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某彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備開發(fā)--測(cè)量部件設(shè)計(jì)
摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)彈體各關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)要求越來越高。限于彈體的結(jié)構(gòu)，普遍采用人工接觸式測(cè)量，該方法不能夠滿足彈體生產(chǎn)廠家大批量、高精度、高效率的檢測(cè)要求。因此，根據(jù)國(guó)家和企業(yè)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求和國(guó)內(nèi)外檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，研制彈體多尺寸測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)十分迫切。
本文通過在對(duì)彈體三種類型尺寸進(jìn)行分析和歸類的基礎(chǔ)之上，采用分布檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)彈體多尺寸同時(shí)在線檢測(cè)的任務(wù)。
首先，了解彈體測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平現(xiàn)狀，尤其是彈體測(cè)量相關(guān)的檢測(cè)方法和技巧，并針對(duì)彈體待測(cè)尺寸進(jìn)行研究針對(duì)各類尺寸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢測(cè)精度要求，選取合適的測(cè)量?jī)x器。分析各尺寸測(cè)量原理與檢測(cè)流程。
其次，根據(jù)彈體待測(cè)尺寸的結(jié)構(gòu)，對(duì)比選擇合適的測(cè)量?jī)x器，并根據(jù)測(cè)量控制要求，完成對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：彈體；自動(dòng)檢測(cè)；外徑檢測(cè)；內(nèi)徑測(cè)量；長(zhǎng)度檢測(cè)
1
A projectile dimension automatic measurement equipment development —measuring parts design
Abstract: With the development of modern technology, the size of each key elastomer detect increasingly demanding. Limited to the elastomer structure, commonly used artificial-contact measurement, this method can not meet the elastomer manufacturer of high-volume, high-precision, high-efficiency testing requirements. Thus, according to the business development requirements of testing equipment and detection technology at home and abroad, to develop multi-dimensional measurement system elastomer task is urgent.
In this paper, based on the analysis and classification of the three types of missile body, the distribution detection method is adopted to realize the multiple dimensions of the missile body.
First, understand the development status and level of body measurement technology at home and abroad, especially body measurement related detection methods and skills, and for the body to be measured were studied according to the requirement of different sizes of structural characteristics and measuring precision, select the appropriate measurement instrument. Analysis of the measurement principle and process flow.
Secondly, according to the structure of the missile body to be measured, a suitable measuring instrument is compared, and the control scheme design of the measuring system is completed according to the measurement control requirements.
Key words: missile body, automatic detection,；outside diameter detection；inside diameter measurement；length measurement
II
目 錄
摘要： I
Abstract: . II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 課題的研究背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀 2
1.3 研究的內(nèi)容及意義 2
1.3.1 研究的內(nèi)容 2
1.3.2 研究的意義 2
2 彈體尺寸測(cè)量的總體結(jié)構(gòu) 4
2.1 彈體主要的測(cè)量尺寸 4
2.2 彈體測(cè)量方法 4
2.2.1 總長(zhǎng)、底厚測(cè)量 4
2.2.2 內(nèi)徑測(cè)量 6
2.2.3 外徑測(cè)量 7
2.3 彈體設(shè)計(jì)方案 8
3 彈體尺寸測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
