激光掃描測徑儀設計模板

機械工程及自動化專業(yè) 畢業(yè)設計 指導書 （專科） 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010年 2月 1 目 錄 一、 畢業(yè)實習大綱 二、 畢業(yè)設計大綱 三、 畢業(yè)設計（論文）撰寫格式 及 裝訂要求 1 一、 畢業(yè)實習大綱 1、 畢業(yè)實習目的 畢業(yè)實習是專業(yè)教學計劃中 理論與實際相結合的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。 其目的 是結合畢業(yè)設計的主要內容，了解 有關的 生產、 研究、使用情況，包括 歷史、現狀、國內外概況，研究手段和方法、 以及存在問題和發(fā)展趨勢。鞏固、加深和拓展已學 過的基礎理論和專業(yè)知識。培養(yǎng)理論聯系實際，在生產實際中調查研究、發(fā)現問題，并善于運用所學知識分析、解決實際生產技術問題的能力。培養(yǎng)學生文獻檢索的能力。通過畢業(yè)實習為畢業(yè)設計打下良好的基礎。 2、 畢業(yè)實習時間 畢業(yè)實習時間根據學院教學計劃統(tǒng)籌安排，一般安排在最后一學期的課結束、畢業(yè)設計之前進行。 本次畢業(yè)實習 歷時 3 周左右。 3、畢業(yè)實習 方式 根據畢業(yè)設計的內容、特點和要求，可以就近選擇一個或兩 個具有專業(yè)代表性的公司或工廠進行實習。實習方式可以采用集中實習或 根據學生各自的畢業(yè)設計的題目分散實習 的方式 進行 。 4、畢業(yè)實習主要內容 通過畢業(yè)實習，充分了解所設計課題，了解生產實際情況，建立感性認識，開闊視野，在畢業(yè)設計中能夠充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，順利完成畢業(yè)設計。 對 實習內容主要有： (1)了解機電一體化技術的應用及國內外發(fā)展水平、動態(tài)，尤其是國內特別是畢業(yè)實習工廠的機電一體化技術水平及應用情況。 (2)了解畢業(yè)實習工廠的發(fā)展概況和產品結構及發(fā)展趨勢、前景。 (3)掌握典型產品的生產技術要求，生產工藝流程，產品的調試檢測手段、方法和有關設備及儀器，對典型的機電一體化產品所采用的有關專業(yè)知識及生產過程和 生產工藝有一個全面的認識。 (4)了解產品從設計、加工、裝配 、調試到最后合格成品所需的全部技術文件及后備資料，盡可能多地了解這些文件及資料的規(guī)范和內容，并認真摘錄，以供參考。 (5)較詳細地掌握典型機電一體化產品的構成，各組成部分的密切聯系。 2 包括傳感部分，分析運算部分，控制部分 ,執(zhí)行部分等。 (6)了解生產過程中容易出現的問題，學習用已學過的有關知識解決技術生產中所出現的問題的方法。 (7)在實習過程中，要根據自己的設計題目的類型，重點有針對性地進行。 在畢業(yè)設計過程中盡可能多地搜集資料，為畢業(yè)設計打下良好的 基礎。 5、畢業(yè)實習考核方式 畢業(yè)實習考核是檢查實習效果的有效手段，每個學生都要對實習的全過程進行全面地總結。實習結束后，要提交實習總結報告， 教師應對每個學生進行考查，可以 以 口試或筆試的形式進行。 畢業(yè)實習成績的評定，應根據學生在實習期間的表現、實習報告、文獻資料收集 、運用所學知識獨立分析、處理、解決實際問題的能力，并結合各階段 考查成績綜合評價。 成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格評定。 畢業(yè)實習不及格者不能參加畢業(yè)設計。 6、畢業(yè)實習注意事項： (1)自覺遵守紀律，服從指揮，維護學校和班級的聲譽。 (2)遵守實習工廠的各項規(guī)章制度，絕對禁止亂模亂動、嘻鬧、大聲喧嘩和擅自脫離集體而自由活動的現象。 (3)認真聽取有關人員的講解，做好記錄，虛心請教。 (4)遵循實習單位的有關技術保密的要求和防范措施。 (5)舉止文明，團結協作，注意安全。 3 二、 畢業(yè)設計大綱 1、畢業(yè)設計目的 畢業(yè)設計是重要教學環(huán)節(jié)，是學生完成教學計劃所規(guī)定的全部課程及有關實踐環(huán)節(jié)之后所要進行的一項綜合 性教學活動。其目的在于綜合訓練學生運用所學基礎理論、基本知識和基本技能、分析問題和解決問題的能力，完成工程師的基本訓練和受到科學研究方法的初步訓練。通過畢業(yè)設計（論文）進一步培養(yǎng)學生的 自學能力、 創(chuàng) 新能力、調查研究、檢索和閱讀中外文資料的能力，工程方案的分析 、論證、計算和設計能力，試驗研究和分析處理數據的能力，計算機應用能力，工程制圖能力，編寫技術文件和從事科學研究的能力等。 2、畢業(yè)設計時間 畢業(yè)設計時間根據學期教學計劃統(tǒng)籌安排，畢業(yè)設計時間安排在最后一學期的 畢業(yè)實習之后進行，具體時間以每次布置畢業(yè)設計時規(guī) 定為準。根據成人教育 的培養(yǎng)目標和實際特點，指導教師可以提前布置設計任務。 3、畢業(yè)設計 基本要求 畢業(yè)設計的內容 ，對能否滿足教學要求，保證畢業(yè)設計的工作量和水平有著十分重要的意義。為此，選題時應注意以下原則： (1)選題必須符合培養(yǎng)目標的要求，對學生進行較全面的綜合能力培養(yǎng)和訓練；設計內容體現本專業(yè)的特色，反映本專業(yè)所學的基本理論、基礎知識和基本技能要求。 使學生能利用已經掌握的知識并借助自身的努力解決一些實際的問題，有助于培養(yǎng)學生嚴謹的、科學的工作作風。 (2)設計 題目在滿足教學要求的前提下，應盡量 結合生產實際、工程 研究 等應用性的課題 。 (3)選題的難度和工作量適當，不可偏重或偏輕，學生經過努力，能夠在規(guī)定時間內完成。 (4)選題可應適當考慮學生之間知識和能力的差別，因材施教。 (5)畢業(yè)設計題目由指導教師提出，并對題目的 意義、要求、主要內容、前期工作及具備的條件進行說明 ,經院系 組織教師討論確定，以保證題目 的難易程度和設計質量。 (6)盡可能 堅持每人一題的原則，對于較大的題目 需要多位學生共同參 4 加的 ,須明確每個學生應獨立完成的部分 ,以保證每人都受到較全面的訓練 ,又具有各自的特點。 (7)設計題目一經確定 ，指導教師要編寫畢業(yè)設計任務指導書。 (8)畢業(yè)設計指導書的主要內容應包括以下方面： a)設計題目； b)設計要求； c)設計參數； d)設計內容及工作量； e)應遵守的法規(guī) ， 設計中涉及各種標準、政策和法令，須要特別指出的，應在任務書中指明。 f)己學過的相關理論知識提要以及與本設計題目有關的新知識； g)指導方式和大致的進度安排； h)題目的重點和難點以及與同組其它學生所做題目的關系； i)設計說明書撰寫要領； j)答辯之前學生應作的準備工作提要； (9)畢業(yè)設計 說明書 (或 論文 )用計算機打印，在編排、打印 的格式上必須嚴格符合成人教育學院的規(guī)范要求。 4、畢業(yè)設計指導 畢業(yè)設計是對專業(yè)基礎知識掌握情況的一次綜合檢驗，又是實際工作能力的鍛煉機會，每個同學必須認真對待。 畢業(yè)設計要求學生在教師的指導下獨立完成，實行指導教師或指導 小組負責制，指導教師要注意培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，鼓勵學生的創(chuàng)新精神。 根據畢業(yè)設計的內容，在查閱收集資料的基礎上，進行總體方案設計及工程計算。總體方案設計要全面考慮，深入分析，詳細論證，所選方案合理、可行，并能充分體現出自己獨特的見解和創(chuàng)新意識。