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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：1.1 了解所测药筒零件的结构特征；1.2 熟悉和掌握目标零件各待测尺寸的测量原理方法；1.3 设计的测量系统要求效率高，质量好，使用、维修方便，成本低；1.4 自动化程度高；1.5 要求：测量效率 2000件/8小时；工作可靠。2毕业设计的具体工作内容：2.1完成整体结构设计，考虑测量工艺的布置； 2.2搭建系统，选择测量元器件，实现工件总长、底厚、两档外径、内径测量； 2.3测量效率需达到6件/min；2.4绘制系统的实体模型、生成系统装配图和零件图。毕 业 设 计 任 务 书3对毕业设计成果的要求：3.1 提交毕业设计开题报告和说明书各一份；3.2 提供所设计设备的装配图和所有零、部件的工程图；3.3 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29日 3月26日 3月27日 5月28日5月29日 6月 5 日资料收集、方案设计、开题报告撰写；结构设计、工程图纸绘制、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 2 月 29 日 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 述一、药筒的发展药筒是近代火炮系统中的一个重要组成部分。药筒的出现与应用，对火炮的发展起了很大的推动作用，引起了火炮的重大变革1。二战期间，德国首先研制了钢质整体引伸药筒，而后，美、苏、日等国也相继研制和生产了钢质整体引伸药筒，以满足战时药筒的大量消耗。由于钢的强度高、韧性差，引伸同口径的药筒需要的设备吨位远高于铜质引伸药筒。因此，国内外，中小口径火炮均采用钢质整体引伸药筒，而大口径火炮采用其他方法生产钢质药筒。 我国五十年后期开始研制金属药筒。经过20多年的努力，在整体引伸药筒上取得了重大发展，开始具备了大量生产的能力。我国整体引伸药筒也是经历了从黄铜引伸药筒逐步过渡到钢质引伸药筒的过程，为了减轻小口径火炮系统的消极质量，提高射击速度，国外从五十年代开始研究整体引伸铝质药筒2， 1984年美国研制了30X173mm铝合金药筒，1985-1988年研制了25X137mm铝合金药筒，2001年研制了20X120mm铝合金药筒。我国从九十年代也开始了铝合金药筒的研究，并取得了一定的进展。可燃药筒最早出现在第二次世界大战的德国。至今，德国掌握着可燃药筒最先进研究水平和制造技术。可燃药筒是使用可燃性物质制成，发射时在膛内燃尽，无需推出炮膛，特别适用于坦克炮使用。从二十世纪7080年代，美国、原苏联、西德、法国、日本、瑞士等国已在坦克炮、榴弹炮、自行火炮、航炮上装备了20mm155mm口径火炮中逐渐使用了可燃药筒，部分取代了金属药筒3，目前，国内外坦克炮上大部分采用这种药筒。塑料药筒也称可燃药筒，是指不燃烧、不消失的塑料制造的非金属药筒，用以替代稀缺黄铜，减轻弹药质量4。瑞典博福斯公司研制的FH-77式155mm榴弹炮，配用了主要弹种为77式底凹杀伤爆破榴弹，装药为可重复使用的钢底塑料药筒，比黄铜药筒减轻75%，可重复使用4次以上。俄罗斯ZC-19式152mm加农炮炮弹也采用了带金属底座的塑料药筒。其它采用塑料药筒的弹药还包括日本的75mm和105mm榴弹以及美国105mm榴弹5。国内塑料药筒的研究在1967年以前因其低温（-40）脆裂一直未解决，故处于停顿状态6，80年代之后，在配合自行加榴炮研制过程中，采用改性HDPE制造塑料药筒，该材料对高温、高湿环境条件具有良好的适应性，低温脆性温度达-80以下，可保证低温正常使用的可靠性，与发射药具有良好的相容性，机械强度满足闭气性和发射强度要求。可燃药筒优点是火炮无需退壳机构，同时减少了回收运输等繁重任务，特别适用于速射坦克炮使用弹药。为了克服其缺点，其今后要解决的关键技术包括：（1）可燃药筒表面涂覆多功能复合涂层技术，提高药筒的储存与防护性能7。（2）可燃药筒发射时在膛内完全燃烧技术，包括材料组分、药筒结构、加工工艺、可燃药筒挥发分含量对燃烧性能的影响分析8，（3）可燃药筒因为参与膛内燃烧，其结构、性能以及其本身的燃烧特性对弹道性能有很大的影响，因此必须应用现代内弹道理论对可燃药筒燃烧规律进行深入的研究9。（4）合理优化材料组分配方，解决可燃药筒强度与膛内燃尽的矛盾10，塑料药筒今后主要关键技术是通过改进材料组分、药筒结构、加工工艺，解决塑料药筒难以承受高膛压、应力开裂和热降解等缺点，提高塑料药筒的强度、模量、化学稳定性、耐磨性、润滑性、耐环境性。二、自动测量设备的发展现状 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GPIB和CAMAC总线为主的半自动和自动测试阶段。与以前的专用设备比较，采用GPIB总线和CAMAC总线后，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VXI总线的逐渐普及，我国的军用自动测试设备越来越多的采用VXI总线，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。二、药筒尺寸自动化检测研究的意义 目前药筒几何尺寸自动化检测，还没有一套成型的系统检测方法，大多数关于筒检测方面的研究，只是针对单一或少量几何尺寸进行检测，功能比较单一，集成化低，检测不够全面。本次药筒几何尺寸的测量集成了多种测量方法，包括总长、底厚、外径和内经。三、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 E2-1与 E2-2。如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 E2-1 E2-20），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。四、外径测量 激光测径仪箱体内带有高速旋转的HeNe激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。五、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。六、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，1988.9，1-2 2 Brain Tasson,“Aluminum Cartridge Case Concept”,AD-E403 044,ATK Ordnance and Ground Systems LLC,4700 Nathan Lane North Plymouth,MN 55442-2512,May 2005, 6-7 3 郭俊杰，“弹药发展史上的一次革命-药筒可燃化”，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，71-72. 