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1、毕业论文开题报告学 生 姓 名：学 号：系 别：专 业：论文题目：药筒几何误差自动检测装置控制系统设计指导教师: 2011 年 03月 06 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，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、本课题研究背景及意义 药筒几何误差自动检测装置控制系统设计在计量科学领域，人们根据被测对象几何形状的复杂程度，将工业领域中的测量问题分为箱体类工件测量和具有复杂几何形状工件测量。所谓箱体类工件就是指那些由基本几何元素（点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球）组成的几何工件，包括齿轮箱工件，发动机箱体，机床加工部件或者是由简单的自由形状曲面组成的冲压
2、模、铸模、玻壳工件等等。与箱体类工件相对应的是复杂几何形状工件，这类工件主要由具有明确数学定义的复杂曲线曲面构成，例如各种类型的齿轮，齿轮加工刀具，凸轮轴，配对螺旋压缩机转子部件，蜗杆蜗轮以及步进齿轮药筒等等。 (一)国外研究现状 德国LEITZ公司凭借其在高精度测量领域积累的世界级测量技术以及丰富的应用理论知识，通过高性能、高精确度的PMM-C三坐标测量机与功能强大的工业级计量软件QUINDOS的结合，不断解决来自工业各个领域的高精度和复杂几何形状的计量需求。LEITZ在公司的发展历史上，主要从事研制、开发、制造超高精度坐标测量机，包括在世界高精度三坐标测量机的发展历史上具有里程碑意义的PM
3、M机型，由于PMM机型在测量能力上具有超高精度，同时使用性能上具备长期运行的稳定性。因此PMM型坐标测量机能够在全球安装总数超过1,000台，其中有近百台服务于中国各大精密加工企业，例如航空航天部件生产企业、汽车部件生产企业以及高精度齿轮加工企业。LEITZ公司为了提高高精度坐标测量机的检测效率，降低单件工件检测的测量成本，于2001年成功地推出了目前世界性能最好的PMM-C型坐标测量机，其动态指标分别为最大测量加速度3000mm/秒2, 最大测量速度400mm/秒, 平均触测频率40点/秒。在主机结构形式上，为了实现测量系统极高测量精度和测量性能的长期稳定性，PMM-C超高精度坐标测量机具备
4、如下特征：在主机部件材料选择上，采用具有长期稳定性和对温度变化不敏感的材质构成，例如在整体基座，移动平台和Y轴横梁上采用花岗岩，结构支撑立柱采用铸铁材料。为了实现系统测量性能的长期稳定性，PMM-C坐标测量机在结构形式上为封闭框架：整体花岗岩的主机基座，移动工作台，铸铁立柱以及花岗岩横梁组成高强度的闭式结构。由于PMM-C坐标测量机具有很高的结构强度，因此测量系统即使在加速/减速，或是环境存在某种振动的情况下仍能保持极高的测量精度。(二)国内研究现状在传统测量方法选择上，人们主要依靠下述两种测量手段完成工业领域上述工件的测量，即通过三坐标测量机执行箱体类工件的检测，通过专用测量设备，例如专用齿
5、轮检测仪、专用凸轮检测设备等完成具有复杂几何形状工件的测量。因此对于从事生产复杂几何形状工件的企业来说，完成上述产品的质量控制企业不仅需要配置通用测量设备，例如三坐标测量机，通用标准量具、量仪，同时还需要配置专用检测设备，例如各种尺寸类型的齿轮专用检测仪器，凸轮检测仪器等。这样往往导致企业的计量部门需要配置多类型的计量设备和从事计量操作的专业检测人员，因此企业无法实现柔性、通用计量检测，计量设备使用效率较低，同时企业负担较高的计量人员的培训费用和计量设备使用和维护费用。因此，如何降低企业的测量成本，计量人员的培训费用，测量设备的使用和维修费用，达到提高测量检测效率的目的，使企业具备生产过程的实
6、时质量控制能力。这将关系到企业在市场活动中的应变能力，对帮助企业建立并维护良好的市场信誉，具有重要的决定作用。三、本课题相关理论综述(一)测量装置结构 由于测量机的各个运动轴，在机械结构上彼此独立，因此在整个测量过程中，三个坐标轴独立运动，使得系统在整个测量空间内具有相同量精度性能。光栅尺的布置尽量靠近被测工件，有效的消除了阿贝误差的影响。中央布置驱动系统，消除了坐标轴在运动过程中扭转和偏移。传动系统上采用伺服电机、高精密循环滚珠丝杠，保证测量系统即使在很高系统加速度的情况下，仍然具有稳定的定位精度。探测系统采用3维模拟扫描测头，不但能够提供性能优良的连续3维动态扫描功能，而且测量系统还能够进
7、行精度极高的触发测量。在测量过程中，探针始终沿被测工件表面的法向矢量方向进行触测。因此，即使在配制较长的测杆加长杆的情况下，测量系统也能够自动补偿测头系统的形变和弯曲。采用国际权威机构认证，具有确定热膨胀系数的金属光栅系统，由于光栅系统具有与被测金属工件相近的热膨胀系数，确保系统即使在比较大的测量范围内，仍然具有极高的测量精度。同时测量系统具有非常小的系统分辨率，保证了测量数据具有稳定的重复精度。由于PMM-C坐标测量机在结构上存在上述特征，因此整机系统具有非常小的长度测量示值误差MPEE值和空间探测误差MPEP值。信号处理的时频分析理论(二)几何形状误差测量坐标误差工件齿轮复杂几何形状工件的