畢業(yè)設計的總體方案必需經過 指導教師的審查通過方可繼續(xù)進行。 畢業(yè)設計的機械制圖或電原理圖等要符合技術規(guī)范， 機 械設計圖應采用國家最新的標準進行設計、繪制和標注。電路設計圖可采用國家最新的標準進行繪制和標注，也可以用國際上流行的圖庫標準進行繪制。機械設計圖應 5 包括裝配圖和零件圖，總裝配圖一般不小于號圖紙的大小，部件裝配圖和零件圖根據機構的復雜程度由指導教師批準可完成部分圖紙。電路設計一般應有框圖和電原理圖。圖紙量由指導教師決定 ，一般工程設計類總圖量不少于兩張 A0。 畢業(yè)設計說明書（或論文）要論證嚴密，條理清晰，重點突出，論點鮮明，分析透 徹，計算準確，語言規(guī)范，字跡工整，要有系統(tǒng)性和邏輯性，結論或結果要合理。對自己新穎的觀點和創(chuàng)造要有充分的依據。引用參考資料要有重點。對論文中所采用的機構圖或電路圖一般應自己畫出，不得用復印或謄印圖粘帖。但對于較復雜的在概論或總體方案論證中所采用的一些外來的機構圖，經指導教師同意后可以采用復印或謄印圖。對設計中所編制的軟件程序要做必要注釋和分段說明。 畢業(yè)設計說明書（或論文） 后面所附的軟件程序或者元器件總表和參考文獻不計算論文的總字數。 指導教師要 指導 學生制定出詳細的工作計劃，每階段的任務和要實現的目標要有細 致的安排。在設計過程中，對每一個環(huán)節(jié)都必須嚴格要求，檢查學生的工作態(tài)度、工作進度、工作質量，及時對學生進行指導，檢查和記錄，作為評定成績的一個依據。 畢業(yè)設計說明書（或論文）字數一般限定在 12000到 18000字 。在論文后面所附的軟件程序或者元器件總表和參考文獻不包括在內。 畢業(yè)設計說明書（或論文）應有不少于 300字的中文摘要。不少于 10篇的參考資料。 畢業(yè)設計完成后，指導教師要認真審閱，并根據學生的工作態(tài)度、工作能力、設計質量等方面對設計作出較全面、準確的評價，寫出書面評語，給出成績。 5、畢業(yè)設計評價 畢業(yè)設計成績由答辯委員會根據指導教師給定的成績、評閱教師的評閱成績，學生答辯成績給出畢業(yè)設計建議成績，報成教院畢業(yè)設計領導小組審批。成績按優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級評定， 其中優(yōu)秀人數不超過20%，良好人數不超過 50%。 6 三、 畢業(yè)設計（論文）撰寫格式及裝訂要求 （一） 結構要求 學生畢業(yè)設計（論文）完成后， 必須經指導教師同意， 方可定稿、裝訂。設計說明書的文字稿 單面打印在 A4的白色紙上。 頁邊距上、下、左、右 均為2厘米 ；頁眉為 1.5厘米 ；頁腳為 1.75厘米 ；裝訂線為左側 0.5厘米 。 論文裝訂成冊一 般包含 12個部分： 1、封面 (成教院提供的 ) 2、任務書 (成教院提供的 ) 3、指導教師評語 (成教院提供的 ) 4、答辯記錄 (成教院提供的 ) 5、中文摘要 6、目錄 7、 正文 8、 結束語 9、 參考文獻 10、 附錄（必要時） 11、 致謝（必要時） （二） 各部分具體要求如下 1、 封面、任務書、 指導教師評語、 答辯記錄 此四部分由成教學院統(tǒng)一印制、發(fā)放。 任務書頁 :除了指導教師簽名欄外 ,全部由學生填寫。任務下達時間為老師第一次布置任務的時間；畢業(yè)設計開始時間為老師第一次布置任務的時間；畢業(yè)設計結束時間為答辯時間的前 5天左右。以上時間全班統(tǒng)一。 指導教師評語頁： 該頁由教師填寫。 答辯記錄頁： 前兩行由學生填寫。 2、 中 文摘要及關鍵詞 “中文摘要”另起一頁 。 標題“摘要 ”用黑體三號字居中打印，中文“摘要”兩字之間空四 格。 7 “摘要”上下各 空一行。 中文摘要內容及關鍵詞的內容用小四號宋體打印 ，行間距 18-20磅。 “關鍵詞”用 黑體小四號字頂格打印。 