機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制文獻(xiàn)綜述

1、吉林化工學(xué)院文 獻(xiàn) 綜 述基于2D-PSD的導(dǎo)軌直線度測(cè)試儀設(shè)計(jì)Rail Straightness Tester Based on 2D-PSD Design性 質(zhì): 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文教 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院系 別：機(jī)械電子系學(xué)生學(xué)號(hào)：11410514學(xué)生姓名：李夢(mèng)竹專業(yè)班級(jí)：機(jī)自1105指導(dǎo)教師：孔繁星職 稱：講師起止日期：2015.3.22015.3.28吉 林 化 工 學(xué) 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述基于2D-PSD的導(dǎo)軌直線度測(cè)試儀設(shè)計(jì)摘 要：導(dǎo)軌作為電梯等運(yùn)行設(shè)備的導(dǎo)向部件，其質(zhì)量決定著設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)

2、確、安全，和舒適程度。而導(dǎo)軌的直線度是導(dǎo)軌的一項(xiàng)極為重要的性能參數(shù)，其精度直接影響著導(dǎo)軌的質(zhì)量，是評(píng)價(jià)導(dǎo)軌的重要指標(biāo)。本文在闡述導(dǎo)軌直線度自動(dòng)檢測(cè)的重要意義的基礎(chǔ)上，查閱了導(dǎo)軌檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展，確定了導(dǎo)軌直線度檢測(cè)的總體方案。系統(tǒng)采用激光準(zhǔn)直技術(shù)，以精度為0.001mm的2D-PSD為核心獲取二維位置信息以測(cè)量導(dǎo)軌的直線度，提高了導(dǎo)軌直線度的測(cè)量精度。系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)平臺(tái)的實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行了發(fā)射/接收裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件接口電路設(shè)計(jì)、軟件模塊設(shè)計(jì)等，解決大長(zhǎng)度導(dǎo)軌直線度精密測(cè)量問(wèn)題。系統(tǒng)能夠有效地解決精密長(zhǎng)導(dǎo)軌直線度檢測(cè)與高精度測(cè)量的難題，為大范圍長(zhǎng)導(dǎo)軌直線度測(cè)量提供了一種新

3、的檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞：直線度； 激光準(zhǔn)直技術(shù)； PSD；導(dǎo)軌1 緒 論 1.1 導(dǎo)軌直線度檢測(cè)的目的及意義導(dǎo)軌作為傳導(dǎo)和支撐元件，廣泛應(yīng)用在電梯、鐵路及各種機(jī)械設(shè)備中。導(dǎo)軌由于自身?yè)隙?、機(jī)架變形等將會(huì)影響其直線度精度。導(dǎo)軌的直線度精度直接影響著運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，產(chǎn)生噪聲，縮短運(yùn)行壽命。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)需求的發(fā)展,對(duì)大尺寸導(dǎo)軌的精度要求越來(lái)越高。雖然國(guó)內(nèi)激光準(zhǔn)直技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，有些準(zhǔn)直儀對(duì)直線度的測(cè)量精度也比較高，但這些儀器大多是在實(shí)驗(yàn)室條件下為短距離直線度的測(cè)量設(shè)計(jì)的，很少有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的，而應(yīng)用于裝備制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)距離導(dǎo)軌直線度高精度測(cè)量?jī)x，在國(guó)內(nèi)更是少見(jiàn)。本課題通

