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某药筒尺寸自动测量设备开发控制系统设计【3张CAD图纸+毕业说明书论文】

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关键词：: 药筒尺寸自动测量丈量设备装备开发控制系统设计全套 cad 图纸毕业说明书仿单论文

资源描述：

摘要：本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，本文详细阐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LVDT气电内径测量系统、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靠性与可行性，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技巧和方法，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。

（6）本设计进行了药筒尺寸自动测量设备控制系统设计的开发，根据系统的需求,通过s7 - 200 PLC控制整个系统,形成一套完整的控制方案设计和相应的控制程序来控制外围继电器回路，控制气动控制回路、步进电机的操作,料斗振动电机。本检测系统的控制主要包括：升降平台气缸的控制、各检测工位气缸及气动夹爪的控制，以及相关电机的控制。本文具体设计了气压控制系统和PLC控制程序设计。

关键词：药筒，总长测量，外径测量，内径测量，自动控制，S7-200，气压控制，程序

Automatic sizes measuring equipment developed

of a cartridge

Abstract：This paper is a study of the development of a certain type of cartridge the size of an equipment, measurement methods described in detail for size, combined with the reference method for measurement of other machinery, gas-electric applications LVDT inner diameter of the measuring system, pneumatic system, poor fixed displacement sensor length measurement systems, laser diameter measurement systems, etc., to achieve the total length of the cartridge, thick bottom, inner and outer diameter and other dimensions of automated testing. First, by measuring the total length, followed by measurement of the thickness of the bottom, then the measurement of the inner diameter, outer diameter was measured again and the last cartridge eligibility detect far more than the feasibility and reliability of the system, the drug can be drawn tube size automatic measuring equipment having a viable, high efficiency characteristics.

The main complete as follows:

(1) The level of understanding of domestic and international development status of the cartridge measurement technology, especially related to the detection cartridge measurement methods and techniques, and study for the test cartridge size.

(2) Describes the measurement method cartridge of various sizes, and the corresponding measurement principle and measurement tools in detail, for the design of the system provides a theoretical basis.

(3) According to the requirements of the critical dimensions of the structure to be measured of the cartridge to be tested is divided into five steps and inspection, in order to achieve automatic measurement, the cartridge design which lever for moving the cartridge.

(4) The structure of the test cartridge size, contrast selection Johnson appropriate

measuring instruments, according to the measurement and control requirements, the completion of the measurement system control design.

(5) For details of each measurement instrument characteristic measurement data, making it possible to meet the measurement requirements.

Keywords:Cartridge, length measurement, diameter measurement, diameter measurement, automatic control, pressure control, S7-200 program

摘要……………………………………………………………………………I

Abstract………………………………………………………………………II

目录……………………………………………………………………………III

1 绪论…………………………………………………………………………1

1.1课题的研究背景…………………………………………………………1

1.2测量技术的国内外研究现状……………………………………………1

1.3研究的内容及意义………………………………………………………2

1.3.1研究的内容……………………………………………………………2

1.3.2研究的意义……………………………………………………………2

2 药筒尺寸自动测量整体方案………………………………………………4

2.1药筒尺寸的主要测量内容………………………………………………4

2.2药筒尺寸的检测方案……………………………………………………4

2.2.1内径的测量方法………………………………………………………4

2.2.2长度的测量方法………………………………………………………6

2.2.3外径的测量方法………………………………………………………7

2.3药筒尺寸的整体方案……………………………………………………8

3可编程器简介………………………………………………………………9

3.1 PLC的基本结构…………………………………………………………9

3.2 扩展模块…………………………………………………………………9

3.3 S7-200系列PLC元件功能………………………………………………10

3.4 程序编辑器………………………………………………………………10

4气动控制系统设计…………………………………………………………15

4.1气动控制系统的组成……………………………………………………15

4.2气动控制系统的设计……………………………………………………15

4.3气动控制系统具体设计内容……………………………………………15

5.系统控制与设计……………………………………………………………18

5.1控制系统控制方式确定…………………………………………………18

5.2 控制系统设计流程………………………………………………………18

5.3 控制任务分析……………………………………………………………18

5.4 电气系统设计……………………………………………………………23

总结……………………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………………27

参考文献………………………………………………………………………28

1绪论

1.1课题的研究背景

药筒在武器发展的过程中占有很重要的地位，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)确定装填药的量；

