-鋼板在線監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文

第第頁目錄71441.引言 283742.激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置的工作原理及結(jié)構(gòu) 326292.1激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置方案 3258852.2工作原理 5204072.3系統(tǒng)標(biāo)定 665162.4激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置工藝流程 728368CCD圖像感光器程序組成框圖 7106133.激光源和CCD圖像感光器的選擇 846163.1線性激光源的選擇 8298833.2CCD圖像感光器的選擇 814183.3鋼板輸送床電機(jī)的選擇 8158324.鋼板運(yùn)輸裝置的設(shè)計(jì) 8216094.1傳動裝置的設(shè)計(jì) 849174.1.1傳動帶的設(shè)計(jì) 9195934.1.2V帶帶輪的設(shè)計(jì) 1120084.2傳動軸的設(shè)計(jì) 1317244.2.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 149044.2.2初步選擇輸出軸系 14155934.2.3確定輸出軸上的圓角半徑值 15278814.2.4按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度 15179684.2.5校核軸的強(qiáng)度 18177875.自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1944555.1C51單片機(jī)概述 19201405.2芯片的選擇 19308325.2.1單片機(jī)的確定 19185235.2.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 19233396控制仿真圖的設(shè)計(jì) 2272846.1控制的仿真圖 22100106.2仿真程序： 22103977結(jié)論 2522758致謝 257683參考文獻(xiàn)： 2512146附件1：激光測寬裝置裝配圖 2628868附件2：滾桶軸承 27鋼板在線檢測裝置設(shè)計(jì)摘要：采用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)對鋼板寬度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。在硬件結(jié)構(gòu)上，采用雙CCD感光器加激光線輔助光源掃描檢測技術(shù)，提高系統(tǒng)檢測精度。根據(jù)CCD成像原理及三角形相似定理，對因鋼板寬度變化及鋼板邊緣上浮所引起的寬度變化計(jì)算模型進(jìn)行了推導(dǎo)，提出了采用激光線遮擋板分線法來判定鋼板邊緣上浮所引起的測量誤差，并根據(jù)誤差測量結(jié)果，對鋼板寬度進(jìn)行了修正；同時(shí)，通過分析CCD激光線條最佳成像方法對系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)標(biāo)定。結(jié)果表明，該系統(tǒng)的測量精度能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。關(guān)鍵詞：鋼板寬度檢測；激光掃描測量；CCD相機(jī)；圖像處理；LaserscanningtechnologyforsteelPlatewidthmeasuringdeviceAbstract:Therealtimedetectionofsteelplatewidthismadebycomputerdigitalimageprocessingtechnology.Inthehardwarestructure,thedualCCDphotosensitivedeviceisusedtodetectthelightsourceandthelightsourceisusedtoimprovetheaccuracyofthesystem.AccordingtotheCCDimagingprincipleandtrianglesimilaritytheoremandwidthvariationcausedbyplatewidthandtheedgeofthesteelplatesurfaceofthecalculationmodelisdeduced,andputsforwardtheusinglaserlinecoveringbaffledividingmethodtodeterminethemeasurementerrorcausedbysteelplateedgefloating,andaccordingtotheerrorofthemeasurementresults,thesteelplatewidthismodified;atthesametime,throughtheanalysisofCCDlaserstripeoptimalimagingmethod,thesystemcalibration.Theresultsshowthatthemeasurementaccuracyofthesystemcanmeettheactualproductionrequirements.Keywords:steelplatewidthmeasurement;laserscanningmeasurement;CCDcamera;imageprocessing;1.