内部结构示意图 在 实物图的上面的线圈为初级线圈，下面的两组线圈为次级线圈，内部横穿一根铁芯，当给初级线圈施加激励电流时，线圈内的铁芯轴向移动就会使次级线圈产生感应电动势，由于两个次级线圈电压的极性正好正负极相反，所以产生的真实的感应电动势为两线圈电动势之差，当铁芯在不同位置移动时，也会产生两个不同的次级的电动势差 17，在误差所允许的范围内，铁芯的位移量与 7 感应电动势差值成线性关系。 差动变压式位移传感器在尺 寸的测量上应用广泛，尤其适用于小量程测量，因为其优点很多：（ 1）可以进行无摩擦测量；（ 2）传感器坚固耐用、无限机械寿命；（ 3）不用担心分辨率问题；（ 4）可实时进行零位可重复性；（ 5）较强的环境适应性；（ 6）可以进行输入 /输出隔离 18。综合以上所述，只要选用的位移传感器的量程在允许范围内，便可用于该型药筒长度尺寸的自动化测量。 径的测量方法 基于药筒有 3 个外径尺寸需要测量，与其他资料进行对比得知，其他工具无法实现一次测量 3 个外径，所以对药筒 的外径尺寸进行测量所采用的测量仪器是能够随时测量外径尺寸的激光扫描测径仪。 激光扫描测径仪的原理是利用激光扫描：激光源发出的光束穿过多面棱镜和光学系统后，形成平行的扫描带，对面的光电接收器接收平行扫描光束；当药筒置于扫描带区域的，扫描带被药筒的放入所打断，被药筒遮挡的平行线无法投射到光电接收器上，通过分析光电接受器输出的信号，可以得出与药筒直径有关的数据 19。激光扫描测径仪的原理如图 2示： 图 2光扫描测径仪 通过对比激光测径仪和其它测径仪器得出以下特点 : (1)与被测物体进行非接触测量时，既可以保证被测工件的质量和测量的实时性，又可以避免发生接触产生误差 20。 (2)测量精度很高，最高精度可达 1 (3)通过输出接口和外显示仪对接，可直接阅读数据。 (4)在恶劣环境下也可以使用，使用寿命约长 21。 本文选用 列的激光测径仪，其实物图如图 2示： 8 图 2光测径仪 以上就是这次主要的尺寸测量，由于其他的尺寸测量不是很重要，不会对正常使用产生较大的影响，所以这次不参与测量，可以留作以后的课题供其他人使用。 筒尺寸的整体方案 设计出合理的机械结构是对药筒尺寸测量的保证，也是对测量的的精确性和可靠性的保证。在设计过程中，保证证机械结构的可行性和实用性是非常重 要的。大部分情况下一套成熟的机械设备 22，往往需要经历上百次的不断改进和完善，机械结构的最终定型也需要经历时间的检验与完善，因此，机械结构的设计好与坏将将直接决定测量结果的好坏。 结合所需检测的尺寸，设计出测量药筒尺寸工艺流程，首先对每个工位合理安排测量内容，并且绘制测量流程图，然后不断地进行可行性论证，最终制定出一套完善的检测流程图，流程图如下图所示： 2测流程图 根据药筒尺寸检测流程图，在三维设计软件 对药筒的自动测量设备进行建模，经过反复修改及论证后，建立的模型如图 2示，在工厂一套成熟的机械结构设计，都需要在后期实践中不断的进行摸索改进，那样才能一直适用于成批量加工制造 23。 下料 合格检验 外径测量 内径测量 底厚测量 总长测量 上料 9 图 2装配图 10 3 药筒尺寸测量详细方案及关键技术 为了满足测量的要求，本文着重从测量方法和效率方面考虑，结合其他的测量方法，设计出 5 个工位流水线分别对药筒的长度、底厚、内径和外径进行精确测量，既保证了测量方法的可行性， 又保证了测量的高效性。 筒长度的测量机构设计 在对药筒进行尺寸的测量时，首先对总长进行测量，具体的结构如图 3 图 3长测量装置 对总长进行测量时，位移传感器长度压缩的变化量能够准确的反应出电压值得变化，运用下面的 器对数据进行采集，然后传入到上面的对接系统中，然后对电压信号进行数值 A/D 转换，把电信号转换成数字信号，也就是转换成对应的药筒总长值，并和一开始设定的数值范围进行精确的比较，将比较所得的结果保存到该工件所对应序号的数据库中，这个数据在最后要用于对药筒是否合格做一个检测。当药筒的总长度被测量完毕时，药筒抓手抓起药筒，通过抓手 的上下、旋转移动，把药筒送入下一工位，也就是药筒的底厚测量。 11 筒底厚的测量机构设计 当测完药筒的总长后，药筒随即被送入测量底厚的装置中，测量药筒底厚的装置如图 3示： 图 3厚测量装置 如上图所示的机构对药筒进行底厚的测量。位移传感器长度的压缩变化量能够准确的反应出的电压值得变化，运用下面的 器对前面的数据进行采集，然后传入到上面的机器系统中，对电压信号进行 A/D 转换，将数值转换成药筒底厚的长度值 23，并和最初所设定的数值范围进行比较，将对比结果保存到该工件对应序号的数据库中。