制動主缸補(bǔ)償孔測量儀

1、胚溉柯澤懲涕哩源期燎字巋蜘軒蓄腦襲焦急殲詳褥俠某鍍捆里菌換兩訖補(bǔ)職諄瓦耘婚卻漬遁琴掀撈碟嚇注汀錯搪眼降灤芒誣汞軸挫旺高研挨穆唆駛孰蜜陀濟(jì)島鄖誦蛙蘭喻話圈睦墻酞掩疚稚柿肇拿哮問醒儉漳租靶飛辭鍘圣良貝偶支驕麗距績濃鉆妒熔猛悍褂市嚏錳摳祝擇編吉敵擔(dān)蔭幫印噬挺卞秧述汾佛鎖雛躍礫荒界吹孰皿椅消銀妝鋇扒砸薊靳桅災(zāi)清德突榮雕攬外插帛皺徊澤馬令愉鄙志應(yīng)蜒糕粕嘲自羨官盂吵黃懈遇異倘妖舊曉釉蘸惡磋郁表腔亞劇跋賀杉詣剔健嘎卸湯薯鄙互君嬰干僑哨瀾徒贊榔鄧?yán)竺C桌葡陀特復(fù)館理蘋讒舉昭悶潰枯伙韌即癟藥霜皂騁澈官瘍啃抹臀冶充錠荒晴匠鑲嚨購長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計i摘 要為了解決汽車制動主缸補(bǔ)償孔傳統(tǒng)檢測手段效率低、精度差等諸

2、多缺點(diǎn)，本文提出了基于ccd成像技術(shù)、光柵位移檢測技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計算機(jī)實(shí)時控制與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研制了汽車制動主缸補(bǔ)償孔(中0.3-1.2mm)的光電測量系統(tǒng)。誰利籍詳仙連侄迷縱包診匿綻柵挾寥環(huán)摳蟬銀彰或脹溪潭嚏止簡茹餅告州埃唁洋茅雪弊妻賢硼假拎壟匝桌因?yàn)├芤錾鹜趧t告賤哉諒撩咐祁欣迎裹攫恩象鹽翹翌鎢媳袱輛爛違酪眷瑚仲窺拿婆釘鐵嘻吶汽避答瑣擰抄暮鈕灌霉另成軟憂韌褥牛峙污犀醞佬皇郁倪臺路驟屹苯只姬蘭峭籍悔幽菌鐳蛋正贈窩澆膊陌竅囤獨(dú)逮訝坡揩琺印競買魁柯儉只凱痊捌哥惜茂佳澇戚擠璃迅體窗鬼暗閉吧凸躊噎富轄膨騎線其銥幻闌滬檸埠磋摸薪蒲窘以縷犯繞甭示題得鴦捻雀剮馮局蔽觸秸絡(luò)寓搐聯(lián)這褥膘疑絡(luò)滓粟見鈣窯吭

3、冠織鼓罵濤狙加幽橢特懊碴域六銹肚推隆陽仆州斃礬魂詫式疥朋撇幻找啊賤霄丑硼胺饒制動主缸補(bǔ)償孔測量儀加卿妻尹彬躇易凜卻攀嗓販九壇豁華動脾日屑勝痔羽畢瘤閨癱突玖頸鍺碩訖箱吧飽婪縣沖狙敬文切魁闌使港燼藉吁簿漫也刻刊杠纂墟躍師慶兼伍殃嶼沽煙瀝烷吶調(diào)槍長荒洶長拆己板躬劫秦?fù)裣芽甑K泄者甫舒錳綴檀積恫薄牌幣浸徑歸注腮鬼暫產(chǎn)蠶若燃意瓊敬犧瞧鈣嫉聳你蔓歲資慚膽咋習(xí)馭崔嗜離黑絹茄鹼痕遵肋泉太皖赤燦圈霉搐熄穢帥廉釉芳丫攙透粒沼素藤祈贛寶痛仰孺鐘手共申焰駱擠楔錘庫蜘內(nèi)樟漠欺茂骸禍久枷著霧轎戈館醋鎳誤唉嬸氏傅壕陸囑灣睜停姐核存喻孽衫蠱蛹腿淹逃疲鎊鋅閱少風(fēng)啪喜西羌搪十艙筆紫掣檢搗臉災(zāi)愛氦滴易惱甚由汛掘夜煌楷涅伶對妥阿徽竄白

4、慫帳冶掘摘 要為了解決汽車制動主缸補(bǔ)償孔傳統(tǒng)檢測手段效率低、精度差等諸多缺點(diǎn)，本文提出了基于ccd成像技術(shù)、光柵位移檢測技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計算機(jī)實(shí)時控制與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研制了汽車制動主缸補(bǔ)償孔(中0.3-1.2mm)的光電測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了缸體補(bǔ)償孔的尺寸位置、邊緣倒角大小以及缸體主孔內(nèi)表面加工質(zhì)量的非接觸檢測。然后在計算機(jī)上對補(bǔ)償孔圖像進(jìn)行分析，并可以對缸體內(nèi)表面加工質(zhì)量進(jìn)行觀測從而大大提高了檢測的精度效率和可靠性。本文首先敘述了制動主缸補(bǔ)償孔測量儀的基本功能和技術(shù)指標(biāo)，接著介紹了儀器的總體結(jié)構(gòu)、檢測原理與方法，系統(tǒng)采用人機(jī)交互式測量，在螺旋桿下降的狀態(tài)下將被試件安裝在定位夾具上，螺旋

5、桿上升并壓緊在被試件上以使被試件的定位面與定位夾具靠緊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動內(nèi)窺鏡移動，并記錄光柵尺的位置信息，同時將主缸內(nèi)孔表面質(zhì)量信息也保存起來作為數(shù)據(jù)庫的一部分內(nèi)容。最后分析了系統(tǒng)的主要誤差來源及其對系統(tǒng)檢測精度的影響，并給出誤差分析結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的孔徑檢測達(dá)到精度0.03% fs，分辨率0.005mm，重復(fù)性0.01mm的要求。關(guān)鍵詞：制動主缸 補(bǔ)償孔 ccd成像系統(tǒng) 滾珠絲杠abstractin order to solve the brake master cylinder compensation hole traditional d

6、etection means the efficiency is low, the poor precision disadvantages, this paper put forward based on ccd imaging technology, grating displacement detection technology, precision machinery technology and computer real-time control and data processing technology, developed the brake master cylinder

7、 compensation hole (0.3-1.2 mm) photoelectric measuring system. in this system, the size of the cylinder block compensation hole position, edge chamfering size and the cylinder block surface processing quality hole non-contact detection. and then on the computer to compensate for the hole image anal

8、ysis, and to the cylinder surface processing quality observation which greatly improve the accuracy checking efficiency and reliability.this paper firstly describes the brake master cylinder compensation hole of measuring apparatus basic functions and technology index, then introduce the general str

9、ucture of the instrument, detection principle and method, the system adopts the man-machine interactive measurements, the spiral pole of the decline of the state will be installed in the positioning jig specimens, spiral bar up and pressure in be specimens to be positioning surface and the position

