转轴径向跳动和转速实时检测光电系统的研究

论文摘要

自20世纪60年代以来,由于空间技术及计算机技术等领域发展的需要,对零件的加工精度的要求不断提高。但高精度的机床的径向跳动却是影响机床加工精度的主要因素之一;对于汽轮机、燃气轮机而言,径向跳动又是安全稳定运行的关键参数。而转速也是旋转机械中非常重要的参数。本文针对传统的径向跳动测量方法中位移传感器的不足,提出了利用光纤传感器测量径向跳动的方案。光纤用于位移测量具有常规测量技术不可比拟的诸多优点,抗强电磁干扰能力强,可灵活柔性弯曲,可在某些特殊条件下进行测量。对于转速的测量,也提出了一种简单、精确和有别于传统方法的光电编码器测量方法。本文对转轴的径向跳动和转速测量进行了深入研究,包括以下几个方面的内容:径向跳动和转速测量的发展现状及常用原理;径向跳动测量系统光纤位移传感器的硬件电路研究;转速测量的硬件电路的研究与开发;系统软件的设计;处理实验数据、分析误差来源,提出系统改进建议。本文在径向跳动测量方面,为保证测量精度,采用光源的软启动电路和恒亮度控制电路;在转速测量方面,采用单片机作为数据处理的主控芯片,选择施密特触发器对光电编码器输出信号进行整形,实现了整个测量范围的高精度测量。在软件方面,以Visual C++为开发平台,对测量数据进行实时的处理、显示和保存。测量结果以图形直观显示。设计的转轴径向跳动实时检测光电系统,抗干扰能力强、精度高,应用软件可实时测量,快速处理、存储数据,测量结果动态图形显示;设计的转速测量系统简单易行、精度高。实验表明,径向跳动测量系统的静态稳定性误差小于0.53%,灵敏度可达1.38μm/mv;转速测量系统的相对误差为0.13%,满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究意义
• 1.2 径向跳动的研究现状
• 1.2.1 打表法
• 1.2.2 电涡流传感器测量法
• 1.2.3 CCD测量法
• 1.3 转速测量研究现状
• 1.3.1 定时计数法
• 1.3.2 定数计时法
• 1.3.3 同步计数计时法
• 1.4 光纤传感器的研究现状
• 1.4.1 反射式光纤位移传感器
• 1.4.2 透射式光纤位移传感器
• 1.5 本文研究主要内容
• 第2章 测量系统的总体结构设计
• 2.1 径向跳动测量的基本原理
• 2.1.1 径向跳动分析
• 2.1.2 反射式光纤传感器工作原理
• 2.2 径向跳动测量系统总体设计
• 2.3 转速测量原理
• 2.4 转速测量系统的总体设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 光纤传感器的硬件电路设计
• 3.1.1 半导体激光器光源驱动电路
• 3.1.2 光电接收器的选择
• 3.2 数据采集电路
• 3.2.1 PCI局部总线的性能
• 3.2.2 模拟输入主要技术参数
• 3.2.3 模拟输入码制以及数据与模拟量的对应关系
• 3.3 转速测量系统电路设计
• 3.3.1 光电编码器电路
• 3.3.2 整形电路
• 3.3.3 单片机测量电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 转速测量程序
• 4.1.1 RS－232 概述
• 4.1.2 基于MSComm控件的串口程序
• 4.2 径向跳动测量程序
• 4.2.1 标定程序
• 4.2.2 测量程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验数据处理和误差分析
• 5.1 系统实验数据处理
• 5.1.1 径向跳动测量系统静态稳定性测试
• 5.1.2 径向跳动测量系统标定
• 5.1.3 径向跳动测量系统精度实验和灵敏度实验
• 5.1.4 径向跳动的测量实验
• 5.1.5 转速测量实验
• 5.2 误差源分析及解决方法
• 5.2.1 数据采集误差
• 5.2.2 系统标定误差
• 5.2.3 测头相对位置误差
• 5.2.4 被测表面曲率的影响
• 5.2.5 被测表面情况不同的影响
• 5.2.6 转速误差分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 实验电路实物图
• 附录2 实验设备实物图
• 附录3 单片机内部程序
• 致谢