引言鋼板寬度是冶金行業(yè)鋼板剪切過程中的一個(gè)重要檢測和控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼板寬度的準(zhǔn)確檢測和實(shí)時(shí)控制是提高鋼板成材率和保證后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。目前，鋼材生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)采用人工檢測方法，由于受現(xiàn)場鋼板高溫和復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境影響，人工勞動強(qiáng)度過大、檢測滯后，且檢測精度依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)率較低。近年來，計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理作為視覺成像檢測方法的技術(shù)支撐，與計(jì)算機(jī)、自動化、集成技術(shù)、光學(xué)等眾多領(lǐng)域交叉，在檢測精度和實(shí)時(shí)性上均有很大的進(jìn)展。作為圖像采集設(shè)備的電荷耦合器件，CCD集成度高、光敏元間距小、幾何尺寸嚴(yán)格，在圖像采集、信號處理和數(shù)字存儲等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。作者在前人研究基礎(chǔ)上，采用雙面陣CCD圖像傳感器和Ｈｅ－Ｎｅ綠色線形激光發(fā)射器作為輔助光源的計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)對鋼板寬度實(shí)時(shí)檢測原理及方法進(jìn)行了研究，建立了軟硬件系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法及檢測精度能滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用要求。2.激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置的工作原理及結(jié)構(gòu)2.1激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置方案圖1激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置示意圖鋼板在傳送過程中，左右邊緣有可能高于基準(zhǔn)面，因此，檢測過程中應(yīng)同步計(jì)算鋼板邊緣浮動量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對鋼板寬度值進(jìn)行修正，該結(jié)果將包含在板型重構(gòu)信息中。鋼板在傳送過程中出現(xiàn)的邊緣上浮動情況，及由此產(chǎn)生的CCD激光線斷點(diǎn)位移量計(jì)算方法下圖所示。為經(jīng)分線板分割的激光線條原始圖像，邊緣左處和邊緣右處分別代表了實(shí)際測量中鋼板寬度的變化信息。以左邊緣處檢測為例。圖2計(jì)算鋼板邊緣浮動量可知，CCD1像素位移量1值的變化可能有兩種因素引起：其一是鋼板自身的寬度變化引起激光線輔助光源斷線點(diǎn)位置的變化，其二是鋼板邊緣上浮引起的斷線點(diǎn)位置變化，圖中由于鋼板①號邊緣翹起導(dǎo)致在ｘ方向出現(xiàn)了a到ｅ′的位移量。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用激光線分線板的方式，因此可通過檢測斷線位置點(diǎn)ｂ的橫向移動來判斷鋼板邊緣位移量是否由浮動導(dǎo)致，斷線點(diǎn)ｂ處位置的變化所導(dǎo)致的CCD像素位移量ｌ′與實(shí)際斷線點(diǎn)移動距離D1表示為：（2-1）同樣，鋼板邊緣處點(diǎn)ａ處移動距離：（2-2）因此，可通過判斷點(diǎn)ｂ位置的變化計(jì)算出點(diǎn)ａ的實(shí)際位移量，進(jìn)而對實(shí)測結(jié)果進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果如下，當(dāng)系統(tǒng)固定后可得到以下相關(guān)參數(shù)，中令：；分線板距鋼板表面高度：可知：則：與與之間的函數(shù)關(guān)系由三角形相似定理可得：（2-3）可得：（2-4）最后可得：（2-5）其中：及在實(shí)際應(yīng)用應(yīng)通過標(biāo)定得出。軟件處理過程中，鋼板邊緣位置的提取基于灰度圖像特征區(qū)域提取技術(shù)，即在CCD視場內(nèi)采用激光線條斷線點(diǎn)實(shí)時(shí)定位提取技術(shù)。2.2工作原理采用激光線光源輔助成像測量方式，需根據(jù)被測量鋼板和激光源在CCD感光元上的像面照度決定傳感器光積分時(shí)間，即要保證圖像采集能獲得清晰的激光線條，由像面照度公式?jīng)Q定如下（2-6）式中：ｎ、ｎ′分別為物、像方介質(zhì)折射率；Ｋ表示光學(xué)系統(tǒng)透過率；Ｌ表示光亮度；Ｕ′表示像方孔徑角。其中，可通過實(shí)驗(yàn)測量高溫或常溫自身輻射光亮度Ｌ和激光線經(jīng)鋼板反射亮度Ｌ′，則實(shí)際鋼板表面反射亮度應(yīng)為：（2-7）式中：Ｅ為激光發(fā)射器光源自身照度；ρ為鋼板表面反射率（０＜ρ＜１）。