4、過(guò)對(duì)長(zhǎng)距離大范圍導(dǎo)軌直線度檢測(cè)方法及系統(tǒng)地研究，可以有效地解決精密長(zhǎng)導(dǎo)軌直線度在線檢測(cè)與高精度測(cè)量的難題，為大范圍長(zhǎng)導(dǎo)軌直線度測(cè)量提供新的檢測(cè)方法，使激光準(zhǔn)直技術(shù)在直線度測(cè)量方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，提高導(dǎo)軌直線度的測(cè)量。該項(xiàng)目成功研制預(yù)示著在大范圍長(zhǎng)導(dǎo)軌的光電激光準(zhǔn)直高精度測(cè)量得到徹底地解決，增強(qiáng)我國(guó)精密測(cè)量設(shè)備在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力?；?D-PSD的導(dǎo)軌直線度測(cè)量方法以激光光束為準(zhǔn)直基準(zhǔn)線，采用兩個(gè)2D-PSD獲取的二維位置信息分別建立大型長(zhǎng)導(dǎo)軌的空間偏角數(shù)學(xué)模型及空間直線度，最終解決電梯、鐵路、精密機(jī)械等行業(yè)應(yīng)用的大長(zhǎng)度范圍導(dǎo)軌直線度精密測(cè)量的難題，研制出具有工程實(shí)用價(jià)值的、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的精密

5、長(zhǎng)導(dǎo)軌直線度精密測(cè)量?jī)x器，推進(jìn)我國(guó)大長(zhǎng)度范圍直線度精密測(cè)量的進(jìn)程。導(dǎo)軌精度指標(biāo)是指導(dǎo)軌的直線度(或平面度)及導(dǎo)軌間的相互平行度等指標(biāo)。這些精度指標(biāo)的高低決定了機(jī)器運(yùn)動(dòng)直線度和運(yùn)動(dòng)角擺的大小?？梢?jiàn)導(dǎo)軌的直線度是影響導(dǎo)軌精度的重要指標(biāo)。導(dǎo)軌由于自身?yè)隙?、機(jī)架變形等都會(huì)影響其直線度精度。而導(dǎo)軌的直線度誤差將會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，產(chǎn)生噪聲，縮短運(yùn)行壽命。導(dǎo)軌作為傳導(dǎo)和支撐元件，廣泛應(yīng)用在電梯、鐵路及各種機(jī)械設(shè)備中。在電梯中，導(dǎo)軌作為電梯轎廂對(duì)重的導(dǎo)向裝置，直接關(guān)系到電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。隨著對(duì)電梯運(yùn)行質(zhì)量越來(lái)越高的要求，導(dǎo)軌基準(zhǔn)線的精確成為保證電梯高質(zhì)量運(yùn)行的關(guān)鍵。鐵路運(yùn)輸中，隨著鐵路運(yùn)輸提

6、速、重載的快速發(fā)展，對(duì)旅客列車的安全性、舒適性、平穩(wěn)性提出更高的要求，除了改進(jìn)車輛走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外，更重要的是進(jìn)一步提高軌道線路的平直狀態(tài)。同樣在生產(chǎn)和檢修機(jī)床的過(guò)程中，為了保證零件加工的形狀精度，往往需要對(duì)導(dǎo)軌的直線度以及溜板移動(dòng)的直線度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。此外，日常平臺(tái)平面度的檢驗(yàn)及大型設(shè)備組裝精度的確定，也常常會(huì)歸結(jié)為對(duì)于直線度的測(cè)量。1.2  導(dǎo)軌直線度檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，激光準(zhǔn)直技術(shù)發(fā)展較早，大型長(zhǎng)導(dǎo)軌的檢測(cè)主要由雙頻激光干涉儀及其附件來(lái)實(shí)現(xiàn)。1981 年，前蘇聯(lián)科學(xué)家在激光準(zhǔn)直法的基礎(chǔ)上利用光束鎖定原理，在測(cè)量過(guò)程中對(duì)激光束的平行漂移和角