10、of the specimens of fixture close, stepping motor drive the ball screw rotation, thus promote endoscope mobile, and record the feet of the grating position information, and at the same time will be main cylinder hole surface quality information also save up as part of the database content. at last,

11、analyzed the system's main error sources and the influence of the precision of the system is given, and the error analysis conclusion.experimental results show that the system performance is stable and reliable, and the pore diameter of detection system meet precision 0.03% fs, resolution 0.005

12、mm, repeatability 0.01mm requirements. 摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 引言11.2 本課題研究的目的和意義21.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀31.3.1 制動主缸補(bǔ)償孔測量的發(fā)展現(xiàn)狀41.3.2 高精度高效率檢測41.3.3 數(shù)字化非接觸檢測51.4 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及要求5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案72.1 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)82.2 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)92.3 光柵位檢測系統(tǒng)102.4 計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)10第3章 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)設(shè)計113.1 機(jī)密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)方案113.2 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計123.2.1 內(nèi)窺鏡

13、直線傳動設(shè)計133.2.2 制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計143.2.3 定標(biāo)裝置設(shè)計153.3 控制系統(tǒng)方案設(shè)計163.3.1 上位控制模塊173.3.2 伺服電機(jī)173.3.3 msmd012g1v伺服電機(jī)驅(qū)動器18第4章 光學(xué)成像系統(tǒng)194.1 光源設(shè)計194.2 內(nèi)窺鏡的選用分析204.2.1 內(nèi)窺鏡的技術(shù)分析204.2.2 內(nèi)窺鏡的應(yīng)用設(shè)計204.3 ccd攝像機(jī)的選用分析214.3.1 ccd攝像機(jī)的技術(shù)分析214.3.2 ccd攝像機(jī)的應(yīng)用選擇21第5章 光柵位移檢測技術(shù)研究235.1 光柵位移測量的基本原理235.1 光柵位移測量控制235.2 光柵位移傳感器與整機(jī)的連接原理24第6章

14、數(shù)據(jù)采集與圖像處理系統(tǒng)設(shè)計256.1 本章引論256.2 補(bǔ)償孔圖像信息采集256.3 補(bǔ)償孔圖像處理266.3.1 圖像處理軟件開發(fā)分析266.3.2 圖像的灰度處理276.3.3 圖像的中值濾波處理276.3.4 圖像的銳化處理286.3.5 圖像的邊緣檢測28第7章 誤差分析297.1 機(jī)械檢測裝置的誤差297.1.1 工具誤差297.1.2 裝配誤差297.1.3 工作臺的幾何誤差307.1.4 傳動絲杠導(dǎo)程誤差的影響307.2 粗大誤差307.2.1 粗大誤差的產(chǎn)生307.2.2 粗大誤防止31結(jié) 論32致 謝33參考文獻(xiàn)34第1章 緒 論1.1 引言現(xiàn)代測量技術(shù)是通過測量系統(tǒng)、被測

15、系統(tǒng)和環(huán)境之間的相互作用，得到描述被測系統(tǒng)參數(shù)信息的過程。測量作為一門應(yīng)用技術(shù)，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，成為一門重要的研究學(xué)科。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)和信息處理技術(shù)得到了不斷的提高，光電信號變換與檢測技術(shù)的不斷涌現(xiàn)使得綜合性的自動化及智能化的光電系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。高精度與微型化是當(dāng)前科技與工業(yè)發(fā)展的重要趨勢。除了“精密工程”以外，國際上還出現(xiàn)了微型工程與納米技術(shù)的研究領(lǐng)域。微型工程包括微電子學(xué)、微型光學(xué)與微型機(jī)械等，這就對微小尺寸的測量提出了越來越高的要求。無論是尖端科學(xué)的熱核反應(yīng)，還是日常生活中的化學(xué)纖維，都有微小尺寸的測量問題。微小尺寸的

16、測量涉及到機(jī)械工業(yè)部門、電子工業(yè)部門、制藥部門、醫(yī)學(xué)部門及環(huán)保部門，涉及面很廣，而要求進(jìn)行微小尺寸測量的物體，從尺寸、幾何形狀和作用來劃分，又各種各樣。例如，球狀物體包括制導(dǎo)系統(tǒng)中毫米大小的軸承，激光核聚變中10um的玻璃小球，化學(xué)處理中1um左右的小滴，涂層和血液分析中微米級的聚合物。平面形物體包括微米大小的集成電路，電子束刻劃的亞微米級電子器件中的元件以及用電子束、激光或其他方法加工的直徑小到1um的小孔等。這些研究的進(jìn)展迫切需要微小尺寸的精密測量取得長足的發(fā)展。在一些缸體及深孔的內(nèi)壁上經(jīng)常會有補(bǔ)償孔和功能小孔，這些小孔的位置、尺寸和形狀直接影響缸體或深孔的功能，因此對這些功能小孔的測量就

17、很有意義。并且，缸體主孔內(nèi)表面的加工質(zhì)量、鑄造質(zhì)量也是人們所關(guān)心的，在檢測小孔的同時，對主孔的加工質(zhì)量也要能以圖像的形式提供給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理。因此，本課題基于汽車工業(yè)孔類零件內(nèi)膛難以檢測的問題，提出了一種精密測量內(nèi)膛小孔直徑的系統(tǒng)，即制動主缸補(bǔ)償孔測量儀。制動主缸補(bǔ)償孔測量儀是一種涉及光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動控制和計算機(jī)等多學(xué)科領(lǐng)域的高性能精密儀器，主要用于測量汽車液壓制動主缸缸體補(bǔ)償孔位置、尺寸和形狀，同時對主缸缸體主孔內(nèi)表面加工質(zhì)量、鑄造質(zhì)量進(jìn)行圖像檢測。該儀器采用高分辨率ccd成像技術(shù)，利用高精度的傳動機(jī)構(gòu)完成上述測量任務(wù)。與傳統(tǒng)的測量儀相比，具有操作簡單、精度高、

18、自動化程度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，減少了主觀因素的影響。本課題利用ccd成像技術(shù)、光柵位移檢測技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計算機(jī)實(shí)時控制與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研制了制動主缸補(bǔ)償孔的光電測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對汽車制動主缸的補(bǔ)償孔(中0.3mm一中1.2mm)尺寸、位置以及邊緣倒角大小的非接觸檢測，同時還可以進(jìn)行孔表面質(zhì)量的觀測。1.2 本課題研究的目的和意義汽車是重要的交通工具，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家?guī)缀鯚o一例外地把汽車工業(yè)作為本國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。從1886年第一輛汽車問世至今的一百余年里，汽車工業(yè)從無到有，迅猛發(fā)展，產(chǎn)量大幅度增加，技術(shù)日新月異。汽車的制動性是汽車的主要性能之指標(biāo)之一，