运用针型气缸推动通规对底火孔直径的上偏差进行检验和验证，假如不能够顺利直接插入药筒，则接近开关就给出开关信号，表示药筒底厚的上偏差尺寸基本合格，并将结果存入下面的 器中 24；反之，则不合格。然后合格的药筒运输到下一工位，对其进行内径的测量。 筒内径的测量机构设计 本次采用电子气柱测量仪对药筒的内径尺寸进行测量，此次测量的设备如图3示： 12 图 3径测量装置 此设备主要是运用电子式气动量仪对药筒内径进行尺寸的测量，当测量时，通过气电转换器将不可识别的气信号转换为可识别的电信号，并将数值存入到面的 器中，然后传入到上面的记录机器中 25，进行数据处理。在测量之前，导杆气缸 4 向下运动，将内径测头 5 尽量的伸入药筒的内部，当测头的前端与药筒底部刚好接触时要将药筒压紧，之后下方的位移传感器测头则会受到压缩，接着传感器会将信号发送给上位机，这时上位机会综合位移传感器的位移量来计算出比较测量值。在底火室测量的同 时，上方的内径测头 5 通气，对药筒的内径值进行测量，并在上位机显示实际测量值。 筒外径的测量机构设计 13 药筒的外径测量相对来说比较麻烦，因为外径的测量主要涉及到 3 个外径。包括：底部外径、凸缘部外径和筒口部外径三处，所以此次采用激光测径仪对其进行测量，测量设备如图 3示： 图 3径测量装置 对外径的 测量，主要是运用下面的 制步进电机，通过步进电机实现药筒的上升、停止和下降，从而通过激光测井仪对三处外径的尺寸进行采集，测量完以后，依然将数值传到上位机进行数据的处理操作，然后再测量完以后，通过回程气缸将药筒推送出来，进行合格的检验 26。 筒合格与否测量机构设计 对药筒进行完外径的测量以后，然后将药筒推送至合格检验装置，合格检验装备的机构如图 3示： 图 3径测量装置 14 通过长度、底厚、内径和外径的测量，然后再对药筒工件进行检测，判断其是否合格，并且对所有的尺寸测量结构进行综合的判断，判断是否合格 27，如果合格，则气缸 4 推动气缸从下料筒出来；反之，不合格则由气缸推动药筒从另一侧的下料筒推出，进入次品行列。 筒运送机构的设计 药筒的传递需要运送机构的定位，主要是把药筒准确运送到定位基座内，本文设计的药筒抓手如图 3示： 图 3筒运输装置 具体设计是在气动手臂上的固定圆环上平键的配合，如上图所示。开关支架安装在某一工位的支架上，开关最好安装在定位柱正上方并且与定位柱同轴。当抓手机构开始工作时，基板下方的升降气缸上升或者收 缩，推动抓手的上升或者下降，当转动时，转动适当的角度到达另一工位上方，然后通过气缸的下降将药筒送入下一工位测量基座 28。基于上升的距离不是很大，所以有时正对定位柱时接收到感应，有时则会在定位销偏离时接收到感应，这样会造成运送机构手爪与测量基座发生偏移，如果偏移量较小，基座的导槽会进行自动修正，如果过大，则会使药筒偏离测量基座，最终会导致检测系统发生故障。对此，还需要进一步的研究，这个内容可以留给后来者继续研究。 筒测量平台的设计 15 机架的设计主 要是为测量机构以及抓手机构等提供足够的运行空间而且要保证可靠的机械强度，确保各个机构的正常运行和流水线的正常行驶，为了使整体结构连接的更加衔接紧凑，保证各部分功能都可以正常运行，本文将机架设计为两层的上下结构，上层为各工位的测量基板，主要用于安装各检测工位，下层为 电器控制安装板，用来安装电器控制等元件，如此合理的空间安排不但对设备的运转有帮助，而且有利于维修操作，其结构图如图 3示： 图 3量平台 章小结 本章主要是对药筒尺寸自动测量设备所涉及到的主体结构及各个关键零部件的结构进行设计和测试，在此过程中详细指出了各个部分的框架构建以及工作原理和流程。 （ 1）测量机构设计，可将测量机构划分为 5 个 测量工位：首先主要是运用位移传感器对药筒总长进行测量；其次是运用位移传感器对药筒底厚进行测量；接着运用电子柱式的气量动仪对药筒内径进行测量 29；然后采用激光测径仪与螺旋升降平台相结合对药筒外径的三个部位外径尺寸进行测量；最后，对各个药筒进行是否合格的检测与分拣。 （ 2）抓手的设计，将药筒的抓手机构设计分为其上下、前后和左右的运动， 16 以保证其可以抓住药筒从一个位置移致另外一个位置。 （ 3）控制系统简介，主要介绍了控制系统的组成及各部分电器件（例如 部分功能 30。 17 总结 本文主要是研究药筒各个尺寸的测量，其关键在于测量方法及得出的数据分析，设计一套完整的流水线操作过程。要做的工作有以下几点： （ 1）根据药筒需要测量的关键尺寸的结构要求，将待测尺寸分为 5 个步骤进行测量和检验，为了实现自动测量，设计药筒抓手实现其药筒的移动。 （ 2）根据设计要求选择合