轴类零件装配力检测系统的研究

论文摘要

装配是工厂生产系统中的一个重要组成部分，装配作业质量对产品的性能，质量有直接影响；并且对产品的原始成本影响重大，装配自动化已成为制造工业中需要解决的关键技术。而装配自动化的实现必须以合格的质量作为基础，并且具有较高的生产效率。因此，在自动化装配线上引入自动检测设备尤为重要，这样不但可以控制装配质量，而且通过检测设备可以将所采集的数据进行后续处理得到更多的信息。由此可见，将在线自动检测技术应用到装配线上有十分重要的意义。本课题从实际应用出发，针对装配作业中典型的轴类零件的装配，将自动装配技术与智能测试技术相结合，运用目前相对比较成熟的串口通信技术、传感器技术、机器人技术、液压控制技术及单片机技术，设计了一套低成本的通用的适于压入装配的装配力智能检测控制系统。对装配作业中典型的轴类零件的装配过程进行力学分析、力检测与控制。本文主要从以下三个方面对装配力检测系统进行设计：首先，对轴孔装配过程进行力学分析，运用科学计算语言FORTRAN编程，计算轴、孔装配过程中的轴向力，并分析各种因素对轴向力的影响，据此确定装配控制策略。其次，提出了装配力检测系统的设计方案，其中对传感器、放大器、A／D转换器、单片机、D／A转换器、LED显示器、键盘、显示灯、串行总线和输出控制等多个方面进行了设计。在硬件的基础上设计软件，并经过反复的调试与仿真，提高软件的准确率与可靠性，最后阐述了系统的抗干扰措施。本设计为装配过程力监控的进一步研究和应用开拓了空间，具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 技术背景分析
• 1.1.1 装配自动化的发展及研究概况
• 1.1.2 智能检测的国内外研究发展现状
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 课题的研究内容
• 第二章 轴孔装配的力学分析及仿真
• 2.1 轴孔装配模型
• 2.1.1 轴孔装配模式
• 2.1.2 轴孔装配模型的建立
• 2.2 轴、孔插装过程的力学分析
• 2.2.1 通过倒角阶段
• 2.2.2 一点接触阶段
• 2.2.3 两点接触阶段
• 2.3 装配力仿真
• 2.3.1 装配可行域
• 2.3.2 程序流程图及解释
• 2.3.3 程序编译运行及结果输出
• 2.4 装配力仿真结果及分析
• 2.4.1 间隙对插入力Fz的影响
• 0对插入力Fz的影响'>2.4.2 侧向偏移误差 U₀对插入力Fz的影响
• 2.4.3 侧向刚度Kx对插入力Fz的影响
• 0对插入力Fz的影响'>2.4.4 初始偏转角θ₀对插入力Fz的影响
• θ对插入力Fz的影响'>2.4.5 角偏转刚度K_θ对插入力Fz的影响
• 2.5 仿真结论对机器人自动化装配的指导意义
• 2.5.1 仿真结论
• 2.5.2 仿真结论对自动化装配的指导意义
• 本章小结
• 第三章 基于力检测的单片机控制系统
• 3.1 整体方案设计
• 3.1.1 设计目标
• 3.1.2 装配机构简介
• 3.2 装配力检测系统功能概述
• 3.3 单片机测控制系统组成
• 3.4 装配力检测系统硬件设计
• 3.4.1 单片机的选择
• 3.5 人机交互接口技术
• 3.5.1 控制面板的设计
• 3.5.2 键盘接口技术
• 3.5.3 LED显示器接口设计
• 3.6 单片机前向通道的设计
• 3.6.1 信号的获取
• 3.6.2 信号处理
• 3.6.3 A/D转换器的选择
• 3.7 单片机后向通道的设计
• 3.7.1 开关量输出通道
• 3.7.2 模拟量输出通道
• 3.7.3 串口通讯设计
• 3.8 稳压电源的设计
• 3.9 其它电路的设计
• 3.9.1 时钟电路
• 3.9.2 复位电路
• 3.10 系统性能分析
• 本章小结
• 第四章 单片机软件设计
• 4.1 软件设计概述
• 4.2 单片机系统内部资源使用说明
• 4.3 程序工作思想
• 4.3.1 主程序设计
• 4.3.2 中断程序设计
• 4.4 键盘处理模块
• 4.4.1 键盘控制方式
• 4.4.2 键盘功能分析
• 4.4.3 键盘处理程序
• 4.5 数据采集和处理模块
• 4.5.1 数据采集
• 4.5.2 数据处理
• 4.5.3 数字滤波
• 4.5.4 标度变换及 BCD码转换
• 4.5.5 显示灯及报警器
• 4.5.6 测量处理程序
• 4.6 数据显示模块
• 4.7 数据通讯模块
• 4.8 程序的测试
• 本章小结
• 第五章 可靠性和抗干扰设计
• 5.1 可靠性与抗干扰设计概述
• 5.1.1 干扰对控制系统可能造成的危害
• 5.1.2 可靠性系统设计的主要途径
• 5.2 硬件抗干扰措施
• 5.2.1 滤波技术
• 5.2.2 去耦电路
• 5.2.3 屏蔽技术与双绞线传输
• 5.2.4 隔离技术
• 5.2.5 接地技术
• 5.2.6 印刷电路板布线
• 5.3 软件抗干扰措施
• 5.3.1 软件消除键抖动
• 5.3.2 数字滤波
• 5.3.3 误差补偿
• 5.3.4 指令冗余与软件陷阱
• 5.3.5 采用程序监视器
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 电路原理图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