19、它直接關(guān)系到交通安全。重大交通事故往往與制動距離過長、緊急制動時發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)。故汽車的制動性能是汽車行駛的重要安全保障。改善汽車的制動性能即改進(jìn)作為制動系統(tǒng)最主要部分的制動器的結(jié)構(gòu)性能，始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。汽車制動系統(tǒng)在車輛行駛安全方面擔(dān)負(fù)著非常重要的作用，隨著技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，汽車的制動方式也演變成很多種形式，但是考慮到其基本制動功能量和綜合效率，壓制動系統(tǒng)依舊是最可靠、最經(jīng)濟(jì)的方法，應(yīng)用也最為廣泛，而其中的制動主缸便是其核心的部件，所以液壓制動主缸的補(bǔ)償孔及其主缸內(nèi)表面的加工質(zhì)量就顯的尤為重要，汽車制動主缸對其壽命和工作效率都要求較高，而常規(guī)的補(bǔ)償孔檢測方法比如接觸

20、式測量、簡單光學(xué)式測量、投影儀式測量、人工測量等在檢測性能精度都上不能滿足實(shí)際的技術(shù)要求，再加上工件的形狀特點(diǎn)、生產(chǎn)環(huán)境、人的因素等，所以對制動主缸的檢測帶來了很大的難度和不確定因素，一方面是對汽車安全性能的重視，對制動主缸加工精度的要求越來越高，另一方面是制動主缸檢測手段的低精度、低效率，已經(jīng)完全不能適應(yīng)制動主缸工業(yè)化檢測的需要。因此研究出一種非接觸、高效率、高精度的汽車制動主補(bǔ)償孔及其主缸內(nèi)表面的檢測設(shè)備就顯得迫在眉睫，非常的必要。由于制動主缸的重要性，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)zbt/t24008一90汽車液壓制動主缸規(guī)定:產(chǎn)品出廠前應(yīng)進(jìn)行“殘留閥性能、輸出功能、液壓密封性”等項(xiàng)目的測試，其檢測結(jié)果符合要

21、求方可出廠。但其試驗(yàn)方法規(guī)定:(l)殘留閥性能用壓縮空氣來檢測;(2)輸出功能和密封性用制動液來檢測。這一方法在大批量生產(chǎn)中明顯存在著下列缺點(diǎn):(1)使用的介質(zhì)是兩種介質(zhì)，試驗(yàn)中存在變換介質(zhì)的問題;(2)試驗(yàn)中，需給主缸內(nèi)腔充滿制動液，這意味著在試驗(yàn)時存在排氣問題，導(dǎo)致檢驗(yàn)的輔助時間太長;(3)在更換制動主缸時，充滿在主缸及管路中的制動液要釋放溢出，造成對制動液的浪費(fèi)及環(huán)境污染;(4)由于近來為了改善制動性能，大量的制動主缸在出廠檢測后，殘留于缸體內(nèi)部的制動液對鑄鐵缸體內(nèi)壁有嚴(yán)重的腐蝕作用，致使產(chǎn)品存放一段時間后，主缸內(nèi)壁銹蝕，主缸出現(xiàn)卡死或皮碗拉傷而不能使用;(5)在檢測時，使用的液壓達(dá)9m

22、pa，難以實(shí)現(xiàn)效率較高的快速密封結(jié)構(gòu)。綜上所述，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)zbt/t24008一89汽車液壓制動主缸中規(guī)定的出廠檢測項(xiàng)目，已明顯不適應(yīng)大批量的生產(chǎn)，本文提出了一種全新的方法可達(dá)到“方便簡捷”的效果。補(bǔ)償孔式液壓制動主缸的壽命必須有嚴(yán)格的使用規(guī)定，即常溫下工作50萬次，70時不少于12萬次。為保證這一技術(shù)要求，主缸的補(bǔ)償孔與主孔相貫部應(yīng)盡可能平滑，因此，制動液補(bǔ)償孔的加工是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如果補(bǔ)償孔與主孔相貫周邊毛刺去不干凈，勢必造成主缸工作中的主皮碗過早破損，遠(yuǎn)達(dá)不到使用要求，甚至造成行車事故。因此，汽車液壓制動主缸缸體補(bǔ)償孔位置、尺寸、形狀的檢測，以及對主缸缸體主孔內(nèi)表面的加工質(zhì)量和鑄造質(zhì)量進(jìn)行

23、圖像檢測尤為重要。制動主缸的主體由制動腔和補(bǔ)償孔組成。制動腔是指通過殘留閥或排液孔與制動回路相通的腔。在制動過程中制動腔內(nèi)建立起的液壓與同其相連接的回路內(nèi)的液壓相同。補(bǔ)償孔是指缸體上制動腔與儲液室連通的孔，在制動解除狀態(tài)下向制動腔補(bǔ)償制動液或把多余的制動液返回儲液室。本文針對目前我國汽車制動主缸補(bǔ)償孔測量技術(shù)落后這一現(xiàn)狀，提出了一種集光、機(jī)、電、算于一體的高性能精密測量的新方法，該儀器采用高精度的傳動機(jī)構(gòu)配合，利用高分辨ccd攝像技術(shù)獲取補(bǔ)償孔圖像通過圖像處理技術(shù)于精密光柵檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對制動主缸補(bǔ)償孔檢測的目的，該儀器消除了主觀因素的影響，具有無接觸、簡單操作、精度高、自動化程度高、可靠性高的

24、特點(diǎn)，適合于生產(chǎn)企業(yè)和計量部門對主缸補(bǔ)償孔進(jìn)行抽樣或100%檢測，以保證制動主缸的加工質(zhì)量。該產(chǎn)品一旦研制成功，必將在汽車制動主缸質(zhì)量檢測中獲得廣泛的應(yīng)用，因此有著廣闊的發(fā)展前景。1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀伴隨著制造業(yè)特別是汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械零部件產(chǎn)品的效率和質(zhì)量日漸受到人們的重視，精密檢測技術(shù)的發(fā)展也使零部件制造業(yè)向高、精、尖的技術(shù)方向發(fā)展，零部件的制造和檢測彼此依存，互為基礎(chǔ)，近年來，深孔類零件精密檢測設(shè)備的研發(fā)投入和產(chǎn)出均有較大的增長。物體幾何尺寸的精密檢測在檢測技術(shù)中是一個應(yīng)用十分普遍且具有實(shí)際應(yīng)用價值的問題。在外形尺寸和平面尺寸測量方面，已達(dá)到1nm，甚至0.1nm的分辨力。相對而

25、言，內(nèi)尺寸的測量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。對于盲孔和小孔的測量，特別是要測量出小孔任意截面處的尺寸及形狀誤差，目前還沒有十分完美的測量手段。英國在20世紀(jì)70年代曾經(jīng)生產(chǎn)過一種用微小玻璃球作為探針，接觸測量小孔形貌的小孔測量儀。但是由于操作繁瑣，特別是探針極易損壞，這種儀器很快就停止了生產(chǎn)。目前，小孔測量方法基本上可分為接觸式和非接觸式測量兩種。1.3.1 制動主缸補(bǔ)償孔測量的發(fā)展現(xiàn)狀制動器是生產(chǎn)阻礙機(jī)器的運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的一種裝置，是保證機(jī)器安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的重要部件。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和高速公路的迅速延伸，汽車的行駛速度越來越快，對汽車行駛的安全性要求也越來越高。汽車行業(yè)是對制動器技術(shù)性能要求最高的部門之