(2)对弹头、底火起连接作用，对发射药进行密封；

(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，武器能否顺利发挥作用与药筒系统的加工制造也密切相关。

所以为了检验药筒是否合格，在出厂前有必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。随着检测技术的发展，对于药筒的检测，有了一定的发展，这些检测技术的出现使得药筒的各项检测结果能够以数据的形式被检测者所观察到，在很大程度上减少了检测对检测人员的要求，缓解了测量工人的劳动强度,也为以后药筒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，来满足军工市场的要求[6-8]。

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设备。

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内容简介：: 毕业设计任务书 1毕业设计的任务和要求：解所测零件的结构特征；悉和掌握目标零件各待测尺寸的测量原理和方法；据选定的测量方法和原理，设计出相应的控制系统（包括气、液路控制、电路控制等）；制原理图，控制逻辑图，选定控制设备，编辑控制程序；求：系统简单易行，工作可靠。 2毕业设计的具体工作内容：定零件尺寸测量采用的基本原理和方法；成控制系统的整体搭建，选定控制方法，元件；成控制系统原理图的绘制；成控制程序的编制；成程序的验证。毕业设计任务书 3对毕业设计成果的要求：提交毕业设计开题报告和说明书各一份；提供气动系统原理图和布局图；所设计控制系统的控制原理图；提交相关内容的外文翻译一份。 4毕业设计工作进度计划：起迄日期工作内容 2016 年 2 月 28 日 3 月 26 日 3 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 15 日资料收集、方案设计、开题报告撰写；结构设计、控制系统设计、毕业设计说明书撰写；资料整理、打印、论文提交、评阅、答辩。学生所在系审查意见：同意下发任务书。系主任： 2016 年 3 月 22 日 1 译文：激光测径仪的发展径仪大至分激光扫描测径仪，影测径仪，激光衍射测径仪，其中前两者都属光学的几何原理，后者为利用光学的波动原理。影测量径仪，由于电机速度毕竟有限，而且扫描的平行光带不太容易保证，再加上现在平行光管与技术的发展，现在很多企业开始采用国内以上海欧勒在这方面做得较早，其光源采用波长较长的红外光，抗干扰较强，由于少了许多机械件，所以设备较稳定可靠，但像受相素的制约，在精度上不太容易拓展，特别是大直径的物体测量，但又不能太细，太细会有扫描测径仪相同的问题。激光衍射测径仪，利用衍射原理测量细线的直径，此技术与前两项刚好相反，只适用于测小直径的细丝，而且越细越好，因为此技术是利用衍射原理，理论只有当波长与被测物相近或大于被测长物时衍射最明显。据网上查询，目前辉煌在这方面处于领先地位，其产品在测量 5 300细丝是没问题的，根据其广告宣传最大可以测量到 500精度由于限于标准样件和测试环境的影响，现在只有右，但其重复精度相当高，这是细丝测径仪的一个发展方向。在大直径测量方面，据广告资料显示，现在市场上明锐做的测径仪最大已经可以测量 400真尚有测径仪通过多传感器协同工作也可测直径高达500海共久电气有限公司测径仪通过双光路边缘测量原理，已经实现1600大外径测量，并以在大型管道行业投入应用。大直径测量主要有两个方向，一个是通过双镜头实现，但这样会牺牲一些小直径的测量范围，另一种是通过单镜片实现，但这样对镜头的加工难度和质量保证及成本控制上提出较大要求。 2 测量原理目前，国内比较常用的两种非接触测量方法，一种是基于件接收光信号的测量方法，另一种是激光扫描测量方法。两种方法各有各的优势以及劣势，下面让我们来看看他们的基本工作原理。第一种测量原理：寸测量寸测量系统基本都由传感器、光学系统、微机数据采集和处理系统组成，我们先来看一下采用量的基本原理：线阵行光法进行非接触测量的基本原理：将线阵于平行光路，被测物放于方光路中，射向光就被物体挡住一部分，因此出的信号就有一个凹口。显然，凹口的宽度与物体的尺寸有一一对应的关系，我们利用数字电路设计和计算机处理就很容易的得到凹口对应的元数，从而计算出被测物体的尺寸。但是我们也很容易的发现一个问题：这种测量方法要求敏区的长度大于被测物体的尺寸，而大尺寸的别昂贵，所以必须通过其他方法来实现光的接收。寸测量基本原理显然收法它具有一些独特的一般机械式、光学式、电磁式测量仪无法比拟的优点，这与身的自扫描高分辨率高灵敏度结构紧凑位置准确的特性密切相关，其中关键的技术就是光学系统的设计和出视频信号的采集与处理，但是也存在着很多常见的问题，诸如结构复杂、成本高等缺点。下面让我们来看一下，量的方法有哪些缺点： (1)采用收然后转换成数字信号的方法，测量的精度受限于元的大小 !我们知道元不管哪个部位接收到光，都会将接收到的光信号转化成电信号，从而制约了量方法的测量精度。