5 F. W. ROBBINS，“COMBUSTIBLE CARTRIDGE CASES:CURRENT STATUS AND FUTURE PROSPECTS”，AD-A254 636，BALLISTIC RESEARCH LABORATORY ,ABERDEEN PROVING GROUND, MARYLAND，AUGUST 1992，1-2 6 五三九六课题组，“122毫米榴弹炮用塑料药筒的研究”22-23. 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，24-25. 8 吉韶华，“可燃药筒燃烧性能研究”，火炸药J，1988年第1期，29-30. 9 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，27-28. 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.工件几何尺寸自动测量系统.电子测量与仪器学报J.2004 年增刊： 1068-107112 Al Chilsholm.OLE for Process Control takes first step to ward data sharing standards.2006,69(9)：49-5313 范富明，程良伦，王晓芬等.一种新型光学快速自动聚焦系统J.光电工程.2010，37（5）： 127-133.14 Ramnivas Laddad.Separate Software Concerns with Aspect oriented Programming.IEEE Network Magazine,2004,8(1)：56-61.15 窦燕，孔令富.一种基于视觉注意机制的刀具检测方法J.中国机械工程.2008，19（17）： 2024-2028. 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）：一、要解决的问题 由于该工件需要检测的尺寸较多，而该课题提出的检测工艺为：测量效率需要达到6件/min，而且要求工作可靠。若在一分钟之内完成6件产品的所有检测工序，检测难度非常大。所以就需要开发一些测量设备，以达到要求，同时建立一条流水线自动操作也是必不可少的，在完成整个测量过程后，最后再进行综合评定。针对前面所提到的几类尺寸测量，需要结合实际的测量精度要求，来选定测量精度可靠，性能稳定，适合自动化测量要求的仪器和方法。二、解决问题的方法 首先是了解所要测量工件的结构特征，在此基础上选择合适的测量仪器，对于测量仪器的选取要经过多次试验，保证在测量过程中做到以下几点要求：（1）测量效率必须保证达到6件/min (2)测量流程在整个运行过程中必须保证畅通 (3)建立一条合理效率的测量流水线（4）必须保证测量所得结果的精确。上面所说要建一条流水线，这条流水线的建立所需要解决的问题是测量仪器的摆放及测量工件的送进送出等问题，当然课题要求的是测量系统效率要高，质量要好，使用、维修方便，成本低，自动化程度要高，综合来看就是测量所涉及到的测量仪器所要求的精度必须达到要求，测量仪器在选择上也要精益求精，关于测量各尺寸所以测量仪器的搭配：测量总长用差动变压器，测量外径用激光测径仪，测量内径用电子气动量仪，测量底厚用机器视觉技术。在第一道工序测量总长，把工件纵向送进测量仪器；第二道工序测量外径，把工件横向送进测量仪器；第三道工序测量内径，把持手柄测量；第四道工序测量底厚，系统自动生成。三、总结某药筒尺寸自动测量结果是属于军工类产品合格与否的依据。本文通过讨论各项尺寸自动测量所涉及到的要求做了详细的的解答，依据现有的测量方法和理论也进行了总结，综合对比后确定出药筒各尺寸所对应的测量方法，相信能解决课题所要求解决的问题。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 龚圣杰同学根据任务书要求，基本完成了本次毕业设计开题报告的撰写及方案的设计。从提交的文献综述来看，查阅的有效文献资料能够帮助其了解课题国内外研究现状及其背景，从设计的方案来看，基本能够满足要求。同意开题 指导教师： 2016年 3 月21 日所在系审查意见： 同意开题 系主任： 2016年 3 月 22 日 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Automatic sizes measuring equipment developed of a cartridgeAbstract: 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, inside diameter measure, outside diameter measure, automatic control目 录摘要IAbstractII目录IV1绪论11.1课题的研究背景11.2测量技术的国内外研究现状11.3研究的内容及意义21.3.1研究的内容21.3.2研究的意义22药筒尺寸自动测量整体方案42.1药筒尺寸的主要测量内容42.2药筒尺寸的检测方案42.2.1内径的测量方法52.2.2长度的测量方法62.2.3外径的测量方法72.3药筒尺寸的整体方案83药筒尺寸测量详细方案及关键技术103.1药筒长度的测量机构设计103.2药筒底厚的测量机构设计113.3药筒内径的测量机构设计113.4药筒外径的测量机构设计123.5药筒合格与否测量机构设计133.6药筒运送机构的设计143.7药筒测量平台的设计153.8本章小结15总结17参考文献18致谢20V1 绪论1.1 课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。1.2 测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）LVDT位移传感器，LVDT的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。1.3 研究的内容及意义1.3.1 研究的内容综上所述，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LDVT差动式位移传感器作为总长与底厚的测量元器件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。1.3.2 研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。32 药筒尺寸自动测量整体方案2.1 药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2-1所示：图2-1 药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L1、底厚L2、内径r、底部外径R1、凸缘部外径R2、筒口部外径R3，经过统计，一共需检测6处零件尺寸11。