中文 摘 要 內容約 300-500字左右， 關鍵詞 3 5個。 各關鍵詞之間有 1個空格及分號。 3、 目錄 標題“目錄”二字用黑體三號字居中打印，二字之間空四格。 目錄內容主要包括緒論、 正文主體、結束語 、參考文獻、附錄等。正文中各章、節(jié)內容應簡明扼要， 其中每章題目采用 宋 體 四號字，每節(jié)題目采用宋體小四號字。要注明各章節(jié)起始頁碼，題目和頁碼間用“ .” 相連 ，行間距 18-20磅 。 目錄只編寫到二級就可以了，即章、節(jié)。 4、 正文 正文主體內容用宋體小四號打印， 行間距 18-20磅 。 正文中各章 題目（一級目錄標題）采用三號黑體 字 居中放置，如“ 1 XXX”； 每節(jié)題目 （二級目錄標題） 采用四 號黑體 字 居左放置，如“ 1.1 XXXX”；三級及以后目錄標題 用 小 四 號黑體 字 居左放置 。 文中插圖、 畢業(yè)論文中的圖、表 要統(tǒng)一編號。表格中文字用五號宋體。表頭、圖例說明用五號黑體。 圖、表在 頁面中的位置應左右居中 。圖中標注應在圖的下方并居中，表中的標注應在表的上方并居中。 5、 結束語 標題“結束語”三字用黑體三號字居中打印，二字之間空一格。 內容采用宋體小四號打印。 6、 參考文獻 參考文獻要另起一頁，一律放在正文后，不得放在各章之后。標題 “ 參考文獻 ”用黑體三號字居中打印， 參考文獻內容用宋體小四號字打印。 參考文獻 只列出作者直接閱讀過或在正文中被引用過的文獻資料。 根據中國高校自然科學學報編排規(guī)范的要求書寫參考 文獻，并按順序編碼制，作者只寫到第三位，余者寫“等”，英文作者超過 3人寫“ et al”(斜體 )。 幾種主要參考文獻著錄表的格式為： 8 連續(xù)出版物： 作者文題刊名年，卷號（期號）：起止頁碼 專（譯）著： 作者書名（譯者）出版地：出版者，出版年，起止頁碼 論 文 集： 作者文題編者文集名出版地：出版者，出版年，起止頁碼 學位論文： 作者 文題博士（或碩士學位論文）授予單位，授予年 技術標準 ： 發(fā)布單位技術標準代號技術標準名稱出版地：出版者，出版日期 7、 附錄 （必要時） 附錄要另起一 頁。 標題“附錄”用黑體三號字居中打印，二字之間空四格。 附錄的有無要根據畢業(yè)設計（論文）內容而定， 內容一般包括正文內不便列出的冗長公式推導、符號說明（含縮寫）、計算機程序等。 （三） 畢業(yè)論文版面要求 1、畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文一律用計算機打印。 2、論文 版面 一律用 A4復印紙， 紙張自備 。頁面上、下邊距各 2cm,左、右邊距各留 2cm, 裝訂線留 0.5cm并置于頁面左邊。 頁碼一律位于頁面下方并居中，頁眉、頁角邊距為 1.5cm。裝訂剪裁尺寸為寬 18.4cm，高 26cm。（ 注：16開復印紙幅面為寬 19.5cm，高 27cm） 3、頁碼一律位于頁面下方并居中，只有阿拉伯數字。 中文摘要、目錄、正文等要分別編頁，即這三部分的起始頁碼都是“ 1” 。 4、頁眉 :中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） ,五號楷體、加粗。 5、畢業(yè)論文中的圖、表要統(tǒng)一編號。圖、表在頁面中的位置應左右居中；圖的編號及其有關圖的說明文字為五號宋體，在圖的下方。 表編號及其表的說明文字為五號黑體，在表的上方。圖或表中的文字為五號宋體。 6、未盡事宜請 咨詢指導教師。 （四）答辯前需要提交的材料 1、裝訂好打印的畢業(yè)設計說明書或論文一本。 9 2、圖紙若干張。 3、電子文檔（說明書和圖紙）光盤 。 可以一個組刻錄一張光盤，裝在組長的資料袋內。 4、以上內容裝在 通用 的資料袋內。在資料袋面上寫上 設計者的 姓名和設計題目，資料袋 內的內容。 在 資料袋的左上角寫函授站點名 。