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生产现场轴承圆度数字化检测系统的研究

作　者: 檀中强
导　师: 侯宇；徐向纮
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试技术及仪器
关键词: 圆度误差 V型块工序间检测嵌入式技术 μC/OS
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 115次
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内容摘要

本文首先介绍了轴承工序间检测的现状，并针对于目前工序间使用机械式仪表进行测量的不足和出现的问题提出了自己的改进方案。按照改进方案，本文在测量定位的数学模型推导、系统软硬件设计和测量系统分析等方面都作了大量的工作。论文共分六章，各章内容如下：第一章、序论简要介绍了课题提出的背景和国内轴承检测的发展现状，提出了本课题的研究内容。对于本课题涉及的传感器技术和嵌入式技术，在其应用方面做了简要叙述。最后给出了本论文的框架和本课题的目的意义。第二章、圆度检测的测量模型首先介绍了圆度的评定方法和常用的圆度测量方法。之后对V型块定位的测量模型进行了详细的公式推导。测量表达式按谐波理论展开，可以分解出代表圆度误差的各次谐波。对于形状规则的轴承外圈，给出了测量结果和圆度之间的关系；对于形状不规则的轴承外圈，用平均反映系数给出了测量结果和圆度之间的近似关系表达式。其中还对谐波抑制的内容作了介绍，并对目前工序间测量定位的不足提出了改进意见。这一部分是测量定位和测量结果分析的基础。第三章、硬件设计详细介绍了轴承外圈圆度测量系统的硬件设计情况。首先给出了测量系统的硬件结构图。然后从传感器选择、测量滤波到AD转换，以及与后面相连的44BO的电平匹配等方面展开介绍。最后对液晶显示模块进行了叙述。第四章、系统移植与软件设计首先介绍了测量系统软件的移植，包括实时操作系统μC／OS-Ⅱ的移植和液晶显示软件GUI的移植。其后介绍了原型系统测量的主程序和数据处理部分。按照操作系统的设计思路，将整个操作过程划分成5个任务，通过任务间通讯和中断来实现测量过程的顺序执行。对数据采集任务和数据处理部分的算法进行了叙述。第五章、测量系统分析首先介绍了误差理论和测量不确定度的评定流程。对测量结果进行了测量不确定度的分析。根据误差理论对测量结果产生的误差进行了初步分析。最后从硬件和软件方面给出了减小误差的方法。第六章、总结与展望在论文的最后，作者对自己的工作做了总结和展望。就测量系统的研制、开发、安装、调试等工作中的若干问题以及自己的切身体会，提出了一些意见和建议。

全文目录

中文摘要  2-3
英文摘要  3-4
目录  4-6
第一章绪论  6-15
  1.1 轴承检测现状  6-8
    1.1.1 轴承振动检测仪  6-7
    1.1.2 轴承圆度检测仪  7-8
  1.2 轴承工序间检测现状  8-9
  1.3 本课题的提出  9-13
    1.3.1 电感传感器  10
    1.3.2 嵌入式技术  10-12
    1.3.3 本课题的研究内容  12-13
  1.4 本课题目的意义  13
  1.5 本论文的章节安排  13-15
第二章圆度检测的测量模型  15-24
  2.1 圆度评定方法  15
  2.2 圆度误差的测量  15-16
    2.2.1 与理想圆比较  15-16
    2.2.2 测量坐标值  16
    2.2.3 测量特征参数值  16
  2.3 V型块定位的建模  16-24
    2.3.1 基于V形块的测头示值推导公式  16-18
    2.3.2 由测得值进行误差分离推导圆度误差公式  18-20
    2.3.3 实际应用及其指导意义  20-22
    2.3.4 谐波抑制的解决办法与平均反映系数  22-23
    2.3.5 结论  23-24
第三章测量系统硬件设计  24-36
  3.1 测量系统总体结构  24
  3.2 电感测量  24-26
    3.2.1 传感器选择  24-25
    3.2.2 测头半径选取  25-26
  3.3 数据处理电路  26-32
    3.3.1 二阶低通有源滤波电路  26-28
    3.3.2 AD1674  28-31
    3.3.3 电平匹配  31-32
  3.4 显示模块  32-36
    3.4.1 STN型彩色LCD模块介绍  33
    3.4.2 S3C44BOX的内部LCD控制器  33-36
第四章系统移植与软件设计  36-52
  4.1 测量系统软件结构  36-37
  4.2 μC／OS-Ⅱ系统移植  37-43
    4.2.1 μC／OS-Ⅱ系统移植概述  37-38
    4.2.2 μC／OS-Ⅱ系统移植方法  38-43
  4.3 μC GUI的移植  43-46
  4.4 主程序及数据处理  46-52
    4.4.1 程序流程图  46-47
    4.4.2 任务详解  47-49
    4.4.3 数据采集及处理  49-52
第五章测量系统分析  52-60
  5.1 测量误差及其分类  52-53
    5.1.1 测量误差的基本概念  52
    5.1..2 测量误差的分类  52-53
    5.1..3 测量误差的来源  53
  5.2 测量不确定度  53-54
  5.3 检测数据测量不确定度分析  54-57
  5.4 测量系统误差分析  57-58
    5.4.1 装置误差  57-58
    5.4.2 测量环境引起的误差  58
    5.4.3 测量方法误差  58
  5.5 测量系统误差消除  58-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 总结  60-61
  6.2 展望  61-62
附录1：数据采集程序  62-64
附录2：数据处理程序  64-65
附录3：V型块定位测量模型求偏角编程  65-66
附录4：数据处理部分电路图  66-67
作者攻读硕士学位期间所作的工作  67-68
参考文献  68-71
致谢  71

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