2.2 药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14.4秒，如果在14.4秒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。2.2.1 内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。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 PLC 的数据采集，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2-2所示为AEC-300电子柱式气动量仪:图2-2 AEC-300电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2-3所示为喷嘴气动测量示意图。2-3 气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。2.2.2 长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0.05%，最高绝对误差和可以最高重复性精度都可以达到，分辨率一般为16。本文采用LVDT位移传感器对药筒的长度尺寸进行测量。如图2-4所示为传感器的内部结构示意图：图2-4 传感器的内部结构示意图在LVDT的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。 2.2.3 外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2-5所示：图2-5 激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1um。(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LMD系列的激光测径仪，其实物图如图2-6所示：图2-6 激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。2.3 药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：上料 总长测量 底厚测量 内径测量 外径测量 合格检验 下料2-7检测流程图根据药筒尺寸检测流程图，在三维设计软件 solidworks 中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2-8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23。图2-8 总装配图203 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。3.1 药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3-1所示： 图3-1 总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PLC机器对数据进行采集，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。3.2 药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3-2所示： 图3-2 底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PLC机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PLC机器中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。3.3 药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3-3所示： 图3-3 内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PLC机器中，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。3.4 药筒外径的测量机构设计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3-4所示：图3-4 外径测量装置对外径的测量，主要是运用下面的PLC控制步进电机，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。3.5 药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3-5所示： 图3-5 外径测量装置通过长度、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。3.6 药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3-6所示： 图3-6 药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。3.7 药筒测量平台的设计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PLC等电器控制安装板，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3-8所示：图3-8 测量平台3.8 本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，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PLC）的部分功能30。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适仪器完成设计方案。（3）根据每个测量仪器所测得的数据的特点，对每个待测尺寸进行分析，使之尽可能的满足测量要求。（4）对测量系统进行详细的设计开发，使之要满足使用者的使用要求，针对内径检测系统对气压要求进行检测，若检测结果稳定，再进行独立的内径测量支气路的设计。参 考 文 献1 于海荣.特种弹药弹体尺寸自动检测系统测量方法和软件设计研究D.国防科技大学， 2003.2 罗志超.弹体几何尺寸数字化测量系统的研究D.国防科技大学，2005.3 Stephen J.Tallon,CliveE.Davies. The Effect of Pipeline Locating on AcousticMeasurement of Gas-Solid Pipeline Flow.Flow Measurement a