在資料袋的右上角寫指導教師的姓名或姓。 在資料帶的側面寫設計者的專業(yè)、班級、姓名。 5、 以上資料應在答辯前三天交到指導教師處。 以下為說明： 10 摘 要 (“摘要”之間空四 格，采用三號字、黑體、居中，與內容空一行 ) （內容采用小四號宋體） 關鍵詞： (小四號、黑體、頂格 ) （內 容采用小四號、宋體、接排、各關鍵詞之間有 1個空格及分號） （另一頁） 目 錄 （三號、黑體、居中、目錄兩字空四格、與正文空一行） 內容格式參照后邊的 舉例。 (另一頁 ) (空一行 ) 1（空一格） （章名稱） （ 三號、黑體、居中） (空一行 ) 1.1（四號黑體） (二級目錄前后各空 0.5行 ) （內容小四號宋體） 1.2（四號黑體） 1.2.1 （小四號黑體） （內容小四號宋體） （空兩 行 ,或另起一頁空一行 ） 2 (空一行 ) 11 2.1 （四號黑體） (另一頁 ) 參考文獻 （三號、黑體、居中） 1 2 (另一頁 ) 附錄 X： (三號黑體，居左頂格， X表示 1， 2或一，二等 ) （小四號 宋體，行距 18磅，下同） (另一頁 ) 致 謝 （ “致謝”二字中間空四格、小三 號字、黑體、居中。內容限 1頁，采用小四號宋體。段前一行，段后一行） （小四號宋體，行距 18磅） 以下為舉例 1 摘 要 隨著機械、電子、光學產業(yè)的迅速發(fā)展，對工件參數的精度要求，也越來越高，傳統(tǒng)的測量方法不能夠實現各個方面的需要。激光掃描測徑儀采用激光掃描方式，對生產線上回轉體被測對象實現高速度、高精度、非接觸測量。由于非接觸的特點，對被測對象無任何干擾，因此非常適合熱的、軟的和運動的被測對象。 激光掃描測徑儀系統(tǒng)是一種基于光學技術、現代激光、電子學、計算機、精密機械等多學 科技術于一體在線檢測系統(tǒng)。它是用半導體激光器作為光源，把被測對象的幾何尺寸經過掃描光學系統(tǒng)和光電變換系統(tǒng)轉變成電信號，由單片機實時采集數據。本論文完成了激光掃描光學系統(tǒng)基本參數的確定；精密機械結構設計中，提出采用微調精度在 um 級的 二維微調透鏡架及微調反射鏡鏡架結構；可自定義細分數的步進電機斬波細分驅動器設計，基于 LPC932 信號采集、顯示及通訊的最小系統(tǒng)設計； 采用可視化編程工具 VB實現單片機系統(tǒng)和 PC 機的接口控制和數據處理功能 ；最后分析產生測量誤差的原因，提出進一步改善系統(tǒng)精度的方法。 本測量系統(tǒng)成本低，可 以與計算機相聯，可進行測量數據的集中采集和分析，以便進行質量分析和統(tǒng)計，并在生產過程中如出現質量問題進行報警和提示，便于實現控制和生產過程自動化。 關鍵詞 ： 激光掃描 測徑儀； 非接觸測量 ； 斬波細分 ； LPC932 (摘要字數 300500. 關鍵詞 35個 ) 1 目 錄 1 緒論 . 錯誤 !未定義書簽。 1.1 前言 . 1 1.2 激光掃 描測徑儀的背景及國內外的發(fā)展狀況 . 1 1.3 研究的目的和意義 . 4 2 總體方案設計 . 錯誤 !未定義書簽。 2.1 激光掃描測徑儀基本原理 . 錯誤 !未定義書簽。 2.2 掃描法的特點 . 錯誤 !未定義書簽。 2.3 光學系統(tǒng)設計 . 錯誤 !未定義書簽。 2.4 主體精密機械系統(tǒng)設計方案 . 錯誤 !未定義書簽。 2.5 單片機實時控制與數據采集系統(tǒng)設計 . 錯誤 !未定義書簽。 2.6 回轉體其它參數測量方案 . 錯誤 !未定義書簽。 3 光學系統(tǒng)設計 . 錯誤 !未定義書簽。 3.1 光源的選擇 . 錯誤 !未定義書簽。 3.2 多面體反射鏡 . 錯誤 !未定義書簽。 3.3 f 透鏡的設計 . 錯誤 !未定義書簽。 4 精密機械結構設計 . 錯誤 !未定義書簽。 4.1 激光掃描測徑儀機械結構的設計思路 . 錯誤 !未定義書簽。 4.2 二維微調透鏡架設計 . 錯誤 !