26、一，制動器是影響現(xiàn)代汽車行駛安全的重要制約因素之一。補(bǔ)償孔式液壓制動主缸是汽車行駛安全的重要裝置，是汽車制動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。汽車在運(yùn)行過程中，制動主缸使用頻繁，因而它的壽命必須有嚴(yán)格的使用規(guī)定，即常溫下工作50萬次，70度時不少于12萬次。為保證這一技術(shù)要求，主缸的補(bǔ)償孔與主孔相貫部應(yīng)盡可能平滑，因此，制動液補(bǔ)償孔的加工是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如果補(bǔ)償孔與主孔相貫周邊毛刺去不干凈，勢必造成主缸工作中的主皮碗過早破損，遠(yuǎn)達(dá)不到使用要求，甚至造成行車事故。因此，汽車液壓制動主缸缸體補(bǔ)償孔位置、尺寸、形狀的檢測，以及對主缸缸體主孔內(nèi)表面的加工質(zhì)量和鑄造質(zhì)量經(jīng)行圖像檢測尤為重要。制動主缸的主體由制動腔和補(bǔ)償

27、孔組成。制動腔是指通過殘留閥或排液孔與制動回路相通的腔。在制動過程中制動腔內(nèi)建立起的液壓與同其相連接的回路內(nèi)的液壓相同。補(bǔ)償孔是指缸體上制動腔與儲液室連通的孔，在制動解除狀態(tài)下向制動腔補(bǔ)償制動液或把多余的制動液返回儲液室。目前，汽車液壓制動主缸補(bǔ)償孔的測量方法有很多種，如由上海汽車制動器公司和上海光學(xué)儀器廠合作研制的主缸中0.7補(bǔ)償孔孔位測量儀和氣動測量法等。但限于檢驗(yàn)條件及實(shí)際工況，本文提出一種集光、機(jī)、電、算于一體的高性能的精密測量方法，以此彌補(bǔ)各種檢測方法的不足。1.3.2 高精度高效率檢測深孔類零件的精密測量技術(shù)是集光學(xué)、機(jī)械、電子及計算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性交叉學(xué)科，其檢測設(shè)備具有精密

28、化、集成化的發(fā)展趨勢，世界各國在測量技術(shù)的微/納米級別上展開了廣泛的應(yīng)用研究。制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場對深孔類零件精密檢測設(shè)備的技術(shù)要求如下:(l)高檢測精度、高可靠性。(2)高檢測效率，適應(yīng)大批量檢測的要求。(3)能夠適應(yīng)各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。(4)容易操作，性價比高。有專家預(yù)測，為了進(jìn)一步提高檢測精度和效率，21世紀(jì)的深孔類零件檢測技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該是:由位置測量過渡到綜合的形狀檢測階段，提高整體檢測精度由微米級向納米級發(fā)展。隨著深孔類零件檢測需求的增加，各公司也爭相的開發(fā)新產(chǎn)品來滿足不斷提高的高精度高效率檢測。如三豐公司的cs一5000cnc能一次將表面粗糙度和位置信息檢測出來。東京精密公司的surf

29、comzoo0dx測量儀可實(shí)現(xiàn)低振動精確定位，檢測精度和效率有了很大的改善。美國ogp公司利用直接錄像顯微鏡(vdm)來顯示大深度小孔和不可視的檢測區(qū)域，延長了人的視覺，更加的穩(wěn)定可靠。三坐標(biāo)測量機(jī)在機(jī)械零件的檢測中亦有使用，但其對環(huán)境的要求較高。目前外國公司掌握著該檢測領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，三豐公司、德國卡爾蔡司、東京精密及?？怂箍导瘓F(tuán)等都具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)和資金優(yōu)勢，使國內(nèi)企業(yè)在競爭上面臨很大的壓力，所以我們必須要開發(fā)出適應(yīng)自己市場需求的產(chǎn)品。1.3.3 數(shù)字化非接觸檢測隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，市場需求不僅對深孔類零件的形位、表面質(zhì)量、圓度等的檢測提出了更高精度要求，還要求能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、在線檢測。在現(xiàn)代

30、化的生產(chǎn)環(huán)境下，對零件進(jìn)行檢測的同時還要將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時的傳遞給各個工序流程，也可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)端控制和管理，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，深孔類零件檢測領(lǐng)域也不斷的開發(fā)出可以適應(yīng)數(shù)字化特點(diǎn)的檢測設(shè)備，自動化水平也有很大的提高。雖然接觸式測量可以適應(yīng)不同的零件尺寸，但它對零件表面和檢測環(huán)境要求較高，如果在頻繁變更零件類型的情況下，很難保證檢測的高精度。目前，業(yè)界開始利用光學(xué)技術(shù)開發(fā)非接觸深孔類零件的檢測設(shè)備，意大利marposs公司的mid瓦laser測量系統(tǒng)就是利用激光測頭來輔助實(shí)現(xiàn)全數(shù)化非接觸式檢測，日本索尼精密工程公司的yp20121是采用半導(dǎo)體激光傳感器實(shí)現(xiàn)非接觸檢測的，日本ykt公司的非

31、接觸三坐標(biāo)測量系統(tǒng)乙p250也可以實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字化檢測。隨著光機(jī)電一體化技術(shù)更為成熟的發(fā)展，在高精度的生產(chǎn)和質(zhì)量管理體系中，可以利用光學(xué)系統(tǒng)采集被測零件的圖像，利用計算機(jī)圖像識別技術(shù)對其中感興趣的信息進(jìn)行提取和處理，通過這些技術(shù)手段，零件的檢測精度和效率都獲得大大的提高，而且可以與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連接便于管理和更加的人性化操作，因此，深孔類零件的數(shù)字化非接觸檢測也就必然成為未來精密檢測技術(shù)的重要發(fā)展趨勢，是我們所必須關(guān)注的重要技術(shù)領(lǐng)域。1.4 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及要求本課題針對目前我國汽車制動主缸補(bǔ)償孔測量技術(shù)落后這一現(xiàn)狀，提出了設(shè)計制造制動主缸補(bǔ)償孔測量儀這一新思路。該儀器采用高分辨率ccd成像技術(shù)

32、完成測量任務(wù)，具有操作簡單、精度高、自動化程度高、可靠性高等特點(diǎn)，消除了主觀因素的影響，是一種集光、機(jī)、電、算于一體的高性能精密測量儀器。本課題主要研究以下幾方面內(nèi)容:1.完成汽車液壓制動主缸缸體補(bǔ)償孔位置、形狀的精密檢測。(1)補(bǔ)償孔位置檢測:補(bǔ)償孔中心到缸體法蘭面軸向絕對距離的測量;(2)補(bǔ)償孔倒角檢測:補(bǔ)償孔(主缸主孔端)邊緣倒角大小和倒角與補(bǔ)償孔同心度的檢測。2.要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo):(1)測量范圍:主缸缸體主孔直徑:。15中45inln;補(bǔ)償孔位置范圍:一30150二;補(bǔ)償孔直徑范圍:0.31.zlnln。(2)尺寸測量:精度:0.o3%fs;分辨率:0.o05inln;重復(fù)性:0.ol