当然我们也可以采用尽量小的元，使它的测量误差尽量减小。但我们也知道，像元越小，成本就越高，这是一个没办法回避的矛。 (2)同时，由于我们知道，敏区一般为 28就直接限制了被测物体的大小，系统的型号受限。 3 (3)衍射，我们知道衍射在精密测量中是无法回避的问题。而在这里我们的元不是连续的，是一个一个像元互相紧密排列组成的，而由于衍射造成的光的传播不是直线的，结果就很容易出现很大的误差。第二种测量原理：激光扫描测量激光扫描测径仪系统采用激光器发出的光束通过多面体扫描转镜和扫描光学系统后，形成与光轴平行的连续高速扫描光束，对被置于测量区域的的工件进行高速扫描，并由放在工件对面的光电接收器接收，投射到光电光电接收器上的光线在光束扫描工件时被遮断，所以通过分析光电接受器输出的信号，可获得与工件直径有关系的数据。为保证测量的高精度以及可靠性，光扫描计量系统必须满足以下三点基本要求： (1)激光束应垂直照射被测物体表面； (2)光束必须对物体表面做匀速直线扫描运动； (3)扫描时间必须测的很准确。而在现实情况下，扫描速度并不是常数，而是随扫描转镜的角位移的变化而变化，这样就会产生原理误差。综上所述，我们可以看出，使用行测量的这种方法有它的优点，但同时也有它自己无法克服的缺点。再看利用激光扫描测量直径的方法，虽然会出现如扫描速度达不到均匀而产生的原理误差，但是我们可以利用算法的不同降低这部分误差。中北大学信息商务学院外文文献1原文： of is to CD to is of CD to at in to of so is CD is is so to of of of of on of to or to be is to in is in in um 00um of is no to of be 00to of is of a to 00by be in up 00o., by 600ax in a is by of it of is of of of is on CD is of us at of is CD we at of CD CD of of CD is in is in of CD CD by so CD a of we is to of to of to be we to a of of CD of to be of CD is so by to CD CD it of of is CD as us at 1) CD is to of CD We CD CD Of we as a CD so as as CD is a no 2) at as we is of 3) we is an CD is is a to by of a be to a of by by a to of is in of on on of on in so of of In 1) be to of 2) be on of to do a 3) be is a in of we CD of be at of of it is of we to of 毕业设计开题报告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述究背景某产品药筒工件都是成批量加工生产，成型较复杂，且加工精度要求比较高。而现在药筒尺寸合格与否的判定，都是依靠手工测量来实现。这种高强度、低效率的测量方式，势必会引入人为主观因素，造成测量误差。因而需要开发一套自动化测量设备来代替手工检测 1 3 。究意义本研究课题为实现药筒尺寸自动测量的专用设备。能够实现该型药筒尺寸自动侧量等功能，具有高效率、低误差、高精度，可以实现柔性参数设定，实现程序系统易读易改。降低了药筒的生产成本，可以节省多名手工测量人员。而且该设备能够使得该药筒工件易于管理和质量监测，满足现代化的生产要求，为提升我国军用测量设备的水平做出贡献 4 。 2 国内外研究现状目前药筒尺寸的自动化测量，还没有一套成型的系统测量方法，大多数关于药筒测量方面的研究，只是针对单一或少量几何尺寸进行测量，功能比较单一，集成化低，测量不够全面 5 6 。 70 年代以前，我国军用测试设备的自动化程度是很低的，以手工操作为主，测量设备是为了某种测量目的而专门设计制造的，难以改作它用，称为第一代军用测量系统。 70 年代末 80 年代初，我国的军用自动测量设备转入以线为主的半自动和自动测试阶段 7 9 。与以前的专用设备比较，采用线和线武器系统测量设备箱标准化、模块化、通用化体制迈进了一大步，提高了设备的重复利用率；避免了各型号或同型号不同批次测量设备的重复性研制，降低了设备投资，技术上达到了相互交流和继承，使用上达到了成果共享和设备通用，因此缩短了研制周期，节省了人力和资金，成为第二代军用测量系统。 90 年代初，随着线的逐渐普及，我国的军用自动测试设备越来越多的采用线，称之为第三代测量系统。经过 30 多年的发展，我国的测量仪器的生产规模和生产能力仅次于美国、日本、英国、德国、法国，居世界第六位。但这些测量仪器主要是中、低档仪器 10 。 