平面位移控制設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 1301班 題目：平面位移控制裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)（二）報(bào)告生產(chǎn)實(shí)習(xí)名稱： 生產(chǎn)實(shí)習(xí)（二） 生產(chǎn)實(shí)習(xí)題目： 平面位移控制裝置設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 實(shí)習(xí)時(shí)間16/12/31-17/1/13 指導(dǎo)教師： 平面位移控制裝置設(shè)計(jì)小組成員分配表職務(wù)學(xué)號(hào)姓名組內(nèi)任務(wù)組長(zhǎng)130401112呂志鵬 提交概念設(shè)計(jì)報(bào)告 對(duì)整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì) 對(duì)電路進(jìn)行仿真 編寫(xiě)部分程序 給組員分配任務(wù)并進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo) 整理總體報(bào)告組員130401103張金 提交需求分析報(bào)告 編寫(xiě)部分程序 設(shè)計(jì)部分仿真 設(shè)計(jì)部分概念 幫助組長(zhǎng)整理總體報(bào)告130401121黃森源 提交技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告 編寫(xiě)整機(jī)程

2、序并進(jìn)行調(diào)試 對(duì)電路進(jìn)行仿真 設(shè)計(jì)部分概念 幫助組長(zhǎng)整理總體報(bào)告130401130朱曉琳 提交產(chǎn)品使用手冊(cè)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 編寫(xiě)部分程序 設(shè)計(jì)部分仿真 設(shè)計(jì)部分概念 幫助組長(zhǎng)整理總體報(bào)告摘要：一種能夠在平面上進(jìn)行自動(dòng)平面位移控制的裝置，每個(gè)連接件都有種狀態(tài)：打開(kāi)和關(guān)閉，打開(kāi)時(shí)可保證該方向的傳送正常運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉時(shí)該方向的連接斷開(kāi)，停止運(yùn)動(dòng)，在同一個(gè)時(shí)刻，本裝置實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)方向的位移，要選擇哪個(gè)方向，哪個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)電機(jī)就開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，使絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)。更改方向時(shí)，原運(yùn)動(dòng)方向的步進(jìn)電機(jī)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。電機(jī)的開(kāi)啟和停止跟兩個(gè)傳送裝置重疊處傳送塊的連接件狀態(tài)保持一致，連接件在一個(gè)方向打開(kāi)，則另一個(gè)方向關(guān)閉。本裝置實(shí)現(xiàn)了

3、平面上兩個(gè)垂直方向的自動(dòng)位移，使位移空間從一維擴(kuò)大到二維，提高了自動(dòng)化水平。關(guān)鍵詞：平面位移 控制 步進(jìn)電機(jī) 絲杠1.平面位移測(cè)量技術(shù)1.1發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)字圖像是一種新興的非接觸式光學(xué)測(cè)量方法，自上世紀(jì)八十年代初被提出至今，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并且由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)被應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。數(shù)字圖像相關(guān)方法由于測(cè)量精度高和非接觸式等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)測(cè)量技術(shù)方法的不足，可以解決顯示測(cè)量方法種實(shí)驗(yàn)等很多難題，根據(jù)數(shù)字圖像的相關(guān)方法的計(jì)算精度和計(jì)算效率實(shí)現(xiàn)了數(shù)字圖像的相關(guān)方法的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外針對(duì)圖像測(cè)量的研究，日本，德國(guó)，美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始的比較早，提出了許多測(cè)量原理和方法，而我國(guó)在這方面的研究則開(kāi)展的較晚一

4、些。我國(guó)是從80年代中期開(kāi)始圖像測(cè)量技術(shù)研究的，當(dāng)時(shí)典型的應(yīng)用是使用線陣電荷耦合器件(CCD)進(jìn)行長(zhǎng)度的在線測(cè)量，如對(duì)鋼絲直徑的測(cè)量，但由于每個(gè)像素的間距不可能太小，因此精度并不高。而由于當(dāng)時(shí)面陣CCD的價(jià)格昂貴，因而基于三維攝像圖像測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用較少。最近二十幾年來(lái)，圖像測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用到幾何量的尺寸測(cè)量，精密復(fù)雜零件的微尺寸測(cè)量和外觀檢測(cè)，航空遙感測(cè)量，以及光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)狀態(tài)分布圖等許多方面。圖像測(cè)量技術(shù)的迅速崛起和發(fā)展除了由于應(yīng)用需求領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展外，還得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的日臻完善。反之，由于CCD制造工藝和IC技術(shù)的 不斷改進(jìn)和提高

5、，使基于CCD攝像的圖像測(cè)量系統(tǒng)不僅性能越來(lái)越高，而且其成本有所下降，這更進(jìn)一步刺激著這一技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。圖像測(cè)量系統(tǒng)的高分辨率、高靈敏度、光譜響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大等特性是傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x 所無(wú)法比擬的。圖像測(cè)量技術(shù)對(duì)環(huán)境沒(méi)有特殊要求，非常適合于一些傳統(tǒng)測(cè)量手段難以實(shí) 現(xiàn)的場(chǎng)合應(yīng)用。隨著時(shí)代對(duì)制造技術(shù)和測(cè)量技術(shù)提出要求的不斷提高，專家們預(yù)計(jì)，21世紀(jì)圖像測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大致如下：1） 測(cè)量精度由微米級(jí)向納米級(jí)發(fā)展，進(jìn)一步提高測(cè)量分辨率； 2）由點(diǎn)測(cè)量向面測(cè)量過(guò)渡，提高整體測(cè)量精度(即由長(zhǎng)度的精密測(cè)量擴(kuò)展至形狀的精密測(cè)量)； 3)采用在線測(cè)量以逐步替代線外測(cè)量，采用實(shí)時(shí)測(cè)量并將測(cè)量信息反饋用于過(guò)程