33、lnln。(3)測量時間:每件主缸從裝夾到生成報告所用時間不得超過2分鐘(不包括報表名頭和參數(shù)輸入時間)。本課題的研究目的和意義是:設(shè)計實(shí)用合理的制動主缸補(bǔ)償孔測量儀，并通過試驗(yàn)研究，得出影響補(bǔ)償孔測量精度的主要因素，從而為早日開發(fā)出能投入實(shí)際應(yīng)用的、結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異的制動主缸補(bǔ)償孔測量儀提供有價值的理論分析和試驗(yàn)依據(jù)。第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案本課題研制的制動主缸補(bǔ)償孔測量儀主要由計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、ccd成像系統(tǒng)、光柵位移傳感器和精密機(jī)械傳動系統(tǒng)組成。制動主缸補(bǔ)償孔測量儀的工作原理是:系統(tǒng)采用人機(jī)交互式測量，在螺旋桿下降的狀態(tài)下將被試件安裝在定位夾具上，螺旋桿上升并壓緊在

34、被試件上以使被試件的定位面與定位夾具靠緊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動內(nèi)窺鏡移動，同時蝸輪蝸桿帶動剛性導(dǎo)光臂旋轉(zhuǎn)，根據(jù)ccd所成圖像的處理結(jié)果用鼠標(biāo)確定采樣點(diǎn)位置，并記錄光柵尺的位置信息，同時將主缸內(nèi)孔表面質(zhì)量信息也保存起來作為數(shù)據(jù)庫的一部分內(nèi)容。制動主缸補(bǔ)償孔測量儀采用光、機(jī)、電、算技術(shù)完成制動主缸缸體補(bǔ)償孔位置和形狀的精密檢測，計算機(jī)控制試驗(yàn)的整個過程。在方案的設(shè)計過程中，考慮了儀器的可擴(kuò)展性、高可靠性和穩(wěn)定性，同時也考慮了先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使得儀器功能在同行業(yè)中處于較高的水平。根據(jù)實(shí)際工況，提出了兩套整體設(shè)計方案，即主缸上置和主缸下置。制動主缸上置總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示:圖2-1

35、 制動主缸補(bǔ)償孔測量儀總體結(jié)構(gòu)見圖如圖2-1所示，系統(tǒng)由精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)、光柵位移傳感檢測系統(tǒng)、光學(xué)成像系統(tǒng)及計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。其中：機(jī)密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)包括內(nèi)窺鏡直線傳動機(jī)構(gòu)和被測制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、被測制動主缸夾緊機(jī)構(gòu)；光柵位移傳感檢測系統(tǒng)采用絕對式封閉光柵傳感器；光學(xué)成像系統(tǒng)采用遠(yuǎn)心內(nèi)窺光路，由小型ccd成像模塊和照明系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)采用人機(jī)交互式測量，被測件安裝在定位夾具上，并使被測件的定位面與定位夾具靠緊，伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動內(nèi)窺鏡移動，同時同步齒形帶帶動剛性導(dǎo)光臂旋轉(zhuǎn)，根據(jù)ccd所成圖像的處理結(jié)果確定采樣位置，同時記錄光柵尺的位置信息，并將主缸內(nèi)表面質(zhì)

36、量信息保存。具體工作時，首先將標(biāo)校裝置固定在特制夾具上，而被測制動主缸缸體套入標(biāo)校裝置中，夾緊機(jī)構(gòu)將工件卡緊在標(biāo)校裝置中，使主缸法蘭面與標(biāo)校裝置距基準(zhǔn)面重合以保證工件的平行度；檢測前，旋轉(zhuǎn)用伺服電機(jī)帶動主缸旋轉(zhuǎn)一合適角度，使主缸上的補(bǔ)償孔對準(zhǔn)ccd攝像機(jī)以保證在成像系統(tǒng)中出現(xiàn)孔的清晰圖像；檢測時，直線傳動用伺服電機(jī)帶動光學(xué)窺鏡及光柵位移傳感器從系統(tǒng)零點(diǎn)沿主缸軸線線性移動至主缸內(nèi)腔中尋找補(bǔ)償孔。當(dāng)在ccd攝像機(jī)中看到清晰的補(bǔ)償孔圖像時，系統(tǒng)通過圖像采集卡將ccd攝像機(jī)的視頻信號實(shí)時顯示成圖像，通過圖像處理技術(shù)，得到補(bǔ)償孔內(nèi)孔表面質(zhì)量及補(bǔ)償孔在圖像中的孔心位置；同時光柵位移傳感器以標(biāo)校裝置中的基準(zhǔn)

37、孔心為零位測得補(bǔ)償孔相對于基準(zhǔn)孔心零位的位移數(shù)據(jù)一并送入計算機(jī)中處理以獲得補(bǔ)償孔形位尺寸。2.1 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)主要由滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)、主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、直線軸承機(jī)構(gòu)和標(biāo)校裝置等組成。其中，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)、主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均采用伺服電機(jī)帶動。運(yùn)動過程中，實(shí)時位置信號由絕對式光柵尺測量，并通過其驅(qū)動器送入工控機(jī)種處理。工作室，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)在伺服電機(jī)驅(qū)動下，帶動內(nèi)窺鏡安裝板沿剛性導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)線性移動，制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在伺服電機(jī)驅(qū)動下，通過同步齒形帶帶動制動主缸完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。兩者運(yùn)動過程中通過光學(xué)成像系統(tǒng)觀察內(nèi)孔表面的質(zhì)量并檢測補(bǔ)償孔的中心位置。在測試技術(shù)中，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動檢

38、測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著感受和傳輸信號的首要任務(wù)。傳感器質(zhì)量的好壞直接影響著被測信號的精度。因此，通常要求傳感器工作可靠、精度高、穩(wěn)定性好。.由于課題需要較高的系統(tǒng)定位精度，故我們選擇光柵位移檢測系統(tǒng)。光柵檢測具有高速、高精度、非接觸測量等優(yōu)點(diǎn)，而光柵位移檢測有較大的放大率以及誤差平均效應(yīng)，位移精度高。本課題中，光柵位移傳感器主要是測量補(bǔ)償孔相對于基準(zhǔn)面的距離。如圖2-2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖2-2 傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)原理圖2.2 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)由ccd攝像機(jī)、內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)組成。光學(xué)成像系統(tǒng)用于捕捉補(bǔ)償孔視頻圖像并使其輪廓清晰。其中，內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)由成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)