3、长度尺寸测量经过广泛查询对比长度尺寸测量仪器资料，差动变压器式传感器可以被用于该药筒长度测量。差动变压式传感器是将线性变化的机械量转化成电量的变化 11。差动变压器式位移传感器初级绕组接通交流电源后，两个次级绕组由于互感作用产生了感应电动势果把两个二次线圈的同名端相连接，会在另一对同名端产生一个与铁芯位移成线性函数关系的特性曲线。当铁芯位于两个二次线圈中间位置时，两个线圈的电动势相等（即 0），输出电压为 0V，把此时的电压值称为零点电压或残余电压当铁芯偏离中间位置时，两组线圈产生的互感发生变化。两个次级线圈中的感应电动势不再相等，便有电压输出，输出电压的大小和铁芯的位移量有关，输出电压的相位取决于铁芯移动的方向 12。 4、外径测量激光测径仪箱体内带有高速旋转的光发射器和激光接收器 ,由激光发射器发出的激光束通过多面镜反射后，透过发射透镜变成平行光。工件只要挡住光束，通过接收透镜，传到光电探测器上，就会有信号产生。然后通过光电传感器将此信号传到计算机上进行处理 ,便可获得测量工件的直径值 13。 5、内经测量电子柱式气动量仪的设计原理是比较测量法，其测量方法是将长度信号转化为气流信号，再通过气电转换器将气信号转换为电信号，由发光管组成的光柱显示出测量值。一套运用电子柱式气动量仪建立的完整气动测量系统，一般包括：气压阀、放大器、气动测头、标定规、连接器及其他附件组成 14 6、底厚测量机器视觉技术以其处理速度快、包含信息量大和方便实现自动化等特点，已经广泛的应用于工业自动化控制领域。机器视觉是运用计算机模拟人的视觉功能，代替人眼实现测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉采集装置，对目标区域进行图像采集，然后将其转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统软件，再对特征信息进行分析处理，转化成数字信号被计算机识别控制 15 参考文献： 1 钱杏轩，钢制整体引伸药筒的设计与制造 M，国防工业出版社， 12 44,700 N 55442005, 63 郭俊杰，“弹药发展史上的一次革命金属世界， 1998,6. 4 李华，“工程塑料在弹药部件上的应用及发展趋势” J，工程塑料应用 ,2007 年，第 35 卷，第 8 期， 71 5 F. W. 36， 992， 16 五三九六课题组，“ 122 毫米榴弹炮用塑料药筒的研究” 22 7 史纯厚，“可燃药筒的防护涂层”，表面技术 J， 1990 年第 19 卷，第 1 期， 24 8 吉韶华，“可燃药筒燃烧性能研究”，火炸药 J， 1988 年第 1 期， 299 张会生，“可燃药筒点火问题浅析”，弹道学报 J， 1995 年第 7 卷，第 2 期， 27 10 李煜，郭德惠，“新型含能纤维可燃药筒性能研究”，含能材料 J， 2009 年 11 张秋鄂电子测量与仪器学报 J增刊： 106812 to 9(9)： 4913 范富明，程良伦，王晓芬等 J2010， 37（ 5）： 12714 004,8(1)： 5615 窦燕，孔令富 J2008， 19（ 17）： 202416张秋鄂电子测量与仪器学报 J增刊1068 17as of a 5918 201 毕业设计开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 研究的问题本文药筒几何尺寸的测量集成了多种测量方式，包括全长测量、内径测量、两档外径测量等。综合以上测量类别，将药筒测量归结为三大类，即长度测量技术以及内外径测量技术。本文主要研究内容是某药自动测量控制系统的系统设计，首先阐述课题的研究目的及意义，其次通过对药筒尺寸特点分析，将药筒尺寸分为对长度值、内径值、外径值、的测量，按照不同的尺寸类型探讨测量的方法及原理，然后进行总体规划，明确该型检测设备机械部分如何开发设计，制系统的搭建。并重点对控制系统的搭建与开发进行详细阐述。 2 研究的方案对于该型药筒的长度尺寸检测，为了满足到达检测精度要求和自动化检测的要求。需要寻找一款简单适用的测量仪器。经过广泛查询对比长度尺寸测量的仪器资料，差动变压器式位移传感器可以被用于该型药筒自动测量的长度值测量。差动变压器式位移传感器是将线性变化的机械量转化成电量的变化。图动变压器式位移传感器原理图针对该型药筒的内径尺寸测量，经过查找论证，选用成熟的电子式气动量仪，比较容易满足于药筒内径值检测。电子式气动量仪是一种针对内外径尺寸，运用非接触式测量方法的精密测量仪器。它能够满足自动化检测要求，具有高效的测量效率。图型气动测量系统连接图针对该型药筒外径需要对多个尺寸进行测量，最好寻求一种能够一次测量完成多个外径尺寸的方法。而且需要满足测量效率和精度较高，方便实现数据采集和控制。经过查找论证，选用成熟的激光测径仪，可以满足于该型药筒外径尺寸值测量。激光测径仪是一种运用光电一体化的高新技术产品。该设备采用激光扫描方式，对生产线上的圆形被测对象实行高速、高精度和非接触式的测量。图光测径仪测量原理图毕业设计开题报告指导教师意见：张晓凯同学通过阅读相关的文献，对于所研究的课题的意义以及设计内容都有了大体的了解。