6、控制，構(gòu)造高精度、智能化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)； 總之，圖像測(cè)量技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)高精度化，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)高速化和高效率化。因此，高效率測(cè)量與智能化測(cè)量將成為本世紀(jì)高精度圖像測(cè)量技術(shù)的重要發(fā)展方向。 目前數(shù)字處理正成為工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中各學(xué)科學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象，這方面的新技術(shù)、新成果層出不窮極大地改善著我們的日常生活?；跀?shù)字圖像處理開(kāi)展測(cè)量的研究成果也很豐富，例如，基于CCD、CMOS等圖像傳感器進(jìn)行一維尺寸測(cè)量、三維位置測(cè)量、剛體的瞬態(tài)平面運(yùn)動(dòng)、高精度紐致絲直徑檢測(cè)等成果屢有報(bào)道。這些研究成果說(shuō)明采用數(shù)字圖像傳感器應(yīng)用現(xiàn)有圖像處理技術(shù)開(kāi)展坐標(biāo)位移測(cè)量是可行的。當(dāng)前數(shù)字

7、圖象技術(shù)在平面(三維)位移測(cè)量中的應(yīng)用，系統(tǒng)按照所用傳感器的不同可分為紅外成像、CCD成像、激光成像、聲納成像等，其中以CUD成像在光學(xué)圖像測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。CCD的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面中其一是非接觸測(cè)量，另一個(gè)是本課題將要研究的將CCD應(yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)改造上。首先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下CCD在非接觸測(cè)量。它是采用基于三角測(cè)量原理的非接觸激光光學(xué)探頭應(yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上代替接觸式探頭。通過(guò)探頭的掃描可以獲得準(zhǔn)確的表面信息，進(jìn)行表面輪廓的鍘量及用于模具特征線的識(shí)別。克服了接觸式測(cè)量的局限性，提高了測(cè)量效率。已有的數(shù)字圖象技術(shù)在平面(三維)位移測(cè)量的方法如下：三維圖像測(cè)量機(jī)該系統(tǒng)主要由圖像位移測(cè)量

8、系統(tǒng)、圖像式自動(dòng)調(diào)焦、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，其基本工作原理是：利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)分別取縱、橫向光學(xué)標(biāo)尺的位置信息，并利用圖像卡與計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)圖像處理技術(shù)確定兩個(gè)方向的坐標(biāo)值；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)接收經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像的被測(cè)件的輪廓，也通過(guò)圖像卡與計(jì)算機(jī)相連這樣一方面可以通過(guò)圖像處理辦法提取工件的離焦信息，利用步進(jìn)電機(jī)及一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)及攝像機(jī)上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)焦，另一方面，有關(guān)工件輪廓的位髯信息也送入了計(jì)算機(jī)，通過(guò)一定的算法，即可確定被瞄準(zhǔn)。1）光學(xué)系統(tǒng)把刻線及數(shù)字直接成像至UCCD感光面上經(jīng)光電變換，刻線位置信息就變成電信號(hào)，經(jīng)電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，刻線的空位

9、置信息變成了時(shí)間信號(hào)經(jīng)接口送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，再通過(guò)一定的算法判斷刻線位于CCD感光面的相對(duì)位置，作為刻尺位置坐標(biāo)的小數(shù)部分。利用模式識(shí)別技術(shù)識(shí)別刻尺上的數(shù)字作為刻尺位置坐標(biāo)的整數(shù)部分。把兩部分合成起來(lái)，即可得到被測(cè)件的位置坐標(biāo)。2)基于特征的三維圖像拼接法測(cè)量二維圖像拼接采用同一個(gè)CCD攝像機(jī)，通過(guò)移動(dòng)被測(cè)物，獲取被測(cè)物的不同部分圖像；也可用多個(gè)CCD攝像機(jī)，分別提取被測(cè)物不同局部圖像，并通過(guò)公共特征將多幅圖像拼接成一幅完整的圖像數(shù)據(jù)。為了更快速、有效地提取公共特征信息，采用一點(diǎn)一線法可以避免其它方法(如一條線法)在確定平移量、旋轉(zhuǎn)角度以及相對(duì)放大因子時(shí)的不穩(wěn)定性。3)基于數(shù)字圖像特征區(qū)域的

10、特征量匹配的測(cè)量是本文研究的重點(diǎn)，也是本論文測(cè)量原理 提出的基礎(chǔ)，將CCD傳感器技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于對(duì)三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的改進(jìn) 中，將傳統(tǒng)的三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，采用基于CCD傳感器和圖像識(shí)別技術(shù)的新型裝置，代替了價(jià)格昂貴的傳動(dòng)系統(tǒng)及相應(yīng)的定位系統(tǒng)。使三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的成本大大降低。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為通用的三維長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)備?，F(xiàn)行結(jié)構(gòu)均為三個(gè)相互垂直的測(cè)量軸和各自的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)組成機(jī)械主體，結(jié)合測(cè)頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成三坐標(biāo)測(cè)量機(jī).三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為現(xiàn)代大型精密智能儀器，由于它的通用性和自動(dòng)化程度已經(jīng)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)制造業(yè)水平的不斷提高、