8、计量上表依据DIN 3692标准规定，模数610，齿宽2040mm，螺旋齿轮齿向误差ff,齿面形状误差ff以及执行检测功能的坐标测量机所应具备的最大形状测量误差。因此LEITZ生产制造的高精度坐标测量机产品针对特定的齿轮模数，齿轮直径，能够执行依据DIN标准规定一级齿轮的检测任务。PMM-C坐标测量机能够执行齿轮检测的类型包括内外正齿轮、斜齿轮、螺旋伞齿轮、冠装齿轮等等。在测量过程中，通过LEITZ专利制造的TRAX 3维矢量测头的不同测杆组合，完成齿轮检测工作。例如，单测针完成正齿轮检测，8-星型测针组合完成斜齿轮检测，6-星型测针组合完成螺旋伞齿轮的检测。由于在测量过程中，采用多种测针组合
9、，完成检测任务，因此标测量机在执行具有复杂几何形状工件检测任务的过程中不需要额外附加旋转工作台。测量机在执行具有回转轴线的复杂几何形状的检测任务方面，与传统专用检测设备或者是坐标测量机与转台相结合的测量系统相比较存在下述明显的优势。 四、作者的观点和主要思路测量机与QUINDOS专业计量软件相结合，在工业计量领域实现了完全意义的通用计量检测设备。不但能够执行箱体类工件的高精度检测，而且能够执行具有复杂几何形状工件的计量检测任务。标测量机能够执行各种类型齿轮工件检测，齿轮加工刀具的检测，螺旋压缩机转子部件的检测，气轮机叶片的检测以及蜗轮蜗杆的检测。在复杂几何形状的制造领域，PMM-C高精度坐标测
10、量机与工业级测量软件QUINDOS的结合，对生产企业的测量技术革新，测量效率的提高以及整体生产成本的降低发挥着越来越重要的革新作用，能实现激光探测器对药筒的底面和锥面的形位公差和尺寸公差的检测。参考文献:1 James Kenneth Blundell,Mary Lou Hines,Jerrold Stach. The measurement of software design quality. Annals of Software Enginerring.1997,4(0): 2352552 庄葆华 李真.齿轮近代测量技术与仪器.北京：机械工业出版社.1986,5.2603 谢竹铭.齿轮检
11、测.北京：中国计量出版社.1991,12.1464 Yu.Z.Tenenbaum. New and accurate method of regulating lever-gear measuring heads having compensators for manufacturing erros. Measurement techniques.1971,14(6): 39415 范会敏，李晋惠.微型计算机原理及接口技术应用.北京：科学出版 社.2005,46 HY-6040,HY-6110用户手册.北京：华远自动化系统公司.937 CA系列光栅细分数据采集卡用户手册 北京：北京中科恒业中自
12、技术有限公司.2003,6.288 郑阿奇.Visual C+实用教程.2.北京：电子工业出版社.2003,8.464 9 王超龙，陈志华.Visual C+入门与提高.北京:人民邮电出版社，2007，710 潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京：高等教育出版社，2001.711 谭浩强.C程序设计.北京：清华大学出版社.1999，12.388 毕 业 论 文 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、本课题要研究或解决的问题(一)药筒几何误差自动检测装置控制系统设计的理论数据研究。(二)为实现理论数据进行试验探究验证结论，绘制出初步方案图。二、拟采用的研究手段
13、(一)文献综述法：本人查阅了与课题相关的研究成果和文献资料，收集整理了有关方面的数据和资料，并将查找到的资料进行归类整理及加工，为自己的论点服务，以支撑自己的观点。(二)对比分析法：本文运用对比，分析比较了药筒几何误差自动检测装置控制系统。(三)系统综合研究法：本文通过系统综合研究方法，综合上述研究药筒几何误差自动检测装置控制系统设计。如下：自动检测装置控制系统设计是整个药筒几何误差自动检测装置控制系统的关键和核心。它在结构和功能上的合理划分与巧妙实现，对提高药筒整体可靠性、实用性具有重要的意义，同时也是降低制造成本、缩短开发周期的有效途径。为此本章在分析了当前药筒几何误差自动检测装置控制系统
14、广泛采用的控制器结构及PLC的发展之后，提出了采用PLC的控制方法。3.1 控制系统的组成结构控制部分可分为4个部分：感知器、环境、任务、控制器。药筒是由各种机构组成的装置，它通过感知器的内部传感器实现本体和环境状态的检测和信息交互；环境即指药筒所处的周围环境；任务是指药筒要完成的操作，它需要适当的程序语言描述，并把它们存入控制机中，随着系统的不同，任务的输入可能是程序方式，或文字、图形或声音方式；控制器包括软件和硬件两大部分，相当于药筒的大脑，它以计算机或专用控制器运行程序的方式来完成给定的任务。控制系统的硬件一般包括3个部分：(1) 感知部分 用来收集药筒的内部和外部的信息，如位置、速度、