7、漂移進(jìn)行補(bǔ)償校正，其標(biāo)準(zhǔn)偏差精度達(dá)到0.06m/m。這是迄今為止準(zhǔn)直精度最高的報(bào)道，僅用于國(guó)家基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)直范圍在5m 以內(nèi)。美國(guó)HP公司開(kāi)發(fā)的雙頻激光直線度測(cè)量?jī)x，是在激光準(zhǔn)直的基礎(chǔ)上采用干涉原理進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)的，分辨力、測(cè)量精度都很高，精度可以達(dá)到0.25m。由美國(guó)LLNL 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和空軍Wright 航空研究所等單位合作研制的LODTM大型精密機(jī)床中的激光干涉測(cè)量系統(tǒng)所采用的是專門研制的SP125 型雙頻激光干涉儀，使用了碘穩(wěn)頻技術(shù)，因而具有很高的測(cè)量穩(wěn)定性和分辨力。英國(guó)Renishaw（雷尼紹）公司生產(chǎn)的ML10 GOLD 

8、激光干涉儀及其相關(guān)的直線度測(cè)量設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)短程0.1-0.4m（分辨率為0.01m）和長(zhǎng)程1- 30m（分辨率0.1m）的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床高精度直線度測(cè)量。瑞典Damalini公司生產(chǎn)的Easylaser系列激光對(duì)中儀，可以完成直線度、平面度、平行度、垂直度、心軸測(cè)量等多種幾何測(cè)量功能1。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)激光準(zhǔn)直測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，經(jīng)過(guò)幾十年的研究，取得了巨大的進(jìn)步，但距離國(guó)際先進(jìn)水平仍存在一定差距。北京交通大學(xué)研制的便攜式小型化激光準(zhǔn)直儀，可對(duì)大工件的各種形狀位置誤差（如：直線度、同軸度）進(jìn)行測(cè)量，也可為大型裝配與調(diào)整提供測(cè)量基準(zhǔn)。由中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所研制的基于四象

9、限光電池的激光準(zhǔn)直儀，利用激光光線作為基準(zhǔn)，用四象限光電池作為探測(cè)器，其分辨力為0.01mm，作用距離可達(dá)40m。南通工學(xué)院研制的便攜式激光準(zhǔn)直儀，由半導(dǎo)體激光器、PSD 光靶、PCL818數(shù)據(jù)采集板、步進(jìn)電機(jī)控制卡和直線度誤差評(píng)定軟件組成，實(shí)現(xiàn)了儀器的便攜化和對(duì)直線度誤差的動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果精度可以達(dá)到10m/m。哈爾濱理工大學(xué)用 PSD 激光準(zhǔn)直儀測(cè)量了 3 米長(zhǎng)精密導(dǎo)軌等工件的直線度誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明儀器的分辨率達(dá)到1m，測(cè)量精度達(dá)±3 m /m。天津大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張國(guó)雄等教授研制的基于 P

10、SD 的“電梯導(dǎo)軌表面輪廓在線檢測(cè)和分析系統(tǒng)”，應(yīng)用了自動(dòng)安平鉛直儀，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下建立了鉛直精度不低于 2的激光鉛直基準(zhǔn)。同時(shí)將經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的 PSD 測(cè)量裝置對(duì)電梯導(dǎo)軌直線度進(jìn)行測(cè)量，在 50m 范圍內(nèi)導(dǎo)軌扭曲度和平行度的測(cè)量精度可達(dá)40m。大連拉特激光技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司研制的“JDT型導(dǎo)軌智能激光檢測(cè)儀”，采用 CCD 作為接收器件，應(yīng)用于單條導(dǎo)軌生產(chǎn)和安裝過(guò)程中，測(cè)量精度達(dá)±0.01mm/m2。2 研究目的與意義 隨著世界工業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)上對(duì)各項(xiàng)幾何參數(shù)的測(cè)量精度要求越來(lái)越高。直線度