11、規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國(guó)已成為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)需求量最多的國(guó)家。另一方面三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)龐大、價(jià)格昂貴使更多的中小企業(yè)望而卻步。國(guó)際上主要有美國(guó)、法國(guó)、日本、意大利等國(guó)的公司生產(chǎn)各型規(guī)格的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，國(guó)內(nèi)主要青島前哨、西安愛(ài)德華測(cè)量設(shè)備公司、航天部303所等企業(yè)生產(chǎn)。這些測(cè)量機(jī)的機(jī)械主體均是基于一維長(zhǎng)度測(cè)量軸構(gòu)成機(jī)械主體，結(jié)構(gòu)大同小異，趨于穩(wěn)定。目前的主要研究，針對(duì)測(cè)頭系統(tǒng)開(kāi)展非接觸測(cè)量研究，國(guó)外已有定型的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)愛(ài)德華公司首家推出非接觸測(cè)量的測(cè)量機(jī);另外，在控制系統(tǒng)和軟件上更加注重自動(dòng)檢測(cè)、掃描測(cè)量技術(shù)研究，為自動(dòng)化加工，檢測(cè)系列化提供發(fā)展幫助。 這些研究成果說(shuō)明采用數(shù)字圖像傳感器，應(yīng)用

12、現(xiàn)有圖像處理技術(shù)開(kāi)展坐標(biāo)位移測(cè)量是可行的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM)中CCD的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面中，其一是非接觸測(cè)量，另一個(gè)是本課題將要研究的將CCD應(yīng)用于對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)中。首先來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下CCD在非接觸測(cè)量的應(yīng)用。基于三角測(cè)量原理的非接觸激光光學(xué)探頭應(yīng)用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) CMM)上代替接觸式探頭。通過(guò)探頭的掃描可以獲得準(zhǔn)確的表面粗糙度信息，進(jìn)行表面輪廓的三維立體測(cè)量以及用于模具特征線的識(shí)別?？朔私佑|式測(cè)量的局限性，提高了測(cè)量效率。將CCD傳感器技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的改進(jìn)中，將傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，采用基于CCD傳感器和圖像識(shí)別技術(shù)的新型裝置

13、，代替了價(jià)格昂貴的傳動(dòng)系統(tǒng)及相應(yīng)的定位系統(tǒng)，使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的成本大大降低。CCD器件 (Charge Coupled Device，電荷禍合器件)具有自掃描，光電靈敏度高，幾何尺寸精確及敏感單元尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。隨著集成度的不斷提高，結(jié)構(gòu)改善及材料質(zhì)量的提高，它已日益廣泛的應(yīng)用于工業(yè)非接觸圖像識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)中，測(cè)量系統(tǒng)分辨率可達(dá)微米級(jí)。圖像識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)一般由以下結(jié)構(gòu)組成:以機(jī)械系統(tǒng)為基礎(chǔ)，線陣或面陣CCD(電荷禍合器件)構(gòu)成攝像系統(tǒng):信息的轉(zhuǎn)換由視頻處理器件完成電荷信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換;計(jì)算機(jī)及計(jì)算技術(shù)完成信息的處理和顯示;載物臺(tái)具有三坐標(biāo)或多坐標(biāo)自由度。1.2研究背景及意義數(shù)字圖像平面測(cè)量技術(shù)相關(guān)

14、方法是一種新型的非接觸式得得光學(xué)測(cè)量方法，具有非接觸式，全場(chǎng)測(cè)量，數(shù)據(jù)采集過(guò)程簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、測(cè)量環(huán)境要求低、便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有的數(shù)字圖像平面測(cè)量技術(shù)相關(guān)方法的計(jì)算精度和計(jì)算速度限制了其在工程試驗(yàn)中的應(yīng)用。因此，研究和改進(jìn)數(shù)字圖像平面測(cè)量技術(shù)相關(guān)方法是提高計(jì)算精度和計(jì)算速度并結(jié)合數(shù)字平面測(cè)量技術(shù)相關(guān)方法的特點(diǎn)，將改進(jìn)的數(shù)字圖像平面測(cè)量方法應(yīng)用于數(shù)字圖像平面測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中，可以彌補(bǔ)當(dāng)前測(cè)量方法的不足，解決數(shù)字圖像平面測(cè)量技術(shù)的測(cè)量中很多難題，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著人類社會(huì)的形成和發(fā)展，生產(chǎn)、生活和貿(mào)易等活動(dòng)的開(kāi)展，需要更多的測(cè)量工具及簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x器，如土地丈量、漏量計(jì)時(shí)

15、以及逐步統(tǒng)一的度量衡器。隨著人類文明時(shí)代的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)活動(dòng)的大規(guī)模開(kāi)展及一系列重大突破催生并發(fā)展了這一科學(xué)。同時(shí)，測(cè)量器具、技術(shù)和理論的發(fā)展又促進(jìn)了生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展。近代科學(xué)和工業(yè)化的發(fā)展，促使測(cè)量學(xué)科一方面需要進(jìn)行專業(yè)化分工；同時(shí)測(cè)試技 術(shù)也要求突破經(jīng)典的測(cè)量方法和技術(shù)，尋求新的測(cè)試原理與手段。如求助于電學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等，從單一學(xué)科發(fā)展為多學(xué)科間的相互借鑒和滲透，形成綜合各學(xué)科研究成果的新型測(cè)量系統(tǒng)。 目前，對(duì)測(cè)量技術(shù)的精度，測(cè)量效率以及測(cè)量自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng) 的檢測(cè)原理和技術(shù)已經(jīng)難以適應(yīng)這個(gè)新的要求。特別是在某些特定場(chǎng)合，如微小尺寸，曲面輪廓等的在線測(cè)試課題，已成為

16、傳統(tǒng)測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)的難題。因此，探索新的測(cè)量方法，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義II刊。三十余年來(lái)，隨著激光技術(shù)，精密計(jì)量光柵制造技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像獲取和 處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)始將它們應(yīng)用到高精度測(cè)量領(lǐng)域，并形成了新的測(cè)量技術(shù)圖像測(cè)量技術(shù)。圖像測(cè)量技術(shù)以光學(xué)為基礎(chǔ)、融入了光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、激 光技術(shù)、圖像處理技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，組成光、機(jī)、電、算和控制技術(shù)一體化的綜合測(cè)量系統(tǒng)。所謂的圖像測(cè)量16l就是測(cè)量被測(cè)對(duì)象時(shí)，把圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞的手段或載體加以利用的測(cè)量方法，其目的是從圖像中提取有用的信號(hào)。圖像測(cè)量的基本原理就是處理被測(cè)物體圖像的邊緣紋理而獲得物體的幾何參數(shù)，因此圖像處理技術(shù)成為