則鋼板表面漫反射激光線像面照度應(yīng)滿足下式：（2-8）因CCD光圈固定時(shí)其感光元像面照度與被采集圖像亮度為正比關(guān)系，因此可通過控制CCD感光元件的光積分時(shí)間得到激光線與被測量鋼板表面最大寬容度圖像，從而準(zhǔn)確定位圖像中的激光線條邊緣斷線位置。實(shí)際測量過程中，可通過鋼板傳送速度來控制CCD積分時(shí)間，以保證測量的實(shí)時(shí)性。其測量計(jì)算方法表述如下，若檢測精度需控制為，則：（2-9）其中：（2-10）式中：ｌ為面陣CCD成像面橫向尺度，即為橫向像元總數(shù)1024與像元尺寸52μｍ的乘積；Ｈ為CCD距被測鋼板表面高度，試驗(yàn)中定為1000mm；F為CCD鏡頭的焦距（25mm）。把相應(yīng)數(shù)據(jù)代入式（9）、（10），可得每個(gè)像素代表的橫向尺寸：即為寬度檢測精度。2.3系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)各參數(shù)的確定難免存在誤差，因此需采用標(biāo)定模塊對系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用前標(biāo)定。仍以圖3中①號邊緣為例，如圖5（a）、（b）所示分別為鋼板邊緣寬度變化和邊緣上浮所引起的CCD像素偏移量變化值，其中，圖5（a）采用步進(jìn)電機(jī)以0.2mm/s的速率向鋼板寬度方向移動鋼板，并同時(shí)每隔1s記錄此刻像素位移量值，共延伸10mm長度；以同樣方式記錄鋼板邊緣上浮10mm時(shí)CCD像素偏移量值，可得到圖5（b）的對應(yīng)關(guān)系曲線。因此，測量過程中通過邊緣上浮判定即可對實(shí)際鋼板測量結(jié)果進(jìn)行修正。2.4激光掃描技術(shù)鋼板寬度檢測裝置工藝流程初始化系統(tǒng)計(jì)算模式導(dǎo)入初始化系統(tǒng)計(jì)算模式導(dǎo)入攝像機(jī)標(biāo)定像素偏移量計(jì)算寬度計(jì)算浮動判斷Y修正寬度計(jì)算結(jié)果N輸出實(shí)際鋼板寬度板形重構(gòu)顯示中斷結(jié)束CCD圖像感光器程序組成框圖CCDCCD緩存放大驅(qū)動ADCFPGA輸出圖4CCD圖像感光器程序組成框圖3.激光源和CCD圖像感光器的選擇3.1線性激光源的選擇選擇普通的Ｈｅ－Ｎｅ綠色線性激光發(fā)射光源輸出波長650nm管芯功率10～30mW規(guī)格，線寬4米長線寬≤0.5mm使用壽命：連續(xù)使用大于8000小時(shí)，出光張角90°～120°，光學(xué)透鏡光學(xué)鍍膜玻璃透鏡G3，工作電壓直流5V。3.2CCD圖像感光器的選擇雙面陣CCD圖像傳感器圖象大小1280x720；像素寬度20.07mm；封裝類型20.07mm；尺寸33.02x20.07x3.33mm；幀速138(Quad)fps,39(Single)fps,69(Dual)fps；引腳數(shù)目68；最低工作溫度-50°C；最大工作電源電壓17.5V；最小工作電源電壓-0.4V；最高工作溫度+70°C；長度33.02mm；高度3.35mm。3.3鋼板輸送床電機(jī)的選擇條件：轉(zhuǎn)速，n=300r/min,T=300Nm。主要作用就是控制鋼板床滾輪轉(zhuǎn)動。選擇三相籠型異步電動機(jī)，其工作電壓為380V，星型連接。工作機(jī)的工作功率（3-1）電動機(jī)的工作功率（3-2）從電動機(jī)到主軸的總效率（3-3）取，，=0.8，，所以（3-4）（3-5）故電動機(jī)類型為Y200L-8。4.鋼板運(yùn)輸裝置的設(shè)計(jì)4.1傳動裝置的設(shè)計(jì)根據(jù)鋼板運(yùn)輸裝置的具體傳動要求，可選取電動機(jī)和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，傳動件V帶是一個(gè)滾筒，它賦有彈性，能緩和沖擊，因而使鋼板運(yùn)輸裝置工作平穩(wěn)，等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在彈性滑動，使傳動比不精確，因?yàn)閴毫Ψ蛛x機(jī)不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動是一種過載保護(hù)，不會造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶倫的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機(jī)與壓力分離機(jī)之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。4.1.1傳動帶的設(shè)計(jì)(1)確定計(jì)算功率(4-1)式中：—工作情況系數(shù)；—電動機(jī)的功率。查文獻(xiàn)[1]中的表8—7可知：=1.0(2)選擇V帶的型號根據(jù)計(jì)算得知的功率和電動機(jī)上帶輪的轉(zhuǎn)速（與電動機(jī)一樣的速度），可以選擇V帶的型號為A型。(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑①初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑可選擇V帶的型號參考表8—6和8-8，選取。②計(jì)算V帶的速度V （4-2）V帶在5～的范圍內(nèi)，速度V符合要求電動機(jī)與主軸傳動比的計(jì)算（4-3） ③計(jì)算從動輪的直徑（4-4）(4)確定傳動中心距和帶長 （4-5）其中：—為中心距；—為相應(yīng)帶長。