11、測(cè)量是幾何量計(jì)量領(lǐng)域里最基本的計(jì)量項(xiàng)目之一，同樣也是機(jī)械加工中常見(jiàn)而又重要的測(cè)量項(xiàng)目。各國(guó)工業(yè)研究部門和計(jì)量測(cè)試部門都投入了大量的資金和人力，致力于新的工藝技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)以及新興器件的研究，以推動(dòng)高科技產(chǎn)品的迅速商品化，提高競(jìng)爭(zhēng)能力。在精密儀器制造與檢測(cè)，大尺寸測(cè)量，大型儀器的安裝與定位，軍工產(chǎn)品制造等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。直線度作為形狀誤差的要素之一，直接影響儀器精度，性能，質(zhì)量，在有些場(chǎng)合，甚至是決定因素。準(zhǔn)直技術(shù)是大型幾何參數(shù)與形位誤差，如直線度，同軸度，平行度，垂直度等幾何測(cè)量的基礎(chǔ)。因此，高精度準(zhǔn)直技術(shù)是計(jì)量測(cè)試的重要研究領(lǐng)域。 準(zhǔn)直技術(shù)在生產(chǎn)生活中得到了極其廣泛的應(yīng)用。在

12、電梯導(dǎo)軌的安裝方面，在測(cè)量大型平臺(tái)的平面度，在大型機(jī)械零部件孔軸同軸度，同心度測(cè)量中，在檢測(cè)大壩外部變形的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中以及其他許多工程檢測(cè)系統(tǒng)中，準(zhǔn)直技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)準(zhǔn)直技術(shù)的研究具有重要意義和廣闊的前景。由于激光的高亮度，方向性好，單色性以及相干性好等特點(diǎn)激光準(zhǔn)直儀在準(zhǔn)直領(lǐng)域被廣泛采用，建立起了牢固的地位。激光準(zhǔn)直儀可以實(shí)現(xiàn)大范圍，高精度，高分辨率的直線度測(cè)量?？梢哉f(shuō)激光準(zhǔn)直技術(shù)已經(jīng)成為科學(xué)和工業(yè)發(fā)展中不可缺少的技術(shù)。 在科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)需求的推動(dòng)下，尤其是He-Ne激光器問(wèn)世以來(lái)，激光準(zhǔn)直儀器以其特有的大測(cè)量范圍，高分辨力和搞測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)，在精密和超精密直

13、線度測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。伴隨著電子學(xué)，光學(xué)和物理光學(xué)的發(fā)展并與計(jì)算機(jī)相匹配，加之豐富的應(yīng)用軟件和各種附件，使激光準(zhǔn)直儀不僅可以測(cè)量直線度等形位誤差，而且還可以測(cè)量小角度等幾何量。因此它是精密機(jī)械 工業(yè)不可缺少的測(cè)量工具。在科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)需求的推動(dòng)下，尤其是He-Ne激光器問(wèn)世以來(lái)，激光準(zhǔn)直儀器以其特有的大測(cè)量范圍，高分辨力和搞測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)，在精密和超精密直線度測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。伴隨著電子學(xué)，光學(xué)和物理光學(xué)的發(fā)展并與計(jì)算機(jī)相匹配，加之豐富的應(yīng)用軟件和各種附件，使激光準(zhǔn)直儀不僅可以測(cè)量直線度等形位誤差，而且還可以測(cè)量小角度等幾何量。因此它是精密機(jī)械 工業(yè)不可

14、缺少的測(cè)量工具。 近年來(lái)，隨著制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高，需要不斷提高其精度，重復(fù)性及分辨率等。同時(shí)為了滿足野外測(cè)量的需求，對(duì)準(zhǔn)直儀的便攜性與低功耗性及抗干擾性的要求也越來(lái)越高。3 研究現(xiàn)狀激光準(zhǔn)直直線度測(cè)量技術(shù)方面國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并獲得了一些成果。北京交通大學(xué)的匡翠芳等人提出的一種共路補(bǔ)償激光漂移的直線度測(cè)量方法，將角錐棱鏡作為位置敏感器，四象限探測(cè)器探測(cè)角錐棱鏡逆向反射光所攜帶的直線度誤差，二維PSD和透鏡用來(lái)檢測(cè)空氣擾動(dòng)所帶來(lái)的角度漂移。通過(guò)補(bǔ)償，空氣擾動(dòng)所帶來(lái)的附加位置誤差可以減少大約75%。四川大學(xué)光電科學(xué)技術(shù)系研制出一種新的基于離軸成像技