17、圖像測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 。 而傳統(tǒng)的幾何量測(cè)量方法，是根據(jù)測(cè)量頭與被測(cè)件是否接觸可分為接觸式與非接觸式 兩大類。其中非接觸式測(cè)量方法以前主要有光學(xué)式和氣動(dòng)式兩種，圖像測(cè)量技術(shù)作為一種新興的非接觸測(cè)量方法有著獨(dú)特的優(yōu)越性，它通過(guò)把被測(cè)對(duì)象的圖像作為檢測(cè)和傳遞信息的手段，從圖像中提取有用信息進(jìn)而獲得待測(cè)參數(shù)。光電攝像器件的產(chǎn)生和普及使圖像測(cè)量技術(shù)成為可能，特別是電荷耦合器件(CCD)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了圖像測(cè)量技術(shù)的形成和發(fā)展。電荷耦合器件(CCD)是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型半導(dǎo)體器件，由于它具 有自掃描、高分辨、高靈敏度、重量輕、體積小、像素位置準(zhǔn)確、耗電少壽命長(zhǎng)、可靠性 好

18、、信號(hào)處理方便，便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)，30多年來(lái)發(fā)展迅速，成為近代光電成像 領(lǐng)域中非常重要的獲取圖像的技術(shù)手段?；贑CD器件圖像測(cè)量技術(shù)的使用范圍和測(cè)試 精度均比現(xiàn)有的機(jī)械式、光學(xué)式或電磁式的測(cè)量技術(shù)優(yōu)越得多，可以滿足測(cè)量速度快，精度高，使它被應(yīng)用于加工、測(cè)量和控制融為一體成為可能。對(duì)圖像測(cè)量的研究，日本，德國(guó)，美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始的比較早，提出了許多測(cè)量原理 和方法，而我國(guó)在這方面的研究則開(kāi)展的較晚一些。我國(guó)是從80年代中期開(kāi)始圖像測(cè)量技術(shù)研究的，當(dāng)時(shí)典型的應(yīng)用是使用線陣電荷耦合器件(CCD)進(jìn)行長(zhǎng)度的在線測(cè)量，如對(duì)鋼絲直徑的測(cè)量，但由于每個(gè)像素的間距不可能太小，因此精度并不高。而由于當(dāng)時(shí)面陣

19、CCD的價(jià)格昂貴，因而攝像圖像測(cè)量的系統(tǒng)，應(yīng)用較少。最近三十幾年來(lái)，圖像測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用到幾何量的尺寸測(cè)量，精密復(fù)雜零件的微尺寸測(cè)量和外觀檢測(cè)，航空遙感測(cè)量，以及光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)狀態(tài)分布圖等許多方面。圖像測(cè)量技術(shù)的迅速崛起和發(fā)展除了由于應(yīng)用需求領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展外，還得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的日臻完善。反之，由于CCD制造工藝和IC技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高，使基于CCD攝像的圖像測(cè)量系統(tǒng)不僅性能越來(lái)越高，而且其成本有所下降，這更進(jìn)一步刺激著這一技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。這就使數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在位移測(cè)量中成為可能。 當(dāng)前平面位移的測(cè)量現(xiàn)狀：平面位移測(cè)量系統(tǒng)作為

20、通用的三維長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)備?，F(xiàn)行結(jié)構(gòu)均為兩個(gè)相互垂直的測(cè)量軸和各自的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)組成機(jī)械主體，結(jié)合測(cè)頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成平面位移測(cè)量系統(tǒng)。它的通用性和自動(dòng)化程度已經(jīng)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)際上主要有美國(guó)、法國(guó)，日本，意大利等國(guó)的公司生產(chǎn)三維測(cè)量機(jī)，國(guó)內(nèi)一些公司 生產(chǎn)出一些規(guī)格的二維位移測(cè)量，如日本生產(chǎn)的XY-STEEL系列數(shù)字式測(cè)量機(jī)17J，上海刀 具廠VISIONV4033三維測(cè)量機(jī)18J，愛(ài)華檢測(cè)設(shè)備有限公司的AHVWSl510三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。這些測(cè)量機(jī)的機(jī)械主體均是基于一維長(zhǎng)度測(cè)量軸而構(gòu)成機(jī)械主體，結(jié)構(gòu)大同小異，趨于穩(wěn)定。目前的主要研究，針對(duì)測(cè)頭系統(tǒng)開(kāi)展非接觸測(cè)量

21、研究，國(guó)外已有定型的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)愛(ài)德華公司首家推出非接觸測(cè)量的測(cè)量機(jī)；另外，在控制系統(tǒng)和軟件上更加注重自動(dòng)檢測(cè)、掃描測(cè)量技術(shù)研究，為自動(dòng)化加工，檢測(cè)系列化提供發(fā)展幫助。這些測(cè)量機(jī)目前的主要研究，針對(duì)于系統(tǒng)測(cè)頭進(jìn)行非接觸測(cè)量研究，國(guó)外已有定型的產(chǎn)品；另外，在控制系統(tǒng)和軟件上更加注重自動(dòng)檢測(cè)、掃描測(cè)量技術(shù)研究，為自動(dòng)化加工，檢測(cè)系列化提供發(fā)展幫助。對(duì)工件尺寸和輪廓的檢測(cè)，主要方法是:通過(guò)測(cè)量測(cè)頭與工件間的相對(duì)位移，得到工件的空間坐標(biāo)尺寸，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理給出測(cè)量結(jié)果。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的實(shí)質(zhì)就是取得測(cè)頭或工件的位移信息。傳統(tǒng)的位移 (坐標(biāo))測(cè)量是由坐標(biāo)機(jī)的坐標(biāo)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行位移測(cè)量，將大大簡(jiǎn)化