初步方案和设计工作进行了合理的安排，预计能够按时完成毕业设计。同意开题。指导教师： 2016 年 3 月 20 日所在系审查意见：系主任： 2016 年 3 月 22 日 I 某药筒尺寸自动测量设备开发摘要：本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，本文详细阐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靠性与可行性，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技巧和方法，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。（ 6）本设计进行了药筒尺寸自动测量设备控制系统设计的开发，根据系统的需求 ,通过 200 制整个系统 ,形成一套完整的控制方案设计和相应的控制程序来控制外围继电器回路，控制气动控制回路、步进电机的操作 ,料斗振动电机。本检测系统的控制主要包括：升降平台气缸的控制、各检测工位气缸及气动夹爪的控制，以及相关电机的控制。本文具体设计了气压控制系统和制程序设计。键词：药筒，总长测量，外径测量，内径测量，自动控制，压控制，程序 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 IV to of (5) of it to (6)to of 7 - 200 as a a of is to of of of of of LC is in V 目录摘要 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 4 度的测量方法 6 径的测量方法 7 筒尺寸的整体方案 8 3 可编程器简介 9 基本结构 9 展模块 9 7列件功能 10 序编辑器 10 4 气动控制系统设计 15 动控制系统的组成 15 动控制系统的设计 15 动控制系统具体设计内容 15 18 制系统控制方式确定 18 制系统设计流程 18 制任务分析 18 气系统设计 23 总结 26 致谢 27 参考文献 28 1 1 绪论题的研究背景药筒在武器发展的过程中占有很重要的地位，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)确定装填药的量； (2)对弹头、底火起连接作用，对发射药进行密封； (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，武器能否顺利发挥作用与药筒系统的加工制造也密切相关。所以为了检验药筒是否合格，在出厂前有必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。随着检测技术的发展，对于药筒的检测，有了一定的发展，这些检测技术的出现使得药筒的各项检测结果能够以数据的形式被检测者所观察到，在很大程度上减少了检测对检测人员的要求，缓解了测量工人的劳动强度 ,也为以后药筒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，来满足军工市场的要求 6 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设备。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，而且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 2 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 9；（ 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）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；（ 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 5。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总体的分类，找出哪些尺寸可以选择相同的测量仪器，然后对各工位的测量进行安排；（ 2）基于对药筒尺寸进行分析的基础上，选择动式位移传感器作为总长与底厚的测量元器件；（ 3）通过对气动量仪进行选型然后对药筒的内径进行测量；（ 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；（ 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没有办法得到可靠的论证，更不可能对药筒各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， 3 以实现精确测量 12。