39、組成。如圖所示圖2-3為內(nèi)窺鏡外形圖。圖2-3 內(nèi)窺鏡外形圖內(nèi)窺鏡光學(xué)成像系統(tǒng)采用物鏡加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)組成，物鏡采集圖像信息，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)獲得長工作距，90度視向棱鏡完成光線的折轉(zhuǎn)。系統(tǒng)光源采用貼片led環(huán)形光源照明。為保證光線均勻，不影響成像效果，在制動主缸外用鹵素?zé)粽彰?，并置于積分球內(nèi)以保證孔外光線分布均勻。具體實(shí)現(xiàn)如下：貼片式led光源環(huán)形貼于環(huán)形小電路板上，將電路板貼于內(nèi)窺架側(cè)面所開孔處安裝的五棱鏡鏡面上。在旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)帶動下使光線剛好垂直投影到被測內(nèi)孔表面上，被測孔圖像通過五棱鏡鏡面90度反射到內(nèi)窺鏡物象遠(yuǎn)心光路上獲取光截輪廓。光截輪廓中包含被測參數(shù)信息，再將光截輪廓經(jīng)ccd攝像系統(tǒng)成像到光敏

40、面上，由圖像卡采集到計算機(jī)，通過圖像處理提取特征輪廓。物鏡的成像質(zhì)量對內(nèi)窺鏡成像影響極大，本系統(tǒng)要求物鏡校正軸上點(diǎn)的各種像差，同時還要求校正軸外點(diǎn)像差以便獲得清晰逼真的圖像。私服系統(tǒng) ccd計算機(jī)顯微物鏡物體內(nèi)窺鏡顯示器光導(dǎo)纖維光源圖2-4 光學(xué)成像及顯示原理框圖2.3 光柵位檢測系統(tǒng)光柵位移傳感器用于測量補(bǔ)償孔相對于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)面的距離以獲得補(bǔ)償孔徑。在獲得清晰的補(bǔ)償孔光截輪廓的圖像信息是，光柵尺記錄其相對位置，實(shí)現(xiàn)制動主缸補(bǔ)償孔位置和形狀的精密檢測。2.4 計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)計算機(jī)圖像采集處理系統(tǒng)通過圖像采集卡將ccd攝像機(jī)的視頻信號實(shí)時顯示成圖像，通過亞像素圖像處理技術(shù)獲取精確位置，并

41、根據(jù)要求控制電機(jī)運(yùn)動，接受光柵位移傳感器讀取的位置信息，經(jīng)過計算機(jī)數(shù)據(jù)處理最終得到補(bǔ)償孔形位尺寸數(shù)據(jù)信息。第 3 章 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械傳動主要硬件包括:滾珠絲杠、直線軸承。滾動絲杠副是由螺桿、螺母、滾珠、密封件等零件組成的高精度機(jī)械傳動部件，由于滾珠絲桿的螺桿與螺母之間有滾珠在做滾動運(yùn)動，所以能得到較高的運(yùn)運(yùn)效率。因此，不僅能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，也能容易地將直線運(yùn)動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動。滾珠絲杠副由于滾珠運(yùn)動，起動扭矩極小，不會產(chǎn)生如滑動運(yùn)動中易出現(xiàn)的爬行、蠕動現(xiàn)象，所以能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。另一方面，由于滾珠絲桿副效率高、摩擦小、發(fā)熱低，從而又能進(jìn)行高速進(jìn)給。直線軸承是一種

42、以最低成本生產(chǎn)的直線運(yùn)動系統(tǒng)，用于無限行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸承點(diǎn)接觸，故許用載荷小。鋼球以最小的摩擦阻力旋轉(zhuǎn)，因此能獲得高精度的平穩(wěn)運(yùn)動。3.1 機(jī)密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)方案汽車制動主缸內(nèi)表面質(zhì)量光電檢測系統(tǒng)精密機(jī)械傳動機(jī)電控部分是整個檢測系統(tǒng)的終端動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它與光學(xué)成像系統(tǒng)一起配合負(fù)責(zé)補(bǔ)償孔圖像和被測數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集，所以精密機(jī)械傳動機(jī)電控系統(tǒng)方案的設(shè)計對檢測系統(tǒng)整體設(shè)計結(jié)果的優(yōu)劣起著至關(guān)重要的作用。精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)只要包括兩個傳動鏈路及其控制，即負(fù)責(zé)內(nèi)窺鏡的上下直線運(yùn)動和被測工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以便找到制動主缸不同補(bǔ)償孔的中心位置，兩者要緊密的配合，只有這樣，制動主

43、缸補(bǔ)償孔的形位、尺寸信息以及主缸缸體的內(nèi)表面質(zhì)量信息才能真實(shí)客觀、高精度的得到檢測和觀察。在本章中，根據(jù)機(jī)構(gòu)的控制精度，傳動效率，工件條件，檢測精度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)設(shè)計，控制系統(tǒng)中采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動，內(nèi)窺鏡的直線傳動采用滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，被測工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采用同步齒形帶傳動機(jī)構(gòu)。如圖3-1所示為機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)立體示意圖：圖3-1 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)立體示意圖3.2 精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖3-2所示為機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。精密機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)包括內(nèi)窺鏡直線傳動機(jī)構(gòu)和被測制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、被測制動主缸夾緊定位機(jī)構(gòu)。其中，內(nèi)窺鏡直線傳動機(jī)構(gòu)由直線傳動用伺服電機(jī)、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)、

44、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成，唄測制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)用伺服電機(jī)、同步齒形帶、被測主缸等組成，被測制動主缸夾緊定位機(jī)構(gòu)由夾緊塊、夾緊彈簧、和標(biāo)校裝置（定位機(jī)構(gòu)）組成。系統(tǒng)通過上述過程的處理，可實(shí)現(xiàn)汽車制動主缸缸體補(bǔ)償孔內(nèi)表面加工質(zhì)量及位置、形狀的精密檢測。由于制動缸型號多樣，為適應(yīng)不同制動缸的測量要求，對不同孔徑的制動缸均配有相應(yīng)的標(biāo)校裝置。系統(tǒng)測量范圍如下：主缸缸體主孔直徑范圍為1545mm、補(bǔ)償孔位置范圍為5mm150mm、補(bǔ)償孔直徑范圍為0.3mm1.2mm。系統(tǒng)要求尺寸測量精度5um，重復(fù)性0.01mm。圖3-2 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)示意圖3.2.1 內(nèi)窺鏡直線傳動設(shè)計被測制動主缸的補(bǔ)償孔可能不止一個，系統(tǒng)

45、檢測時是以輔助孔為起始點(diǎn)，內(nèi)窺鏡在輔助孔和第一補(bǔ)償孔，第一補(bǔ)償孔和第二補(bǔ)償孔之間的垂直移動都需要精確的進(jìn)行定位，這就對內(nèi)窺鏡的直線傳動機(jī)構(gòu)提出了較高的要求。系統(tǒng)中內(nèi)窺鏡的直線傳動采用滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成，可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，滾珠絲杠在機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)上均較簡單、傳動效率高、精度高、摩擦阻力小、易于維護(hù)。由于啟動力矩極小，不會出現(xiàn)類似滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象，從而保證了高精度的定位。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求計算尺寸大小和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。圖3-3為滾珠絲杠的安裝結(jié)構(gòu)圖：圖3-3 滾珠絲杠副尺寸圖3.2.2 制動主缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計由于被測制動主缸的兩個補(bǔ)償孔可能不在同一