22、坐標(biāo)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu).現(xiàn)今對(duì)工件的輪廓等形位尺寸的測(cè)量主要分為兩類，即接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)量大多是用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)完成，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種通用的三維長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器，能達(dá)到很高精度，但其缺點(diǎn)是成本太高，操作復(fù)雜。非接觸測(cè)量主要采用光學(xué)測(cè)量方法，用攝像機(jī)對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行點(diǎn)式或面式掃描，利用物點(diǎn)和像點(diǎn)的關(guān)系求得工件外輪廓的三維坐標(biāo)信息，其測(cè)量速度快，但測(cè)量范圍受到限制，測(cè)量精度不高m。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)龐大、價(jià)格昂貴使更多的中小企業(yè)難以接 受，特別是對(duì)形位尺寸精度要求不高的工件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需開(kāi)發(fā)一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，測(cè)量簡(jiǎn)便的形位尺寸測(cè)量機(jī)，本項(xiàng)目采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)

23、械主體進(jìn)行簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)三維空間 (平面)的位移尺寸測(cè)量，它將使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量原理發(fā)生質(zhì)的改變，可以認(rèn)為是對(duì)現(xiàn)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一種革新?，F(xiàn)代測(cè)量技術(shù)是一門集光學(xué)、電子、傳感器、圖像、制造及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一 體的綜合性交叉學(xué)科，涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域。在現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)和科學(xué)研究中， 測(cè)量?jī)x器具有集成化，智能化的發(fā)展趨勢(shì)。在對(duì)復(fù)雜零件的尺寸，形狀和相互位 置進(jìn)行測(cè)量中非接觸測(cè)量起著越來(lái)越重要的作用。將CCD傳感器技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM )的改進(jìn)中，將傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM)的門式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了革新，放棄了價(jià) 格昂貴的高精度傳動(dòng)系統(tǒng)及相應(yīng)的定位系統(tǒng)，采用了基于CCD傳感器和

24、圖像識(shí) 別技術(shù)的新型裝置。使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM)的價(jià)格降到了可以為中小型企業(yè)承 受的價(jià)位。數(shù)字圖像處理技術(shù)在形位尺寸測(cè)量中具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在非接觸測(cè)量和在線測(cè)量中，利用CCD器件得到被測(cè)對(duì)象的數(shù)字圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行特征分析，通過(guò)對(duì)不同時(shí)域的圖像的對(duì)比，得出位移和形狀參數(shù)，是機(jī)械加工設(shè)備在線檢測(cè)的發(fā)展方向。目的是將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的改進(jìn)中，通過(guò)獲取安裝在固定板上的攝像機(jī)的位移信息，可以獲得被測(cè)量工件的坐標(biāo)尺寸，從而簡(jiǎn)化了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。圖像特征區(qū)域的邊緣分割與提取、特征表示和匹配原則是本論文擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。具體研究工作如下: 1)測(cè)量原理方案設(shè)計(jì)及光源、C

25、CD器件、圖像卡等的選用和安裝。2)圖像提取及預(yù)處理:通過(guò)安裝在導(dǎo)軌底部的CCD攝像機(jī)獲取測(cè)量平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的圖像序列。在此研究了微小位移對(duì)圖像灰度分布的影響，確定了圖像的預(yù)處理方法。3)圖像特征識(shí)別和重心定位:在得到的圖像序列中每一幀圖像都包含一定的特征區(qū)域。確定相鄰幀圖像中特征區(qū)域的重心的位置變化，可以得到特征區(qū)域在相鄰幀圖像中的位移信息。精確識(shí)別特征區(qū)域和重心定位是提高測(cè)量精度及可靠性的關(guān)鍵。平面位移測(cè)量系統(tǒng)作為通用的二維長(zhǎng)度測(cè)量設(shè)備。現(xiàn)行結(jié)構(gòu)均為兩個(gè)相互垂直的測(cè)量軸和各自的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)組成機(jī)械主體，結(jié)合測(cè)頭系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成平面位移測(cè)量系統(tǒng)。它的通用性和自動(dòng)化程

26、度已經(jīng)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng) 用。國(guó)際上主要有美國(guó)、法國(guó)，日本，意大利等國(guó)的公司生產(chǎn)二維測(cè)量機(jī)，國(guó)內(nèi)一些公司生產(chǎn)出一些規(guī)格的二維位移測(cè)量，如日本生產(chǎn)的XY-STEEL系列數(shù)字式測(cè)量機(jī)17 J，上海刀具廠VISIONV4033二維測(cè)量機(jī)18J，愛(ài)華檢測(cè)設(shè)備有限公司的AHVWSl510二坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。這些測(cè)量機(jī)的機(jī)械主體均是基于一維長(zhǎng)度測(cè)量軸而構(gòu)成機(jī)械主體，結(jié)構(gòu)大同小異，趨于穩(wěn)定。目前的主要研究，針對(duì)測(cè)頭系統(tǒng)開(kāi)展非接觸測(cè)量研究，國(guó)外已有定型的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)愛(ài)德華公司首家推出非接觸測(cè)量的測(cè)量機(jī)；另外，在控制系統(tǒng)和軟件上更加注重自動(dòng)檢測(cè)、掃描測(cè)量技術(shù)研究，為自動(dòng)化加工，檢測(cè)系列化提供發(fā)展的幫助。2概念設(shè)