本文旨在研究药筒尺寸自动测量，并且设计一整套自动测量设备，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，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，还可以缩减对其的物力投资，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，药筒的结构图如下图所示：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。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。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。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图 2筒结构图 5 相对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从而测量内外径尺寸的。这种测量仪器容易满足自动化检测要求，同时具备相当高效的测量效率。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，它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，具备相对高效稳定的运算速率，对模拟信号可以进行 A/D 转换，能够直接显示出被测尺寸的绝对或相对测量值。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。下图所示为子柱式气动量仪 : 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。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。如下图所示为喷嘴气动测量示意图。图 2子柱式气动量仪 6 对本次测量设备的设计，要选用量程和规格适当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，需要选择一款适当的检测仪器来满足其精度要求和自动化的要求。通过查找资料对比后得知，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优良的工作性能，他的最高测量精度为最高绝对误差和最高重复性精度都可以达到 1m ，分辨率一般为 0.1 m 。本文采用移传感器来对药筒的长度尺寸进行测量。如下图所示为传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，底部的两组线圈为次级线圈，内部横穿一根铁芯，一旦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，在误差所允许的范围内，铁芯的位移量与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十分广泛，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、无限机图 2嘴气动测量示意图图 2 感器的内部结构示意图 7 械寿命；（ 3）可以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。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多个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。激光扫描测径仪的原理如下图所示：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，不但可以保证被测工件的质量和测量的实时性，而且可以避免发生接触产生误差。 (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。本文选用列的激光测径仪，其实物图如下图所示：图 2光扫描测径仪的原理图 8 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，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：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，建立的模型如下图所示，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。上料总长测量底厚测量内径测量外径测量合格检验下料图 2列的激光测径仪图 2程图 9 3 可编程器简介基本结构门子列 )是一种小型的可编程控制逻辑器件，分为 6 部分：中央处理单元 (电源、输入电路、编程器、输出电路、存储器。