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三维PROE
激光
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机构
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三维
PROE
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广陵学院毕业设计（论文）开题报告学 生 姓名： 朱明智 学号： 100007150 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 激光测量机纵轴传动机构设计 指导 老 师： 张 军 2014年 4 月 8 日毕业设计（论文）开题报告1、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.测量机的简况与基本构成测量机的测量原理是将被测零件放入其容许的测量空间以获得被测几何型面上各测点的坐标尺寸。根据这些点的空间坐标值进行计算, 求出被测零件的几何形状位置尺寸及其不确定度。世界上第一台测量机是在1959年由英国制造的。现在,国内外的应用已相当普遍。目前, 世界上生产测量机的厂商已超过50家, 品种规格已达300种以上。全世界拥有2万台以上, 我国也拥有400台以上。现代测量机用于：（1）对三维复杂零件的尺寸、形状和相互位置进行高准确度测量；（2）实物模型数字化,例如对飞机机翼的实验模型、汽车外型实验模型的测量；（3）在线质量控制。可以看出,测量机的万能性强,自动化程度高。它是现代化工业生产、科学研究必不可少的精密测量仪器。测量机是以精密机械为基础, 综合应用光学、电子技术、计算机技术等先进技术的测量仪器。称它为坐标测量系统更名符其实。它包括:1）测量机；2）数据处理及控制系统；3）测头和4）软件等四部分。2.激光测量机的工作原理随着我国工业的发展, 人们越来越关注产品质量, 而保证产品质量的关键环节是检验。为解决生产中箱体零件的检测而研制的通用激光测量仪，可对零件的高度、宽度、长度、厚度、距离、位移和各种有关的行位、误差进行高速的、非接触式检测。该仪器具有体积小、功能多等优点。 既可作为独立的光电检测仪，也可作为激光测头与其他系统相结合成为具有柔性的多功能测量机。该项目属于国防科工委“八五”重点项目先进制造技术中关键技术激光测量技术的研究。仪器的基本工作原理是利用光学系统将被测头的空间位置成像于PSD ( 光电位置传感器) 上, 通过光、物、像之间的三角关系, 获得像点在PSD 上的位置, 经PSD, 将光信号转换成电信号, 再通过信号处理实现空间位置测量。这种测量方法又称光三角测量法。3.激光测量机系统结构及测量过程激光非接触式三坐标测量系统主要由：三维扫描机构、激光非接触测量头及对准装置、控制系统和数据处理系统等四部分组成。它实质上是由一个水平X轴、一个垂直Y轴、一个回转工作台加上CCD激光测量头等构成的特别适合回转体高速非接触测量的三坐标机。 系统工作过程为：主控程序先完成系统的初始化,然后把被测量部件放在转台上,在测量过程中转台一直匀速旋转。测量从最底圈开始,一圈一圈测量。当测量一圈时,主控程序启动控制模块控制横梁和滑动臂沿水平及垂直方向运动,使得测量点在测量头的测量范围内,然后转头旋转,使得测量头对准被测部件。转头运动完毕后,运动控制模块通知主控程序运动结束,然后由主控程序启动数据采集模块。数据采集模块在高精度定时线程的控制下进行数据采集。当测量完一圈后,数据采集模块暂停,同时通知主控程序完成一圈数据采集。这时候主控制程序再启动运动控制模块 来调整测量头的位置,准备测量下一圈。这样一直测量到最后一圈,然后系统复位。数据利用串行化技术存储,以供数据处理程序处理。4.机械传动机构的种类通常来说，用于步进、伺服电机驱动的机械传动机构，一般有以下几类：机构特点滚珠丝杠(直接连接)用于距离较短的高精度定位。电机和滚珠丝杠只用联轴节连接，没有间隙。滚珠丝杠(减速)选择减速比，可加大向机械系统传递的转矩。由于产生齿轮侧隙，需要采取补偿措施。齿条和小齿轮用于距离较长的(台车驱动等)定位。小齿轮转动一圈包含了值，因此需要修正。同步皮带(传送带)与链条比较，形态上的自由度变大。主要用于轻载。皮带轮转动一圈的移动量中包含值，因此需要修正。链条驱动多用于输送线上。必须考虑链条本身的伸长并采取相应的措施。在减速比比较大的状态下使用，机械系统的移动速度小。进料辊将板带上的材料夹入辊间送出。由于未严密确定辊子直径，在尺寸长的物件上将产生误差，需进行补偿。如果急剧加速，将产生打滑，送出量不足。转盘分度转盘的惯性矩大，需要设定足够的减速比。转盘的转速低，多使用蜗轮蜗杆。主轴驱动在卷绕线材时，由于惯性矩大，需要设定够的减速比。在等圆周速度控制中，必须把周边机械考虑进来研究。5.滚珠丝杠副当今世界中,能代表机械的、有各种运动机构的装置,可以说无一不是具有某种形式的运动传导机构。滚珠丝杠副是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的最合理的产品。滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种：（1）将回转运动转化成直线运动。（2）将直线运动转化成回转运动。滚珠丝杠副特性有：（1）传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%98%，为传统的滑动丝杠系统的24倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。