27、計(jì)2.1步進(jìn)電機(jī)圖2.1.1 步進(jìn)電機(jī)（圖2.1.1）又稱為脈沖電機(jī),基于最基本的電磁鐵原理,它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵,其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。（1）工作原理通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組

28、產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）工作特點(diǎn)1）步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。2）步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。3）改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)

29、的方向。（3）控制方式采用PID控制方式進(jìn)行控制，PID 控制根據(jù)給定值 r( t) 與實(shí)際輸出值 c(t) 構(gòu)成控制偏差 e( t) , 將偏差的比例 、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量 ，從而對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。2.2滾珠絲杠圖2.2.1滾珠絲杠（圖2.2.1）是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器

30、、防塵器組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是艾克姆螺桿的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。（1）工做原理1）按照國(guó)標(biāo)GB/T17587.3-1998及應(yīng)用實(shí)例，滾珠絲杠來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)；或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。2）當(dāng)滾珠絲杠作為主動(dòng)體時(shí)，螺母就會(huì)隨絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度按照對(duì)應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)工件可以通過(guò)螺母座和螺母連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)。（2）絲杠特點(diǎn)1）摩擦損失小、傳動(dòng)效率高由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。2）高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)

31、動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。3）軸向剛度高滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓,由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。4）不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性。5）精度高2.3聯(lián)軸器聯(lián)軸器（圖2.3.1）是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。（1）工作原理圖2.3.1聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相

32、聯(lián)接。聯(lián)軸器種類繁多選擇時(shí)先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計(jì)算扭矩和轉(zhuǎn)速，再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)中查出適用的型號(hào)，最后對(duì)某些關(guān)鍵零件作必要的驗(yàn)算。聯(lián)軸器主要通過(guò)預(yù)緊來(lái)達(dá)到無(wú)空回傳遞扭矩，軸連接無(wú)空回，好的柔韌性和抗沖擊性，允許各個(gè)方向的偏移，即使在高速下，運(yùn)動(dòng)也平穩(wěn)，能承受大的工作量。聯(lián)軸器主要通過(guò)預(yù)緊來(lái)達(dá)到無(wú)空回傳遞扭矩，軸連接無(wú)空回，好的柔韌性和抗沖擊性，允許各個(gè)方向的偏移，即使在高速下，運(yùn)動(dòng)也平穩(wěn)，能承受大的工作量，安裝操作簡(jiǎn)單方便，免維護(hù)，不需停工期，能承受高溫環(huán)境，小尺寸，小慣量，電絕緣，性價(jià)比高，額定扭矩0.10-650Nm。膜片本身很薄，所以當(dāng)相對(duì)位移荷載產(chǎn)生時(shí)它很容易彎曲

33、，因此可以 承受高達(dá)1.5度的偏差，同時(shí)在步進(jìn)系統(tǒng)中產(chǎn)生較低的軸承負(fù)荷。膜片聯(lián)軸器常用于步進(jìn)系統(tǒng)中，膜片具有很好的扭矩剛性。另一方面，膜片聯(lián)軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒(méi)有正確安裝則很容易損壞。膜片聯(lián)軸器快易優(yōu)有收錄，所以保證偏差在聯(lián)軸器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的承受范圍之內(nèi)是非常必要的。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)能在高速區(qū)域時(shí)傳達(dá)高扭矩，要求精度高，所以選擇膜片型聯(lián)軸器。（2）單膜片聯(lián)軸器的特性 大扭矩承載、高扭矩剛性和卓越靈敏度 免維護(hù)、超強(qiáng)抗油和耐腐蝕性 零回轉(zhuǎn)間隙 體積小巧的聯(lián)軸器，總長(zhǎng)度短 不銹鋼膜片補(bǔ)償角向軸向偏差 順時(shí)針與逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同2.4超聲波測(cè)距（1）超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)

34、射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。測(cè)距的公式表示為：L=C×T式中L為測(cè)量的距離長(zhǎng)度，C為超聲波在空氣中的傳播速度，T為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。（2）超聲波測(cè)距誤差分析根據(jù)超聲波測(cè)距公式L=C×T，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。1）時(shí)間誤差當(dāng)要求測(cè)距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度C=34

35、4m/s (20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測(cè)距誤差st<(0.001/344) 0.000002907s 即2.907s。在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)的定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1s的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在1mm的測(cè)量范圍內(nèi)。2）超聲波傳播速度誤差超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。已知超聲波速度與溫度的關(guān)系如下：v=331.5+0.6t (m/s)式中： r

36、 氣體定壓熱容與定容熱容的比值，對(duì)空氣為1.40，R 氣體普適常量，8.314kg·mol-1·K-1，M氣體分子量，空氣為28.8×10-3kg·mol-1，T 絕對(duì)溫度，273K+T。（3）超聲波測(cè)距特點(diǎn) 超聲波指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，超聲波檢測(cè)比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。2.5平面位移控制裝置原理平面位移控制裝置是一種能夠在平面上進(jìn)行自動(dòng)位移控制的裝置，其特征在于：所述的控制裝置由兩個(gè)相互垂直套接成十字形的系統(tǒng)構(gòu)成，包括兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，兩個(gè)超聲波測(cè)距模塊，3根絲杠，STC89C51單片