15、術(shù)的遠(yuǎn)距離大范圍二維直線度測(cè)量?jī)x。儀器的直線基準(zhǔn)為整形的十字線激光光束，光電二位位置敏感元件采用互相正交的線陣CCD，所設(shè)計(jì)的帶有狹縫的離軸光學(xué)系統(tǒng)，避開(kāi)激光十字線光束的能量中心，以使線陣CCD輸出信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而擴(kuò)大了測(cè)量距離，保證了測(cè)量精度。該儀器能在0-20m測(cè)量范圍連續(xù)測(cè)量二維直線度，其直線度可達(dá)0-70mm，精度優(yōu)于0.1mm。實(shí)際的多次室外環(huán)境測(cè)量表明，該儀器可適應(yīng)不同天氣環(huán)境下的野外作業(yè)。天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的沙吉樂(lè)等人研制了基于視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的大直徑鋼管直線度在線測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光型傳感器測(cè)量鋼管截面圓心坐標(biāo)，通過(guò)多傳感器坐標(biāo)統(tǒng)一，從而評(píng)

16、定出鋼管直線度誤差的方法。該方案可以滿足100%在線實(shí)時(shí)測(cè)量。由美國(guó)LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和空軍Wright航空研究所等單位合作研制成功的LODTM大型精密機(jī)床中的激光干涉測(cè)量系統(tǒng)所采用的是專門研制的SP125型雙頻激光干涉儀，其輸出功率為15Mw,采用的碘穩(wěn)頻技術(shù)具有很高的頻率穩(wěn)定性，分辨力為0.635nm。美國(guó)Pneaumo Precision公司生產(chǎn)的HP5501雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)，可測(cè)量X軸和Z軸兩坐標(biāo)，分辨力為0.01微米，絕對(duì)測(cè)量精度為0.1微米。美國(guó)斯坦福大學(xué)在激光準(zhǔn)直的基礎(chǔ)上成功的采用了原型真空管通道傳輸，電光源經(jīng)菲涅爾棱鏡成像接收，在3035m的距離內(nèi)獲得高于0.25mm

17、的準(zhǔn)直精度。前蘇聯(lián)建立的測(cè)量直線度，平面度的國(guó)家專用基準(zhǔn)裝置在激光準(zhǔn)直法的基礎(chǔ)上利用光束鎖定原理，在測(cè)量過(guò)程中對(duì)激光束的平行漂移進(jìn)行補(bǔ)償，并鎖定獲得了一條穩(wěn)定的激光束直線基準(zhǔn)。4 總結(jié)基于2D-PSD的導(dǎo)軌直線度測(cè)試儀，由PSD信號(hào)處理裝置，移動(dòng)裝置，直線電機(jī)，激光發(fā)射器組成。由于當(dāng)前對(duì)導(dǎo)軌等直線度的精密檢測(cè)需求越來(lái)越大，所以對(duì)直線度測(cè)試儀的研究也變得越來(lái)越重要。該系統(tǒng)的測(cè)量誤差滿足要求，具有較高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1 陳強(qiáng)華,吳健,殷純永.雙頻激光遠(yuǎn)程直線度/同軸度測(cè)量系統(tǒng)J.中國(guó)激光,2002,7（29）625-630. 2 GLDDL直線電機(jī)選型手冊(cè)

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23、160;Techniques.New York:  McGraw-Hill Companies, 2003. Rail Straightness Tester Based on 2D-PSD DesignAbstract:Rail is widely used in elevator, railway and all kinds of mechanical equipments as conduc

24、ting and supporting elements. The rails straightness accuracy immediately impacts the moving stability, makes noise and shortens operation life.The system uses laser alignment technology and the 2D-PSD is used as the core for two-dimensional position information to measure the straightness of the rail, solving the large length