查文獻(xiàn)[2]中表8—2，選擇相近的基本長度和相對應(yīng)的公稱長度（內(nèi)周長）可查得：。實(shí)際的中心距也可用經(jīng)驗(yàn)公式： （4-6）(5)驗(yàn)算主動輪上的包角 （4-7）滿足V帶傳動的包角要求。(6)確定V帶的根數(shù)V帶的根數(shù)由下列公式確定： （4-8）其中：—單根普通V帶的許用功率值；—考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)；—考慮的材質(zhì)情況系數(shù)，簡稱材質(zhì)系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，取，對于化學(xué)線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，??；—計(jì)入傳動比的影響時(shí)，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量。查表取值：由查得：所以：取根(7)確定帶的初拉力單根V帶適當(dāng)?shù)某趵τ上铝泄角蟮?（4-9）其中：—傳動帶單位長度的質(zhì)量，。(8)求V帶傳動作用在軸上的壓力為了設(shè)計(jì)安裝帶輪軸和軸承，比需確定V帶作用在軸上的壓力，對于新安裝的帶楚拉應(yīng)力為1.5，對于運(yùn)轉(zhuǎn)后的v帶初拉應(yīng)力應(yīng)為1.3。 （4-10）4.1.2V帶帶輪的設(shè)計(jì)（1）帶輪的材料選擇帶輪是帶傳動中的重要零件，質(zhì)量分布均勻；鑄造和焊接時(shí)的內(nèi)應(yīng)力小；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為Ra=3.2）,以減輕帶的磨損。帶輪材料主要采用鑄鐵，因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較低。常用材料為HT150或HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼或用鋼板沖擊后焊接而成；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)表1帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)單位（mm）帶的型號mftsA165014147.53817.4①主動帶輪的設(shè)計(jì)主動輪的結(jié)構(gòu)見圖3。因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機(jī)軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，所以主動帶輪采用實(shí)心式。帶輪參數(shù)的選擇：通過查文獻(xiàn)，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得。主動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式：（4-11）②從動帶輪的設(shè)計(jì)從動輪的結(jié)構(gòu)見圖4。因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動比來確定，即，，所以從動帶輪采用腹板式。從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查文獻(xiàn)[1]，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得。表2帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)單位（mm）帶的型號mftsB1652014147.53817.5從動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式：（4-12）4.2傳動軸的設(shè)計(jì)傳動軸是壓力分離機(jī)的主要設(shè)計(jì)部件之一，它在正常工作過程中，承擔(dān)傳遞轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉(zhuǎn)零件，鋼板運(yùn)輸瞬時(shí)沖擊很大，且沖擊次數(shù)很頻繁，因此傳動軸的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的。它的主要公用是：一是支撐軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；二是傳遞軸上的運(yùn)動和動力[3]。根據(jù)鋼板運(yùn)輸裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋼板運(yùn)輸裝置的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。軸的材料主要采用碳鋼和合金鋼，也可采用球墨鑄鐵。碳鋼有足夠的強(qiáng)度，對應(yīng)力集中不太敏感，便于進(jìn)行機(jī)械加工和熱處理，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。軸的材料應(yīng)根據(jù)軸的工作狀況、重要性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、材料供應(yīng)情況、加工可能性以及經(jīng)濟(jì)性等因素，綜合考慮、合理選取。