37、機(jī)，LCD1602液晶顯示屏，若干導(dǎo)線等等。（1）平面位移系統(tǒng)水平方向共有兩個(gè)絲杠（分別命名為絲杠1，絲杠2 ），其中絲杠1由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器來(lái)控制其旋轉(zhuǎn)，在聯(lián)軸器與絲杠1之間放置一個(gè)主動(dòng)輪，絲杠另一端放置另一個(gè)主動(dòng)輪，在絲杠2 的兩端分別放置一個(gè)從動(dòng)輪，兩個(gè)主動(dòng)輪與兩個(gè)從動(dòng)輪之間通過(guò)皮帶進(jìn)行連接，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器使絲杠1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，絲杠1通過(guò)兩個(gè)主動(dòng)輪帶動(dòng)絲杠2 的從動(dòng)輪，使絲杠2進(jìn)行同相位旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得兩根絲杠上的螺母無(wú)偏差的同位移運(yùn)動(dòng)。垂直方向上，另外一個(gè)步進(jìn)電機(jī)放置在絲杠1 的螺母上，絲杠3的兩個(gè)軸承座分別放置在絲杠1和絲杠2的螺母上。所述的每個(gè)電機(jī)都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)

38、控制，在同一個(gè)時(shí)刻，只有一個(gè)方向的電機(jī)是運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)哪個(gè)方向的位移，哪個(gè)方向的電機(jī)的行程開(kāi)關(guān)打開(kāi)，驅(qū)動(dòng)此電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，更改方向時(shí)，原運(yùn)動(dòng)方向的行程開(kāi)關(guān)控制本方向的電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)；所述的傳送裝置由一組相同大小的傳送塊和傳送塊之間的連接件組成，每個(gè)連接件均有打開(kāi)和關(guān)閉兩種狀態(tài)，打開(kāi)時(shí)可保證一個(gè)方向的傳送正常運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉時(shí)該方向的連接斷開(kāi)，停止運(yùn)動(dòng)，且這兩種狀態(tài)與該方向的電機(jī)的開(kāi)啟和停止?fàn)顟B(tài)保持一致（2）距離矯正系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距模塊對(duì)被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行距離測(cè)量，將測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而對(duì)被測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行修正。（3）工作原理當(dāng)操作者輸入一個(gè)位移坐標(biāo)后，水平方向步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始工作，使絲

39、杠轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)螺母到達(dá)預(yù)定位置坐標(biāo)后，此時(shí)水平方向的測(cè)距模塊開(kāi)始工作，裝置開(kāi)始進(jìn)行水平方向距離修正；當(dāng)橫向坐標(biāo)確定后，垂直方向步進(jìn)開(kāi)始工作，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)螺母到達(dá)預(yù)定位置坐標(biāo)后，此時(shí)垂直方向的測(cè)距模塊開(kāi)始工作，裝置進(jìn)行垂直方向距離修正。2.6整體裝置工作原理圖圖2.6.1 平面位移控制裝置原理圖 聯(lián)軸器超聲波測(cè)距模塊絲杠1步進(jìn)電機(jī)絲杠支撐座主動(dòng)輪三角皮帶從動(dòng)輪絲杠2絲杠32.7材料的型號(hào)的選擇（1）步進(jìn)電機(jī)的選擇已知扭矩公式為 T=9550pn其中：T為扭矩,單位：N·Mp為輸出功率，單位Kwn為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min經(jīng)計(jì)算PG36-42BY 型42步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。參數(shù)為：

40、 減速比為：13.7，減速級(jí)數(shù)為：2，最大額定扭矩：30kg·cm 瞬時(shí)允許扭矩：90kg·cm（2）絲杠的選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°360°1.8°=2000步又要求精度為1mm選擇螺紋外徑d=12mm,導(dǎo)程d=4mm的絲杠。（3）聯(lián)軸器的選擇選擇膜片型聯(lián)軸器（4）電子器件選擇采用AT89C51芯片 LCD1602液晶顯示屏 3.技術(shù)設(shè)計(jì)3.1電路說(shuō)明（1）整體電路圖原理圖圖3.1.1（2）電路原理說(shuō)明1）電路各部分說(shuō)明圖3.1.2仿真單片機(jī)的選擇，AT89C52為控制，如圖3.1.2所示，搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過(guò)編寫(xiě)程序，控制LCD16

41、02液晶顯示所要定位的坐標(biāo)，并實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電機(jī)所走的步數(shù)。2）按鍵說(shuō)明為少硬件的使用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定的同時(shí)降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作的成本，我們?cè)诎存I設(shè)置上只保留了5個(gè)按鍵用于所需定位坐標(biāo)的輸入。如圖3.1.3所示：按鍵“L”“R”用于輸入值光標(biāo)的左移與右移。按鍵“加”與“減”用于輸入值光標(biāo)所在位上的值的加減。按鍵“STOP”用于輸入的輸入與電機(jī)開(kāi)始信號(hào)的。使用方法如下，按下按鍵“STOP”按鍵通過(guò)移動(dòng)輸入坐標(biāo)的光標(biāo)來(lái)改變輸入坐標(biāo)每次增加或減小的量按一下按鍵“STOP”電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.1.33）電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 如圖3.1.4所示，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)所需的電流大約是200mA，單片機(jī)所能輸出的電流大約是1

42、mA。所以不能通過(guò)單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，要加一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片，在此選擇ULN2003芯片。通過(guò)上圖電路設(shè)計(jì)，不僅電機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖3.1.44）顯示電路設(shè)計(jì)如圖3.1.5所示，顯示部分用LCD1602液晶作為顯示。將LCD1602液晶與單片機(jī)I/O相連，通過(guò)應(yīng)用應(yīng)用程序，在LCD1602液晶屏上的第一行顯示輸入的坐標(biāo)值，在液晶屏的第二行顯示當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置值。這樣可以清晰讓人知道系統(tǒng)的工作狀態(tài)。5）仿真運(yùn)行結(jié)果圖圖3.1.5如圖3.1.6所示，動(dòng)過(guò)按鍵輸入所要定位的坐標(biāo)（X:130，Y:140)之后，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)所輸入的坐標(biāo)位置，有上圖所示，最后到達(dá)的位置正好是輸入