未定義書簽。 4.3 反射鏡的微動結構 . 錯誤 !未定義書簽。 4.4 機械結構中電機的選擇 . 錯誤 !未定義書簽。 4.5 箱體及底座的設計 . 錯誤 !未定義書簽。 5 硬件電路設計 . 錯誤 !未定義書簽。 5.1 光電接收器件 . 錯誤 !未定義書簽。 5.2 模擬信號分析 . 錯誤 !未定義書簽。 5.3 前置放大電路 . 錯誤 !未定義書簽。 5.4 低通濾波電路 . 錯誤 !未定義書簽。 5.5 比較電路設計 . 錯誤 !未定義書簽。 5.6 步進電機斬波細分驅動硬件實現 . 錯誤 !未定義書簽。 5.7 LPC932 數據采集模塊 . 錯誤 !未定義書簽。 5.8 電源電路 . 錯誤 !未定義書簽。 5.9 超差報警電路 . 錯誤 !未定義書簽。 6 系統(tǒng)軟件設計 . 錯誤 !未定義書簽。 2 6.1 主程序設計 . 錯誤 !未定義書簽。 6.2 數據通訊模塊設計 . 錯誤 !未定義書簽。 6.3 步進電機驅動模塊設計 . 錯誤 !未定義書簽。 6.4 軟件抗干擾模塊設計 . 錯誤 !未定義書簽。 6.5 系統(tǒng)仿真調試 . 錯誤 !未定義書簽。 7 儀器誤差分析 . 錯誤 !未定義書簽。 7.1 基本參數對測量精度的影響 . 錯誤 !未定義書簽。 7.2 誤差分析 . 錯誤 !未定義書簽。 7.3 改進方案 . 錯誤 !未定義書簽。 結束語 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 錯誤 !未定義書簽。 附錄一 . 錯誤 !未定義書簽。 附錄二 . 錯誤 !未定義書簽。 致謝 . 錯誤 !未定義書簽。 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒 論 1.1前言 隨著現代科學技術以及復雜的自動化控制系統(tǒng)和信息處理理論技術的提高，光電信號變換與檢測技術的不斷涌現，綜合性的 自動化、智能化的光電系統(tǒng)得到了進一步發(fā)展，形成了包括光學、精密機械、電子學和計算機科學技術的高度知識集中的新學科 光學精密機械電子學 (Optomecharonics )。這種跨學科的邊緣技術就是光電技術，現在己經廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、國防、科研以及家庭生活等各個領域。 光電檢測技術 1是光電技術的核心和重要組成部分，它是一種非接觸式測量的高新技術，以激光、紅外、光纖等現代光電器件為基礎，通過對載有被檢測物體信息的光輻射進行檢測，即通過光電檢測器件接受光輻射并轉換為電信號，由輸入電路、放大濾波等檢測電路提取 有用信息，輸入到單片機中運算、處理，最后顯示或打印輸出所需檢測物體的幾何量或物理量等參數。光電檢測技術是現代檢測技術最重要的手段和方法之一，是計量檢測技術的一個重要發(fā)展方向。光電檢測技術作為現代測試技術的一種最具代表性的高新技術，它具有某些其它檢測技術無法比擬的特點 。 現代生產要求具有柔性、非接觸性、高速度和高精度的檢測技術，而光電檢測技術由于與計算機和新型傳感器的緊密結合， 恰好能滿足現代生產的要求。目前，國內對回轉體零件同一截面不同方 向直徑的檢測多數采用接觸式方法進行測量。為確保生產出的回轉體零 件合乎要求并達到高精度在線檢測的目的，迫切需要研制一種用于回轉體零件同一截面多個方向的徑向尺寸和橢圓度等參數尺寸的快速自動檢測設備，從而有必要進行多向激光掃描檢測系統(tǒng)的研究。 1.2 激光掃描測徑儀的背景及國內外的發(fā)展狀況 目前，高新技術產業(yè)逐漸向技術密集型轉軌，測試技術面臨著越來越多的復雜問題，不但要有較高的測量速度及可靠性，而且還要向自動化、數字化、智能化方向發(fā)展。這勢必將使原有的靜態(tài)、接觸測量轉向動態(tài)、非接觸、在線測量 .