存储区分为以下几个区：（ 1）系统程序存储区（ 2）系统数据内存存储区（ 3）用户程序存储区系统数据内存存储区包括：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。具体分为：（ 1） I/O 映象区；（ 2）系统软设备存储区；（ 3）用户程序存储区。输入 /输出模块是行控制逻辑执行的相当重要的组成部分，这些里面输入模块是对接近开关、按钮、行程开关、等开关量进行采集的，并且输入模块的采集是在启后一直在进行的扫描；输出模块是实现设备控制的重要部分，输出模块的控制电压是 24V，所以真正的实现对工业电机等设备的三相电的控制需要继电器和接触器等设备间接来实现，那么控制顺序是 24V 的弱点控制 220V、 380V 或者更高的电压，比如本次设计中就用到了气缸控制阀中的电磁阀。展模块数字量输入 /输出模块是扩展可编程控制器的组成设备，在当控制点数减少，不符合系统项目建立的点数要求时，就必须使用输入 /输出模块使扩展模块实现点数的而增加。数字量输入 /输出模块是与工业生产设备的控制点数或工业生产过程连接的接口。现场的采集的输入信号，如行程开关、限位开关量、模拟量输入 /输出模块是工厂自动化必须具备的基础控制器件，模拟量输入模块在工厂中可以采集电压、压力、流量、温度、电流等信号，这些要通过输入模块送到个过程中需要编制程序，量采对模拟集的信号进行后处理，实现仪表式的可以供人类进行读取的数字信息。以对电压信号处理 ,收集范围可以设置 ,收集的电压范围 0 - 5 v 电 10 压 ,0 到 10 v 电压 ,也可以收集电流信号 ,收集范围是 4 - 20 为信号电流在每种传感器中是不同的 ,所以要经过信号变送器将传感器的信号转变为以采集的标准信号。输出模块可以驱动如电磁阀、灯光显示。输入输出点可以进行扩展。本次设计应用个的是西门子的模拟量扩展模块模块可以实现数字量输入输出点的扩展，完成对气动系统的逻辑控制。 7列件功能 1. 数据类型列数据类型有：字符串型、布尔型（ 0 或 1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括 16 位符号整数（ 32 位符号整数（ 2. 编程元件（ 1）输入继电器 I （ 2）变量存储器 V （ 3）中间辅助继电器 M （ 4）特殊标志位存储器（ 5）定时器 T （ 6）计数器 C （ 7）累加器程序编辑器本设计中的程序设计使用的是程软件，使用的是梯形图的编程模式，这样有利于控制逻辑的识别，有利于编程人员发现控制逻辑的错误，该编程软件还可以对行在线监控调试，这样也有利于编程人员快速的完成编程任务。同时该软件还可以导出 *件，这样可以导入到仿真软件中进行仿真调试，由于本次编制的控制程序基本是逻辑上的控制，所以，程雪在仿真软件中可以很好的运行，但是对于复杂的程序，比如有子程序、中断的程序就很难在仿真软件中运行。在程序设计完成之后要下载到进行调试，有的以通过仿真软件进行仿真调试，但是其调试结果的可信度很低，参考价值极地，所以要将编制好的程序下载到进行实际的调试，软件则具体的操作步骤如下： 11 （ 1）首先登录件界面，如图示；图录软件界面（ 2）进入件之后，打开项目进行新建程序，如果已经建立好了，可以直接进入项目，然后选择相应的号，如图所示示；图号选择（ 3）完成程序编制后，对的通讯进行通讯前准备，首先要在通讯的接口进行设置，如果使用的是 85 的通讯电缆则选择讯口进 12 行与对接，其次还要设置通讯协议，具体如图示。图地址及通信模式设置（ 4）完成程序下载的任务之后，就可以对程序进行在线监视调试，如图果想看程序运行的具体情况，可以进入程序之前的而程序编程框进行软元器件的监视，如图示。图序监视按钮 13 图序软元件监视本次只用的仿真软件是第三方软件，这样在仿真模拟时候会有很多的问题，所以这样的仿真调试只能是参考性的，最终的控制程序需要在实体进行运行调试完成。如图示，是仿真软件，图 7真软件设计过程中对编制好的程序进行了仿真。第一步，先进行仿真文件的配置，即导出 *件；第二步，进入仿真软件，进行型型号的配置，以及相关扩展的数字量模块进行配置。如图示，配置好的扩展模块的界面。 14 15 4 气动控制系统设计动控制系统的组成气动控制系统中有 :控制元件、动力元件、传感元件组成。气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅件连接起来。动控制系统的设计在药筒尺寸测量系统中，要求实现有四个工位的驱动气缸，由于一个传动盘上下的驱动气缸。在具体的控制过程中，每个气缸要进行上下的移动，即进工位和复位的控制，这样就需要三位四通的控制阀，对方向进行控制。（ 1）先了解设计的控制系统控制对象的用途和使用环境；（ 2）初步设定工作的循环过程，简单的而形成控制回路，并依据设计的内容，进行元器件的类型、规格、性能的选择，完成选型工作；（ 3）对于每一个执行元件在进行于气压泵连接时的控制单元精细的选择，搞清楚其中的互锁、同步的问题，不能发生干绕；（ 4）设计好相关电控器件，并对限位开关的位置进行合理的选择。