43、的坐標(biāo)。說(shuō)明了從電路設(shè)計(jì)到程序的編寫(xiě)，到是合理，且符合設(shè)計(jì)要求。圖3.1.63.2程序流程圖開(kāi)始系統(tǒng)初始化led初始化超聲波初始化按鍵key是否按下輸入位置坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)顯示距離NY3.3部分程序#include <reg52.h> #include <stdio.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define FOSC 11059200L#define T1MS (65536-FOSC/5000) /1T模式sfr AUXR = 0x8e; unsigned char code A_Rot

44、ation8=0x08,0x18,0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0x48; unsigned char code B_Rotation8=0x48,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x18,0x08; /*void disPlay(void);void main() char vpr3=0;int i,j; AUXR |= 0x80; /定時(shí)器0為1T模式 TMOD = 0x00; /設(shè)置定時(shí)器為模式0 TL0 = 0x71; /設(shè)置定時(shí)初值 TH0 = 0xDD; /設(shè)置定時(shí)初值 TR0 = 1; /定時(shí)器0開(kāi)始計(jì)時(shí) ET0 = 1; /使能定時(shí)器0中斷

45、 EA = 1; init_1602(); disPlay(); while(1)/電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),按鍵顯示while(key) while(2<PP1&&PP1<6)if(D = 3)if(PP1 =3 ) X_1 = X_1+100; D =0;PP1 = 0;if(PP1 =4 ) X_1 = X_1+10; D = 0;PP1 = 0;if(PP1 =5 ) X_1 = X_1+1;D =0;PP1 = 0;if(D = 4) if(PP1 =3 ) X_1 = X_1-100; D = 0;PP1 = 0;if(PP1 =4 ) X_1 = X_1-10;D =

46、0;PP1 = 0;if(PP1 =5 ) X_1 = X_1-1; D = 0;PP1 = 0;if(X_1<0|X_1>10000) X_1=0;write_by_zifu(3,0,X_1/100%10+'0');write_by_zifu(4,0,X_1/10%10+'0');write_by_zifu(5,0,X_1%10+'0'); while(9<PP1&&PP1<13)if(D = 3)if(PP1 =10 ) Y_1 = Y_1+100; D =0;PP1 = 0;if(PP1 =11 )

47、Y_1 = Y_1+10; D = 0;PP1 = 0;if(PP1 =12 ) Y_1 = Y_1+1;D =0;PP1 = 0;if(Y_1<0|Y_1>10000) Y_1=0;if(D = 4) if(PP1 =10 ) Y_1 = Y_1-100; D =0;PP1 = 0;if(PP1 =11 ) Y_1 = Y_1-10; D = 0;PP1 = 0;if(PP1 =12) Y_1 = Y_1-1;D =0;PP1 = 0;if(Y_1<0|Y_1>10000) Y_1=0;write_by_zifu(10,0,Y_1/100%10+'0'

48、);write_by_zifu(11,0,Y_1/10%10+'0');write_by_zifu(12,0,Y_1%10+'0'); while(key_D)key_D = 0;if(X_1<=Y_1)for(j=0;j<(X_1/8);j+) for(i=0;i<8;i+) /?8?P2 = B_Rotationi; /X_N+;/順時(shí)針Y_N+;delay(2); /write_by_zifu(3,1,X_N/100%10+'0');write_by_zifu(4,1,X_N/10%10+'0');writ

49、e_by_zifu(5,1,X_N%10+'0');write_by_zifu(10,1,Y_N/100%10+'0');write_by_zifu(11,1,Y_N/10%10+'0');write_by_zifu(12,1,Y_N%10+'0');for(j=0;j<(Y_1/8)-(X_1/8);j+)for(i=0;i<8;i+) P2 = B_Rotationi&0xf0; Y_N+;/順時(shí)針delay(2);write_by_zifu(10,1,Y_N/100%10+'0');wri

50、te_by_zifu(11,1,Y_N/10%10+'0');write_by_zifu(12,1,Y_N%10+'0');for(i=0;i<Y_1%8;i+) P2 = B_Rotationi&0xf0;Y_N+;/順時(shí)針delay(2); write_by_zifu(10,1,Y_N/100%10+'0');write_by_zifu(11,1,Y_N/10%10+'0');write_by_zifu(12,1,Y_N%10+'0');for(i=0;i<X_1%8;i+) LED = 0

51、; P2 = B_Rotationi&0xf; X_N+;/順時(shí)針delay(2); write_by_zifu(3,1,X_N/100%10+'0');write_by_zifu(4,1,X_N/10%10+'0');write_by_zifu(5,1,X_N%10+'0');else /X_1>Y_1 for(j=0;j<(Y_1/8);j+) for(i=0;i<8;i+) / P2 = B_Rotationi; X_N+;/順時(shí)針Y_N+;delay(2); /write_by_zifu(3,1,X_N/100%

52、10+'0');write_by_zifu(4,1,X_N/10%10+'0');write_by_zifu(5,1,X_N%10+'0');write_by_zifu(10,1,Y_N/100%10+'0');write_by_zifu(11,1,Y_N/10%10+'0');write_by_zifu(12,1,Y_N%10+'0');for(j=0;j<(X_1/8)-(Y_1/8);j+) for(i=0;i<8;i+) P2 = B_Rotationi&0xf; X_N+;/順時(shí)針delay(2); write_by_zifu(3,1,X_N/100%10+'0');write_by_zifu(4,1,X_N/10%10+'0');write_by_zifu(5,1,X_N%10+'0');for(i=0;i<X_1%8;i+) P2 = B_Rotationi&0xf; X_N+;/順時(shí)針delay(2); write_by_zifu(3,1,X_N/100%10+'