（2）运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。（3）高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。（4）高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。（5）同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。（6）高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。（7）无背隙与高刚性滚珠丝杠传动系统采用歌德式沟槽形状、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。参考文献1王弘钰，通用激光测量仪，长春邮电学院学报，1999.122田振亚，高东强，郭文举，王海波，二维数控工作台设计，机械设计与制造，2009.23杨萍，数控工作台的设计， 淮南联合大学，1996.84陈孝库，激光测量仪，沈阳信号工厂，19785E.B.Anekcehko，李绍贵，激光测量仪信号的形成,1989.56武勇军，李向，曹芒，李达成，超精加工表面粗糙度的激光测量仪，清华大学精仪系，1996.47岳临萍，孙德宏，丛荣葵，靳兆录，刁鲁南，李刚，多普勒激光测量仪原理简析及应用，济钢中厚板厂，2007.128石成英，林辉，姜勤波，翟晓颖，激光非接触式三坐标测量系统的几何参数标定方法，第二炮兵工程学院，20059闫国珍，线路激光测量仪的设计思路，郑州铁路局科学技术研究所，2008.610彭彦平，菅磊，张伟，非接触式钻头几何形状激光测量仪设计，大连工业大学机械工程与自动化学院，2011.311蒋东，快速扫描三坐标激光测量技术研究，东北大学，200512罗竟涛，基于正交试验的非接触式激光测量的偏差源研究，上汽通用五菱汽车股份有限公司，2012.913黄根林，激光测量系统，上海磨床研究所，1979.314黄战华，蔡怀宇，李贺桥，张以谟，三角法激光测量系统的误差分析及消除方法，2002.615孟献丰，陆春华，倪亚茹，张其土，许仲梓，激光技术的应用与防护，2005.416季国平,我国激光技术的应用与发展，信息产业部电子信息产品管理司，2003.517郑剑和，三维测量与三坐标测量，法如国际贸易(上海)有限公司，2009.718王亚平，郭敏，非接触式激光测量点云数据预处理，200519张国雄，三坐标测量机的发展趋势，天津大学，2000.220黎明，三维激光测量技术及应用研究，浙江大学，20052、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.研究的问题本课题面向三座标激光测量机的传动机构，要求按照设计参数完成纵轴的传动机构设计，并对设计机构校核。完成纵轴传动机构的二维装配图，设计完成关键零件的零件图，建立零件的三维模型。2.研究手段 数控工作台是一个由许多环节构成的复杂的动力学系统，动力学建模是对动力学系统进行分析、仿真、修改、控制和优化的基础。关于建模方法，LeonardCristian Pop 等提出建模的整个过程包括：基于物理模型确定力学模型，基于力学模型确定数学模型；得到模型的部件参数有两种方法：一种方法采用系统固有频率方程求解，另一种方法是得到系统的传递函数；通常用有限数量自由度( DOF) 机械模型对其机械结构进行建模，模型的自由度数越少越好，尽管有限的自由度数会影响结果的精度，但是只要精度在可接受范围内。关于模型的尺度，U.C.Gu等研究了承受移动质量的高速主轴的动态响应，用 Timoshenko 梁理论把滚珠丝杠作为一个高速旋转轴来建模，把螺母作为一个移动的集中质量来建模。R.Whalley等用混合的、分布-集总参数的方法建立机床x 轴驱动系统模型。关于数控工作台模型，王军平等运用集中参数法建立了机械系统进给机构的非线性动力学模型。C Pislaru 等提出了基于传递线建模技术的一台测试装置的建模和仿真，强调了非线性( Coulomb摩擦力和粘性摩擦力、间隙) 的建模和在滚珠丝杠螺母直线运动时作用在其上的轴向力和扭转力矩。滚珠丝杠驱动的数控工作台的物理模型如图 1所示。可以看出: 它是由驱动电机、电机支承、联轴器、前端轴承、前端轴承座、滚珠丝杠、滚珠螺母、后端轴承、后端轴承座、导轨和工作台等组成，是一个复杂的动力学系统。传动部分主要利用步进电机2作为动力源输出转矩，电机输出轴通过联轴器 3 与滚珠丝杠 5 相联接，最后通过滚珠螺母带动工作台 X 向或 Y 向运动，X 向工作台机构，（Y 向图中未示，结构与此类似），如图2所示。换向机构采用滚珠丝杠，固定方式为一端固定，一段有隙，其优点在于压杆稳定和临界转校高，而且丝杠有热膨胀的余地。支承形式采用角接触球轴承一对，背靠背组合的形式。滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢珠，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦大大降低二者之间的摩擦阻力，有助于提高数控系统的相应度与灵敏度。因此在x、y向用滚动导轨副。滚珠丝杠副的选用：1. 滚珠丝杠副的导程 Ph的确定2.
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