空气压缩机的供气量进行计算，按下式简单估算 ( O） m3/中一台机器的用气量机器和配管的漏气量 N：工作台数动控制系统具体设计内容在本药筒自动检测系统设计中，气动驱动的药筒测量头设计：将药筒的底厚测量放在工位一，药筒的总长测量设计在二工位中进行；三工位进行的是药筒的内径测量；四工位进行的是药筒的外径测量。由于气动控制的要求的，系统通过 16 三位四通电磁阀，同时，由于控制系统中的导气管、容器和附设装置存在着气容和气阻现象，在实际控制中，气体的气压、流量和速度将会发生振荡，直接影响控制的精度。为此，在系统中引入压力表，实时对导气管中的压力，进行压力检测，以满足实际气动控制的进行，同时在气路中加入空气过滤器，对气体进行一定的过滤，保护气控设备有长久的使用寿命。动控制系统原理图绘制气动控制原理图如图 4示。 (图见下页 ) 17 图418 制系统控制方式确定根据药筒检测系统的自动化控制要求，必须根据控制要求选择合适的控制方式。制的优点有： 1）可靠性高 2）易于扩展 3）控制能力强。 4）单片机采用了面向控制的指令，便于设计人员使用。 5）价格低廉。综上所述，选择的控制系统，围绕行设计。制系统设计流程控制系统设计要前后进行充分准备，具体的而过程分别为方案设计、设备选型、程序设计和系统调试。方案设计：确定气缸、电机运动过程和顺序，协调机械结构拟定系统实现方法，根据药筒的测试流程及要求确定系统整体结构和主要电气元件；设备选型：根据控制逻辑，确定控制的输入输出点，绘制电气原理图，确定号，并选择相应辅助设备；程序设计：编制制程序；系统调试：在对硬件接线检查无误的情况下，进行软件调试，根据调试结果进一步优化硬件与软件设计，直至满足系统设计要求为止。制任务分析药筒自动检测系统的顺序控制，运动控制，过程控制在机电一体化的集成系统中，控制系统的管理下，实现药筒自动检测尺寸的要求。基于控制系统的设计要求，为实现检测系统的自动化和安全可靠地运行，本设计所选的制外围继电器的通断，控制步进电机转动、气缸的推动、直流电机。系统整体运行方式为：当药筒到位后，按照预先编制好的程序，升降气缸推动圆盘上升至定位传感器的有效监测区域内；然后机械手臂夹取弹料；动电机，圆盘转动到位，则开始进行检测，依次一工位、二工位、三工位、四工位 19 的转换，然后，各工位按照规定的检测方式对被测工件的相应尺寸进行检测。检测完毕后，采集到的各项检测数据传送至上位机。当判断出药筒是否合格后，通过制分拣气缸作出相应的分拣动作，实现对工件总长、底厚的检测，具体工作时序如图 5示。 20 机通过与之对应的测量系统对接，通过编制好的程序读取测量采集系统的测量数据，存储在部寄存器中。导杆气缸驱动气动测头做直线往复图521 运动，实现工件内径值的检测；机通过口实现与气电电子柱测微仪的通信，根据测量仪器的数据传输格式计算通信地址，通过编制程序者以太网的通讯模式与测量模块进行通讯，读取气电电子柱测微仪检测到的测量数据，存储在部寄存器中。由以上动作过程可知，该控制系统的输入控制信号主要包括三部分：系统运行状况、工位运行限位开关信号、零件检测信号。并确定了控制输入输出控制点，则 I/O 分配表如表 5示。表 5、停止，通过按钮的断开、闭合实现，其中系统的运行和停止通过上位机操作界面实现，因此需 1 个 I/O 输入点；接近开关感应信号限位开关包括各检测工件的来料信号检测和传送装置定位检测，共需 9 个 I/O 输入点；限位开关控制信号用来判断升降平台的行程，需 3 个 I/O 输入点，机械手臂的夹取需要一个限位开关的限制，以防夹取压力太大，对零件有伤害。对于本设计的控制系统共需 14 个输入点，但在选择号是一定要留有控制点余量。系统的输出信号主要包括直流电机的控制、步进电机驱动转盘转动控制、电磁阀换向控制以及测量模块移动切换控制。对于直流电机的控制，本系统要求实现起停即可，因此需 1 个 I/O 输出点；步进电机驱动升降平台，而步进电机的运转采用专用驱动器进行细分驱动，其运转需要一的输出点进行控制；过控制电磁阀换向来实现气缸的伸缩控制、测量模块移动的切换控制，因此需 10 个 I/O 输出点；为了使系统的运行状态更加直观，人员操作方便，需设置运行状态指示灯，分别对应上述的系统启动、关闭输出点。因此，系统共需 15 个输出点。本文药筒尺寸测量系统选用西门子公司生产的列的为主控制模块核心器件，该机型属于列的加强型，功能齐全，具有很强的运算能力，而且外围 I/O 资源丰富，有利于简化系统设计。其端口可以进行自由通信、讯模式的选择，等强大功能，可以便捷的进行 I/O 点数扩展，不需要程序的初始化。如图 5示，为 23 图 5气系统设计在硬件接线之前，必须根据选定的电气元件设计电气原理图，便于明确系统电路整体结构、电气元件之间的相互关系以及控制信号的走向。该药筒尺寸测量系统的强电系统主要应用中间继电器的常开触点作为控制元件控制气缸的启动和电机的转动信号，将输出信号传递至各执行元件，即电压控制高电压。具体有以下几个功能：（ 1）进行步进电机的正转与反

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