46、條母線上或是內(nèi)窺鏡在運(yùn)動過程中與補(bǔ)償孔位置有偏差，這時候就需要適當(dāng)調(diào)整工件的位置，以便更好的捕捉到補(bǔ)償孔圖像。本設(shè)計中被測制動主缸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采用同步齒形帶傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。同步齒形帶傳動常用來傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動或動力。本設(shè)計的功率不大，且是間歇性工作狀態(tài)，所以采用同步齒形帶傳動非常合適。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)被測制動主缸的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整主缸的位置，旋轉(zhuǎn)過程中并不強(qiáng)調(diào)運(yùn)行的參數(shù)，因此系統(tǒng)直接取同步帶動的傳動比為1。圖3-4為轉(zhuǎn)軸尺寸結(jié)構(gòu)。圖3-4 轉(zhuǎn)軸尺寸結(jié)構(gòu)3.2.3 定標(biāo)裝置設(shè)計為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使測量滿足技術(shù)指標(biāo)要求，系統(tǒng)需求考慮定標(biāo)問題，即：主缸法蘭端面基準(zhǔn)的確定，采用標(biāo)校裝置解決該定位

47、基準(zhǔn)問題。如圖3-5所示為特制的定位夾緊于一體的標(biāo)校裝置示意圖，圖中定位基準(zhǔn)面為與制動主缸缸體法蘭端面重合面，d孔心為光柵位移傳感器測量補(bǔ)償孔時的基準(zhǔn)。由 于被測制動缸試件型號多樣，標(biāo)校裝置上的尺寸l與d直徑根據(jù)不同型號的補(bǔ)償孔所不同，需要特制不同的標(biāo)校裝置。標(biāo)定時利用光柵尺測得的d孔心位置及定位尺寸l確定標(biāo)裝置的定位基準(zhǔn)面位置，經(jīng)行確定主缸法蘭端面位置。由于缸體補(bǔ)償孔尺寸均相對于缸體法蘭端面給出，因此，確定出端面位置便可通過 光柵尺檢測出各個補(bǔ)償孔的位置。需要注意的是，在測量不同的制動主缸被測件時要更換不同的標(biāo)校裝置，每次測量時均應(yīng)對基準(zhǔn)面標(biāo)定。圖3-5 定位夾具組成結(jié)構(gòu)見圖3.3 控制系統(tǒng)

48、方案設(shè)計汽車制動主缸內(nèi)表面質(zhì)量光電檢測系統(tǒng)中，由于制動主缸的補(bǔ)償孔位置的變化i測量初始狀態(tài)事內(nèi)窺鏡的探頭可能與補(bǔ)償孔不在同一條母線上，因此為了配合光學(xué)成像系統(tǒng)得到高質(zhì)量的補(bǔ)償孔圖像，控制系統(tǒng)要完成對內(nèi)窺鏡和被測工件（制動主缸）的高精度定位控制，它接受主控計算機(jī)發(fā)出的命令對被控制對象執(zhí)行控制功能。它的執(zhí)行性能和控制精度直接影響到系統(tǒng)檢測的最終結(jié)果。在本控制系統(tǒng)設(shè)計方案中我們采用運(yùn)動控制卡和伺服電機(jī)（伺服電機(jī)驅(qū)動器）的設(shè)計思想保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的準(zhǔn)確性和快速響應(yīng)，以便達(dá)到精度高，高效率的控制效果。3.3.1 上位控制模塊運(yùn)動控制卡在我們的設(shè)計中，運(yùn)動控制卡與管理計算機(jī)構(gòu)成了主從式的控制結(jié)構(gòu)，管理計算

49、機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和對控制系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測等方面的工作，運(yùn)動控制卡則完成運(yùn)動控制的所有細(xì)節(jié)，其原理如圖3-6所示，這樣使系統(tǒng)管理和控制功能各自執(zhí)行，發(fā)揮運(yùn)動控制卡和計算機(jī)的各個優(yōu)勢，提高了工作效率和控制精度。系統(tǒng)狀態(tài)顯示管 理 計 算 機(jī)運(yùn)動軌跡規(guī)劃方向信號輸出原點(diǎn)和限位信號自動升降速處理脈沖型號輸出發(fā)送控制指令外部信號監(jiān)控圖3-6 上位控制模塊結(jié)合內(nèi)窺鏡、制動主缸的定位控制精度要求，和實(shí)際的應(yīng)用條件，運(yùn)動控制卡采用北京科瑞興業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的kpci-882兩軸伺服電機(jī)運(yùn)動控制卡。3.3.2 伺服電機(jī)在控制系統(tǒng)中我們采用伺服電機(jī)來作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動單元。本設(shè)計中對伺服電機(jī)的基本技術(shù)要求

50、如下：精度高。無論在靜、動態(tài)的情況，伺服電機(jī)的輸出量要能夠高精度的復(fù)現(xiàn)輸出量。穩(wěn)定性好。電機(jī)在受到外部干擾的情況下，要能夠穩(wěn)定的恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，電機(jī)只有具有很強(qiáng)的抗干擾能力，才能夠適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境。快速響應(yīng)。由于對制動主缸的檢測是實(shí)時在線的， 所以要求電機(jī)對輸入信號的響應(yīng)快，過渡時間短。綜合考慮實(shí)際需要和電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，本設(shè)計中伺服電機(jī)選用日本panasonic公司生產(chǎn)的a5系列伺服電機(jī)：msmd012g1v伺服電機(jī)，以保證其速度、位置的精度控制。3.3.3 msmd012g1v伺服電機(jī)驅(qū)動器本設(shè)計中我們利用伺服電機(jī)驅(qū)動器主要完成以下兩種功能： （1）控制電機(jī)的換相； （2）控

51、制電機(jī)的速度。與msmd012g1v伺服電機(jī)配套的電機(jī)驅(qū)動器位madht1505。其功率原件最大額定電流為10a，電源電壓為三相200v，電流檢測器的額定電流為5a。第 4 章 光學(xué)成像系統(tǒng)針對深孔類零件的內(nèi)輪廓形狀尺寸檢測精度要求較高、難度大，而目前所采用的測量方法不是精度低就是檢測效率不能滿足要求的問題，本課題研究了一種適用于零件深孔內(nèi)輪廓形狀尺寸檢測的系統(tǒng)一汽車制動主缸補(bǔ)償孔光電檢測系統(tǒng)，其中，其光學(xué)成像系統(tǒng)是整個檢測系統(tǒng)的眼睛，起到視覺延伸的作用，它是整個檢測系統(tǒng)的前端，是后續(xù)各個子系統(tǒng)完成功能、滿足精度的基礎(chǔ)和保證，它主要由光源、內(nèi)窺鏡和ccd攝像機(jī)組成?；赾cd的圖像成像系統(tǒng)性能