15、加速度传感器可接受药筒的本体状态，而视觉、触觉、力觉等传感器可感受药筒的工作环境的外部状态。(2) 控制装置 用来处理各种信息，完成控制过程，产生必要的控制指令，它包括计算机相应的接口等。(3) 驱动部分 为了使药筒完成操作及移动功能，药筒各关节可选用气动、液动、电气等方式驱动。3.2 控制系统的性能要求对于一般的控制系统有以下控制的要求：(1) 稳定性 稳定性是系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏离平衡点恢复到原平衡点状态的能力。稳定性是一般自动控制必须满足的基本要求，对稳定性的研究是自动化控制系统中的一个基本问题。 (2) 过渡过程性能 描述过渡过程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指
16、系统由初始状态运动到新的平衡状态时具有较小的超调和震荡性；系统由初始状态运动到新的平衡状态经历的时间表示系统过渡过程的快速程度。(3) 稳态误差 稳态误差是在过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。控制系统的稳态误差越小，说明控制精度越高。因此，稳态误差是衡量控制系统性能好坏的一项重要指标，控制系统设计的任务之一就是在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或者小于某个允许的限制值。3.3 传感器的选择 传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。根据本设计的要求需要对位置检
17、测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。位置检测装置检测药筒动作是否到位，滑觉传感器是判别物料是否被稳定吸住，视觉传感器是为了完成药筒对物料的识别。3.4 控制系统PLC的选型及控制原理3.4.1 PLC控制系统设计的基本原则一、 PLC机型的选择 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： (1) 确定合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在IO点数、输入
18、点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。考虑此系统控制比较简单，应用于小批量的生产线故此选择整体试PLC的结构形式较为合适。(2) 确定合理的安装方式 PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。在工厂小批量生产中降低成本是很重要的
19、，所以此系统选择集中试的安装方式。 （3)满足相应的功能要求 一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。 对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。此系统只需用开关量控制，选用一般小型PLC即可。(4)满足响应速度要求 PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度
20、一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 本系统不需要跨范围使用PLC对某些功能或信号也没有特殊的速度要求，不需要选用具有高速IO处理功能的PLC。 (5)满足系统可靠性要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。本系统选用一般系统PLC能够满足要求，不需要考虑太多此方面的问题。 (6) 机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。以保证其模块可互为备用，便于备品
21、备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的提高；其外部设备可以通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统3.4.2 PLC种类及型号选择PLC种类较多，主要有西门子、三菱、OMRON、FANAC、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。根据前面确定的PLC点数：实际输入点28点，实际输出点12点，综合对比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西门子系列、OMRON系列中I/O点数为48点各型号的PLC的价格、性能、实用场合等各方面。本系统可选择PLC型号
22、为：FX2N64MR001，合计总数64点32点输入，DC24V，32点继电器输出；尺寸（mm）：2208790，其性能、价格都优于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。该型号PLC有32个输入节点，32个输出节点，能够满足系统要求并留有一定的余量。4.4.4 PLC外部接线图 根据表4.1、4.2分配输入/输出信号与PLC输入/输出接口分配情况及所选定的PLC，得到PLC的外部接线图如图： 图4.1 PLC外部接线图 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 2010年03 月 20日所在系审查意见： 教学主任： 2010年03月23日