此軸的設(shè)計(jì)如下：根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式： （4-13）其中：—軸常用的幾種材料的的值；—主軸上的功率，；—主軸上的轉(zhuǎn)速，。軸上的材料由文獻(xiàn)[2]中表11—1可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，，書中表11—2取，于是得：輸出軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強(qiáng)度，可以使周的直徑增加5%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強(qiáng)度。即： （4-14）主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為25在文獻(xiàn)[2]一書。查表可以得知帶輪的厚度，則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為。4.2.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度軸的基本結(jié)構(gòu)如圖5。為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需要制出一個(gè)軸肩，故?、颉蠖蔚妮S直徑，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵圖5軸結(jié)構(gòu)圖的型號為普通平鍵為。鍵的型號可以通過查文獻(xiàn)[2]一書取得。4.2.2初步選擇輸出軸系由鋼板運(yùn)輸裝置的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和釘齒滾筒，其上的釘齒承螺旋排列，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根據(jù)，初步選取支撐的軸承為相心球軸承，在文獻(xiàn)[2]查得相心球軸承的型號為406，它的結(jié)構(gòu)尺寸為，故取Ⅲ—Ⅳ段與Ⅴ—Ⅵ段的直徑相等，即。考慮到機(jī)體的制造誤差等原因造成的安裝錯(cuò)位或是借口不齊等，滾動軸承應(yīng)在機(jī)體內(nèi)有一段移動的位移，查文獻(xiàn)[2]可等位移量。取安裝釘齒的軸Ⅳ—Ⅴ段的直徑為，軸承與軸肩用軸端擋圈固定，左、右兩端采用的軸承用軸承座固定軸承，配合為，其上在距離處，焊接釘齒滾筒，已知釘齒滾筒長為。4.2.3確定輸出軸上的圓角半徑值軸端倒角在軸的兩端均為，小軸肩為軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截面上減小應(yīng)力集中。4.2.4按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度圖5彎矩圖(1)求輸出軸上的所受作用力的大小根據(jù)公式：（4-15）其中：—電動機(jī)的額定功率，；—主軸的轉(zhuǎn)速，。(2)釘齒條上的合力根據(jù)公式： （4-16）其中：—輸出軸的軸心到釘齒定的距離。根據(jù)公式： （4-17）其中：80%—徑向力占圓周力的百分?jǐn)?shù)。由于壓力分離機(jī)的主軸軸向不受力。則取(3)軸上水平面內(nèi)所受支反力根據(jù)公式： （4-18）—是輸出軸上Ⅲ—Ⅳ段的中心線到Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處的距離，；—是輸出軸上Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處到右端Ⅴ—Ⅵ段中心線之間的距離。 （4-19）(4)軸在垂直面內(nèi)所受的支反力根據(jù)公式： （4-20）其中：—釘齒的頂端到主軸軸心的距離，。根據(jù)公式： （4-21）(5)作彎矩圖在水平面內(nèi)，軸上、、三點(diǎn)的彎矩為：根據(jù)公式： （4-22） （4-23）作水平面內(nèi)彎矩圖如圖6（b）所示。在垂直面內(nèi)，軸上、、三點(diǎn)的彎矩為：根據(jù)公式： （4-24） （4-25）根據(jù)公式： （4-26）作垂直面內(nèi)彎矩圖如圖6（c）所示。合成的彎矩為： （4-27）作軸的合成彎矩圖如圖6（d）所示。(6)作扭矩圖根據(jù)公式： （4-28）其中：—電動機(jī)的額定功率，；—主軸轉(zhuǎn)速，。作軸的彎矩圖如圖5（e）所示。(7)作當(dāng)量彎矩圖（彎矩、扭矩合成圖）B點(diǎn)： （4-29）C點(diǎn)左側(cè)：（4-30）D點(diǎn)右側(cè)：作軸的當(dāng)量彎矩圖如圖5（f）所示。4.2.5校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險(xiǎn)截面c的強(qiáng)度）。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計(jì)算出的數(shù)值可得出。（4-31）其中：—軸的抗彎拋面模量，；—軸的許用應(yīng)力，。按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從文獻(xiàn)[2]中可以查出。 （4-32）查得，對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力。5.自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1C51單片機(jī)概述單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡稱。微型計(jì)算機(jī)具有體積小，功耗低，價(jià)格低，可靠性高，開發(fā)使用簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，自問世以來得到了非常廣泛的應(yīng)用。其發(fā)展逐步形成兩大分支，一是PC機(jī)，PC機(jī)主要用于高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。二就是單片機(jī)，單片機(jī)主要用于控制。5.2芯片的選擇5.2.1單片機(jī)的確定通過對激光掃描測寬裝置的分析，根據(jù)單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)，本檢測裝置選擇AT89C51單片機(jī)作為檢測系統(tǒng)的“大腦”。通過上面的敘述，AT89C51滿足設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，本系統(tǒng)選擇AT89C51單片機(jī)作為核心控制對象。5.2.2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）AT89C51單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：一個(gè)8位CPU；一個(gè)片內(nèi)震蕩器；4KB的ROM；128*8字節(jié)內(nèi)部RAM；可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；21個(gè)特殊功能寄存器；四個(gè)八位并行I/O口，可編程I/O端線三十二個(gè)；一個(gè)全雙工可編程串行口；5個(gè)中斷源。AT89C51單片機(jī)的封裝方式是雙列直插DIP封裝，圖6為單片機(jī)引腳排列圖。40個(gè)引腳大致可分為四類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖6AT89C51引腳排列圖（2）電源引腳VCC（Pin40）:正電源引腳。單片機(jī)的正常工作電壓為+5V；GND（Pin20）:接地引腳。（3）時(shí)鐘引腳時(shí)鐘引腳的作用是為單片機(jī)提供工作時(shí)序。XTAL1（Pin19）、XTAL2（Pin18）——反相輸入端和輸出端，如圖7所示。圖7外接石英晶振（4）控制信號引腳四根控制線，三根重復(fù)使用線:eq\o\ac(○,1)（Pin29）——外ROM讀選通信號。80C51訪問外ROM時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)有兩次輸出。反之，沒用?？沈?qū)動8個(gè)LSTTL門電路。eq\o\ac(○,2)RST/Vpd（Pin9）——復(fù)位/備用電源。正常工作時(shí)，RST（Reset）端的作用是復(fù)位，當(dāng)該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，80C51芯片即可以復(fù)位，復(fù)位后一切從頭開始，單片機(jī)從00H開始。其復(fù)位方式有自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式，如下圖7和圖8所示。圖7自動復(fù)位圖8手動復(fù)位eq\o\ac(○,3)ALE/PROG（Pin30）地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。eq\o\ac(○,4)EA/VPP（Pin31）——內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。（5）輸入/輸出引腳（I/O口線）eq\o\ac(○,1)P0口（Pin32—Pin39）——P0口能驅(qū)動8個(gè)LSTTL門。eq\o\ac(○,2)P1口（Pin1—Pin8）——P1口能驅(qū)動為4個(gè)LSTTL門。eq\o\ac(○,3)P2口（Pin21—Pin28）——8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個(gè)LSTTL門。eq\o\ac(○,4)P3口（Pin10—Pin17）——8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口驅(qū)動能力為4個(gè)LSTTL門。6控制仿真圖的設(shè)計(jì)6.1控制的仿真圖圖9電路仿真圖6.2仿真程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharaa,a,b;voidinit();voidsound();voidbaojing();sbitk1=P3^4;sbitin1=P0^0;sbitin2=P0^1;sbitin3=P0^2;sbitin4=P0^3;sbitjq1=P2^0;sbitjq2=P2^1;sbitled1=P1^5;sbitled2=P1^6;sbitled3=P1^7;sbitbz=P3^7;bitbiaozhi;voidinit(){TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}voidtimer0()interrupt1{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa++; 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