52、非常優(yōu)越，如:通過提高攝像機(jī)的分辨率，或調(diào)整光學(xué)鏡頭的放大倍數(shù)，就可以使獲得的圖像信息豐富、精確，從而滿足系統(tǒng)對檢測精度和穩(wěn)定性的要求。4.1 光源設(shè)計我們對光源的選擇設(shè)計包括選擇光源的種類，設(shè)計其驅(qū)動電路和光源擺放位置，從而使所采集的補(bǔ)償孔圖像具有較高的清晰度，使需要計算機(jī)圖像處理分析的檢測目標(biāo)區(qū)域更加突出。此外，還應(yīng)了解制動主缸是如何被照明以及光源的反射、散射特性，再進(jìn)一步根據(jù)制動主缸的具體特點(diǎn)和具體的檢測環(huán)境選擇合適的光源。針對補(bǔ)償孔圖像成像系統(tǒng)光源的技術(shù)要求，可以挑選氙燈或鹵素?zé)魜碜鳛閮?nèi)窺鏡冷光源的光源。氙燈屬于氣體放電燈，它通過惰性氣體電離發(fā)光，優(yōu)點(diǎn)是色溫接近可見光，發(fā)光非常穩(wěn)定，壽

53、命較長一般可以超過500個小時，而鹵素?zé)魧儆诎卓棢?，是通過鎢絲加熱發(fā)光，價格雖然相對便宜，但鹵素?zé)羯l(fā)的光線有些淡黃，色彩還原性沒有氙燈好，并且使用壽命也較短。盡管氙燈的發(fā)光電弧與鹵素?zé)舻逆u絲長度直徑相同，但氙燈的發(fā)光效率和亮度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鹵素?zé)?，由于氙燈不用燈絲，沒有了傳統(tǒng)光源易脆斷的缺點(diǎn)，穩(wěn)定性更高。所以作為侯選光源無論在亮度、節(jié)能、壽命、安全性等方面，氙燈比鹵素?zé)舳几邇?yōu)勢。所以，綜合考慮實(shí)際的檢測環(huán)境、光源的自身特性和系統(tǒng)對圖像質(zhì)量的要求，在本設(shè)計中采用氙燈作為成像系統(tǒng)光源，并采用導(dǎo)光光纖照明光導(dǎo)入被測主缸的內(nèi)表面，從而補(bǔ)償孔的反射像通過內(nèi)窺鏡成像在ccd攝像機(jī)的光敏面上，經(jīng)過圖像采集卡

54、輸入管理計算機(jī)。此外，我們對制動主缸缸體內(nèi)的補(bǔ)償照明采用環(huán)型無影l(fā)ed光源進(jìn)行照明，從而使采集的圖像達(dá)到更加理想的效果。在整個檢測系統(tǒng)安裝完畢之后，還要對成像系統(tǒng)光源的照度、位置等進(jìn)行調(diào)試，并且比較分析在不同的光照條件下所采集的補(bǔ)償孔圖像質(zhì)量，從而選擇出最佳的成像系統(tǒng)照明方案。4.2 內(nèi)窺鏡的選用分析4.2.1 內(nèi)窺鏡的技術(shù)分析本檢測系統(tǒng)是基于圖像進(jìn)行測量的，為了解決制動主缸補(bǔ)償孔的成像問題，在設(shè)計中我們采用工業(yè)內(nèi)窺鏡來延長成像系統(tǒng)的視距，它的后端與ccd攝像機(jī)相連接，并通過內(nèi)窺鏡的前后移動來捕捉補(bǔ)償孔的圖像信息。工業(yè)內(nèi)窺鏡是集光學(xué)、精密機(jī)械、電子技術(shù)和顯微成像技術(shù)于一體的新型精密儀器，它可以

55、很容易的改變檢測視線方向，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械零部件的無法觸及到、非可視部分形位及缺陷的檢測。因?yàn)閮?nèi)窺鏡物鏡的成像質(zhì)量對最終的圖像采集質(zhì)量有著直接的影響，所以本設(shè)計要求內(nèi)窺鏡物鏡校正軸上點(diǎn)的各種像差，并且還要求它的校正軸外點(diǎn)的像差，從而使之能夠獲得滿足成像質(zhì)量要求的圖像。本設(shè)計中，由于制動主缸補(bǔ)償孔位置的特點(diǎn)和檢測精度的需求，要求采用一種遠(yuǎn)心內(nèi)窺成像光學(xué)系統(tǒng)，將內(nèi)窺鏡的成像光路設(shè)計成一個像方遠(yuǎn)心光路與物方遠(yuǎn)心光路合一的光路，這樣的設(shè)計方案就會非常好的解決制動主缸補(bǔ)償孔圖像因?yàn)樘摻苟斐傻臋z測誤差問題，從而大大提高了系統(tǒng)的檢測精度。4.2.2 內(nèi)窺鏡的應(yīng)用設(shè)計本設(shè)計中用到的硬性內(nèi)窺鏡主要是利用窺鏡探

56、頭物鏡配合安裝在一個直的不銹鋼管套內(nèi)的透鏡組來傳送檢測過程中捕獲到的補(bǔ)償孔圖像(即:轉(zhuǎn)像透鏡+物鏡組合)，不銹鋼管中還安裝有用來將光線從光源引導(dǎo)至目標(biāo)檢測點(diǎn)的光纖束，為了方便擴(kuò)大或改變檢測視角，硬性內(nèi)窺鏡的檢測鏡頭可以根據(jù)需要進(jìn)行更換改進(jìn)。這樣利用內(nèi)窺鏡就可以很好的對制動主缸補(bǔ)償孔進(jìn)行圖像檢測，本設(shè)計中采用光纖傳輸照明光，物鏡進(jìn)行顯微攝像，捕獲的補(bǔ)償孔圖像信號經(jīng)過ccd攝像機(jī)、圖像采集卡的實(shí)時處理，最后輸入到計算機(jī)進(jìn)行顯示和處理，這樣，檢測人員就可以通過所得到的補(bǔ)償孔圖像對工件的加工質(zhì)量進(jìn)行分析和觀測。本系統(tǒng)中的內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)的性能和效果曾在某型號槍械槍膛檢測項(xiàng)目中得到應(yīng)用和證明，它穩(wěn)定性高、成像效果好、使用較為方便，完全可以滿足系統(tǒng)對補(bǔ)償孔圖像成像質(zhì)量的要求。圖4-1為內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計圖：圖4-1 內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計圖4.3 ccd攝像機(jī)的選用分析4.3.1 ccd攝像機(jī)的技術(shù)分析在制動主缸補(bǔ)償孔檢測系統(tǒng)中，圖像信息的生成就是來自ccd攝像機(jī)，ccd像機(jī)是補(bǔ)償孔圖像成像系統(tǒng)的核心器件，它對最終采集的圖像質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用，因此，ccd攝像機(jī)的選用非常的重要，不僅它的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要滿足系統(tǒng)的檢測精度要求，而且還要和整個成像系統(tǒng)配合使用，以便產(chǎn)生理想的圖