激光掃描尺寸檢測技術作為一種非常有效的非接觸檢測方法在國中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 2 外被廣泛地應用于工件尺寸的 在線檢測 2. 在單向激光掃描方面，日本 Kenyence 公司生產的產品，掃描式 Ls-7000系列其測量范圍為 0.3mm 30mm, 測量精度為 3um，外型尺寸為325.5x91x38mm，取樣速度為 2400 次 /s，當測量范圍為 0. 04-6mm 時，測量精度達 O.5um，重復性精度為 0.06um。 美國 BetaLaserMike 公司為了滿足不同用戶的使用要求，設計了不同測量范圍和測量精度的單向激光掃描產品，如型號 510-195，其測量范圍為 0. 38-5 O mm，重復性精度 0. OOO5mm，如圖 1-1所示 ；英國 Scantron Industrial Products Ltd 也有多種激光掃描產品，如表 1-1 所示。 圖 1.1 510-195 型激光掃描儀 美國 TSI 公司研制了一種新的檢測儀表 SA5050，其測量范圍為 1.0-48. 0mm，測量速度達 1167次 /秒 /軸，重復性精度為土 0.76um,線性度達到 0. 0l%。其采用了全息激光掃描技術以快速精確地測量物體的尺寸。其核心部件是專利號為 4, 329, 326 的全息光碟。全息光碟里包含了許多全息光單元 (HOE )，每一個 HOE 單元都起一個折射透鏡的作用。激光束通過光碟和 HOE 產生折射，第一束折射光以大約 22 離軸角折射，當光碟旋轉時， HOE 形成的柵角也同時旋轉，使光束從測量域的一邊掃描到另一邊。 這種儀器的測量基本原理與激光掃描系統(tǒng)基本一致，同樣采用激光二極管，產生激光束并投射到全息光碟上，產生掃描光束。掃描光束通過校準透鏡，產生測量域，最后由聚焦透鏡聚焦并被接收器件接收。光接收器接收的光信號轉變?yōu)殡娦盘柌⑦M行數模轉換，并通過復雜的邊緣探測法的分析，從而測得每一次掃描時物體的確切位置。 在雙向激光掃描方面，美國 BetaLaserMike 公司的直徑測量儀器達到了中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 3 當今激光掃描的最高水平之一，測量范圍為 0-25mm 時，測量精度為 1lum，外型尺寸為 380x360x80mm。美國 TS 工公司現在制造出了名叫 holix 量具的雙直徑激光掃描器，其所采用的全息激光掃描檢測技術處于世界領先水平，使這種儀器成為世界上最好的直徑測量量具，而不受已存在技術的限制，這種量具能達到每軸每秒 2833 次測量，采用這種專 利 技術， holix 量具可以在每次掃描時提供如今所能達到的最高精度。而其它量具必須在平均多次測量之后才能得出一個精確的量值。 圖 1.2 雙向激光測徑儀 我國在光電檢測技術研究方面起步較晚，但發(fā)展迅速，從八十年代末、九十年代初國內一些單位開始研究激光掃描直徑測量技術，到目前為止，北京、上海、南京等地的一些單位均采用激光掃描法研制出測量直徑的設備。如河北激光研究所研制的 JCJ-1 激光測徑儀 3，其測量范我國對一些關鍵技術已取得進展，并研制了多種激光、光電檢測儀器和設備。 激光掃描測徑儀的研究代表了非接觸測量的發(fā)展方向。近年來利用光學原理設計的測量儀器非常多，隨著大量非接觸測量儀器的出現， 21世紀測量技術的發(fā)展方向大致如下隨著標準化體制的確立。 總之，測量技術必須實現高精度化，同時也要求實現高速化和高效率化，因此，非接觸測量和高效率測量也就必然成為新世紀精密測量技術的重要發(fā)展方向。而激光掃描測徑儀的發(fā)展正適合了這種新的趨勢。 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 4 1.3 研究的目的和意義 在查閱分析國內外多種直徑 在線檢測方法的基礎上，提出了激光掃描法檢測 直徑 的方案，解決了許多生過程中工件需要在線測量的問題。 