基于CCD的电液伺服阀精密弹性元件刚度测量仪的研制

论文摘要

在航天、航空、航海领域中会经常用到电液伺服阀作为控制器件,在电液伺服阀中精密弹性元件被广泛地用作力敏单元通过受力形变来获得反馈信号,所以这些精密弹性元件的刚度参数直接关系到控制器件或者导航器件的性能,在生产过程中需要严格控制。反馈杆和弹簧管是电液伺服阀中常用的弹性元件,本文就其刚度测量原理、方法进行了分析,研制了一台基于CCD（Charge-coupled Device）的精密弹性元件刚度测量仪。本文分析了反馈杆和弹簧管的测量原理,提出刚度测量仪总体方案。本测量仪采用计算机控制步进电机转动,推动平行梁式力传感器对被测件进行加载,力传感器同时作为加载元件和测力元件,采集力信号经电路处理,然后通过HY-6120数字量输入/输出卡传输到计算机。使用CCD图像传感器采集被测件关键部位的变化图像,传输到计算机中进行处理以得到被测件位移值。计算机根据采集到的力信号和计算得出的位移信号计算被测件刚度值并输出,绘出被测件刚度曲线。其次,本文进行了刚度测量仪的机械结构设计,主要包括装夹部分,加载部分,CCD和光源的调整、定位部分及其它辅助功能部分。机械结构是测量仪功能实现的基础,并且被测件尺寸小,精度高,对机械结构部分要求很高,是刚度测量仪研制的关键。然后,针对选用的步进电机和传感器设计了刚度测量仪的控制电路部分,用VC++编制了刚度测量仪的控制程序。程序主要包括步进电机驱动控制、力传感器信号采集与处理、CCD图像传感器驱动与图像采集、图像处理、刚度值计算与绘图以及文档处理功能等六大模块,其中图像处理部分最为关键,直接关系到测量精度。最后,对刚度测量仪的机械、控制电路及程序进行了调试,以两个型号的反馈杆和一个型号的弹簧管为样本进行了测量实验,对实验结果进行了分析,根据实验数据对测量仪的软、硬件进行了调整和改进,并对后续工作给出了意见和建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外精密弹性元件刚度测量技术发展现状
• 1.2.2 国内外CCD 检测技术发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 刚度测量仪测量原理及总体方案
• 2.1 反馈杆及弹簧管刚度测量原理
• 2.1.1 反馈杆刚度测量原理
• 2.1.2 弹簧管刚度测量原理
• 2.1.3 CCD 位移测量原理
• 2.2 刚度测量仪总体方案设计
• 2.2.1 刚度测量仪机械部分方案
• 2.2.2 刚度测量仪电路部分方案
• 2.2.3 刚度测量仪计算机部分方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 刚度测量仪结构设计
• 3.1 刚度测量仪装夹部分结构设计
• 3.1.1 刚度测量仪夹具结构设计
• 3.1.2 刚度测量仪反馈杆夹具有限元受力分析
• 3.2 刚度测量仪加载部分结构设计
• 3.3 CCD 及光源定位调整部分结构设计
• 3.4 刚度测量仪辅助功能部分结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 刚度测量仪控制电路及程序设计
• 4.1 刚度测量仪电路设计
• 4.1.1 步进电机驱动电路设计
• 4.1.2 力传感器电源和电压放大电路设计
• 4.2 刚度测量仪程序设计
• 4.2.1 步进电机驱动控制程序设计
• 4.2.2 力传感器信号采集与处理程序设计
• 4.2.3 CCD 驱动与图像采集程序设计
• 4.2.4 图像处理程序设计
• 4.2.5 刚度值计算与绘图程序设计
• 4.2.6 辅助文档处理功能模块程序设计
• 4.3 刚度自动测量多线程程序设计
• 4.4 刚度测量仪测量的主要步骤
• 4.5 本章小结
• 第5章 刚度测量仪实验结果与分析
• 5.1 力传感器的标定
• 5.2 CCD 的标定
• 5.3 刚度测量实验
• 5.3.1 反馈杆1 刚度测量实验
• 5.3.2 反馈杆2 刚度测量实验
• 5.3.3 弹簧管刚度测量实验
• 5.4 刚度测量结果处理算法改进
• 5.5 刚度测量结果误差分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