2.1激光掃描測徑儀基本原理 激光掃描測徑系統(tǒng)是集激光技術、光學技術、計算機技術、精密機械技術、電子技術 于一體光機電系統(tǒng)。由激光器，棱鏡，反射鏡 f 透鏡，光電接收器，信號處理電路，單片機，鍵盤，數碼顯示組成。 直徑 測量大都是接觸測量， 而其 非接觸測量主要是基于計算機視覺的測量。但對于小直徑、非回轉工件的 直徑 檢測，例如 :采用拉制技術生產的電線電纜類等，這些測量技術就不能解決了。 圖 2.1 激光掃描法測徑系統(tǒng)原理 1.半導體激光器 2. 反射棱鏡 3.八面體反射棱鏡 4.前透鏡 5.聚焦透鏡 6.光電二 極管 從激光器 1發(fā)出的激光光束，經反射鏡 2射向掃描轉鏡 3，再經掃描轉鏡 3的反射面反射經過準直透鏡 4后，光束成為平行于光軸的平行光束對工件 7進中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 5 行掃描，經聚光鏡 5聚光后進入光電接收器 6，最后經光電變換和電子學數據處理系統(tǒng)處理，便可得到被測工件的測量結果。 從圖 2.1中可以看出激光掃描法。系統(tǒng)工作的理論掃描速度 V=2wf， w掃描轉鏡角速度 ；f為掃描光學系統(tǒng)焦距。 用此原理測量被測工件的直徑 D,此時被測工件直徑值 D可由 (2-2)式給出 ： D=VT (2-1) 式中 ： V為掃描速度， T為掃描時間。 假設 采集系統(tǒng) 的脈沖周期為0T， 頻率為 ，則在 T時間內被測件的被測直徑所包含的高頻脈沖個數 A為 : 0TTA (2-2) 由式 (（ 2-2） 可得 : VDT (2-3) 從式 (2-3)中可以看出，激光掃描檢測系統(tǒng)的直徑測量原理只涉及 V和 t兩個參數，而式 (2-6)又表明實際掃描速度 V并不等于理論掃描速度 2fcv，而是隨著 的變化而變化的，并與 ， ， R， f有關，當 v 0時，就會引起測量誤差 ；而且掃描時間也和系統(tǒng)的時鐘頻率、電機轉速等有關。可見， v和 t都不是絕對獨立的參數。 2.2掃描法的特點 至此我 們已對激光掃描法作了深刻的剖析，通過采用激光掃描技術，能夠把空間尺寸測量轉換為脈沖時間間隔測量，從而明顯地提高測量精度和抗干擾性能，它適用于在線測量。 根據光學系統(tǒng)的光學行為特性，一般光學系統(tǒng)滿足不了這兩個要求。由式 (2-6)可知在系統(tǒng)結構參數確定后，掃描速度是 的函數，及掃描速度 v隨 的變化而變化，并不是常數。 另一方面，由于采用多面體棱鏡，掃描光束在轉鏡上的反射點、回轉中心和光學系統(tǒng)的焦點三者不重合，從而產生離焦現象 5，在光軸方向的離焦量由下式給出 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010屆畢業(yè)設計（論文） 6 3 光學系統(tǒng)設計 3.1光源的選擇 激光光源與普通光源相比，因具有能量集中、方向性好、單色性好和相干性好等優(yōu)點，已成為高精度測量的理想光源。早期的激光掃描 檢測 系統(tǒng)均采用氦氖 (He-Ne)激光器作為光源。氦氖激光器屬于氣體激光器，工作物質 是氦氣與氖氣，在用硬質玻 。 近些年來，隨著半導體激光器 8技術的迅速發(fā)展，它因具有體積小、重量輕 .。 由于半導體激光器有源層 橫 因而需設計準直光學系統(tǒng) 10和整形光學系統(tǒng)11。半導體激光器功率的選擇取決于光 電接收器件以及后續(xù)光學信息處理對光通量的要求，還應考慮中間光學系統(tǒng)對透過光通量的影響。 3.2多面體反射鏡 3.2.1掃描器件的選擇 激光掃描無論是哪種方式都需要有光學掃描 器。實現此功能的有振鏡掃描、聲光掃描、電光掃描和多面體轉鏡掃描。 本儀器采用旋轉多面體反射鏡掃描方式 。 多面體反射鏡之所以如此 廣泛地被使用，是與目前的精密加