3.1 彈體抓手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.2 底厚測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.3 總長(zhǎng)測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.4 外徑測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.5 內(nèi)徑測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.6 分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.7 平臺(tái)設(shè)計(jì) 14
3.8 本章小結(jié) 15
總結(jié) 16
參 考 文 獻(xiàn) 17
致 謝 19
IV
1 緒論
1.1 課題的研究背景
火炮在歷史的戰(zhàn)爭(zhēng)中起著決定性的作用,從武器的發(fā)展來看,火炮依舊是地面武器中的殺生之王,尤其是能夠?qū)嵤┚_打擊的炮兵部隊(duì)是進(jìn)行遠(yuǎn)程攻擊的主要火力。而彈藥技術(shù)的是火炮技術(shù)的基礎(chǔ),彈藥的相關(guān)技術(shù)也在戰(zhàn)爭(zhēng)中起著舉足輕重的作用。今天無論哪個(gè)國(guó)家想提高其遠(yuǎn)程打擊能力,最有效的途徑就是大幅度的提高其炮彈的生產(chǎn)質(zhì)量,保證其所生產(chǎn)炮彈處于全球領(lǐng)先的水平。
炮彈測(cè)量技術(shù)隨著科技的發(fā)展在不斷的提高，我國(guó)軍工企業(yè)對(duì)彈體關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)方式已漸漸的不能滿足其市場(chǎng)要求。所以，研制彈體多尺寸測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)當(dāng)務(wù)之急。但是又由于彈體結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜、尺寸又相對(duì)較小的困難，目前在國(guó)內(nèi)的大部分軍工生產(chǎn)企業(yè)中，技術(shù)人員還是只能單純的憑借各種卡規(guī)、量具來進(jìn)行手工測(cè)量，這種方式勞動(dòng)強(qiáng)度很大、過程超級(jí)繁瑣，測(cè)量效率的高低直接取決于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，測(cè)量結(jié)果存在很大的誤差，因此根本不能滿足大批量的生產(chǎn)與測(cè)量。與此同時(shí)，對(duì)于彈體合格的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)建立在對(duì)其每一個(gè)關(guān)鍵尺寸的測(cè)量之后的綜合之上，而在國(guó)內(nèi)外大多采用單一的檢測(cè)方式，因此，我們?cè)诖俗瞿硰楏w尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備開發(fā)，以此來完成我們的大學(xué)畢業(yè)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀
對(duì)于炮彈的測(cè)量，我國(guó)都是按照其幾何特征量進(jìn)行分類檢測(cè)的,對(duì)于不容易搬動(dòng)火炮和炮彈等，所以希望對(duì)不同型號(hào)的炮彈進(jìn)行綜合測(cè)量。然而我國(guó)現(xiàn)在基本上還沒有綜合測(cè)量系統(tǒng)，由于測(cè)量要求或是價(jià)格的原因，現(xiàn)在依舊沒有成熟的測(cè)量裝置。我國(guó)是從上世紀(jì)80年代開始研究彈藥幾何特征量測(cè)量系統(tǒng),一開始主要針對(duì)小型的炮彈，歷經(jīng)幾十年的科技進(jìn)步與創(chuàng)新，我國(guó)軍工行業(yè)對(duì)炮彈測(cè)量的技術(shù)水平明顯有了質(zhì)的提高，已經(jīng)制定并設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工了多種炮彈參數(shù)的測(cè)量設(shè)備,在彈體測(cè)量方面,整體上來說與國(guó)外相比還存在一定差距,難以全面準(zhǔn)確的反映炮彈幾何外形的真實(shí)情況。并且，由于炮彈是我軍配備的炮彈種類繁多,尺寸都不一且批量化生產(chǎn)。所以在進(jìn)行眾多型號(hào)炮彈幾何特征量測(cè)量時(shí),測(cè)量人員的工作量非常的大,檢測(cè)效率不高不說而且容易受到影響,難以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果數(shù)字化和自動(dòng)化測(cè)量,滿足不了現(xiàn)代炮彈測(cè)量發(fā)展需求。[2]
1.2.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀
從國(guó)際上看，發(fā)達(dá)國(guó)家上世紀(jì)50年代就開始研究彈藥的測(cè)量系統(tǒng)，并應(yīng)用于國(guó)防事業(yè)，實(shí)現(xiàn)彈藥的皮來那個(gè)花測(cè)量,而且不斷向各行各業(yè)滲透，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家它們通過激光刻標(biāo)機(jī)、彈藥吊裝裝置、光電傳感器、現(xiàn)代化的輸送線、非接觸測(cè)量機(jī)等先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和傳送設(shè)備,對(duì)彈體進(jìn)行了長(zhǎng)度、徑向尺寸、曲面形狀、高度、彈體扭度、弧形部曲率半徑、厚度、彈丸擺差、陽線印痕等的測(cè)量。經(jīng)過多年的借鑒與研究,我國(guó)應(yīng)用這些高新技術(shù)也在實(shí)際工作中得了實(shí)用的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了非接觸式自動(dòng)測(cè)量,并且咱們的研制大大提高了彈藥測(cè)量的可靠性,但是我國(guó)軍工行業(yè)到目前為止中還沒有研制成功對(duì)不同型號(hào)的炮彈進(jìn)行大批量測(cè)量設(shè)備，還不能使炮彈的檢驗(yàn)過程達(dá)到完全自動(dòng)化的程度。所以對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行研究具有重大的實(shí)踐意義，一個(gè)成熟的測(cè)量設(shè)備可以大大提高檢測(cè)人員的工作效率，為炮彈參數(shù)的使用者提供了一個(gè)效率高、自動(dòng)化程度高的平臺(tái)。彈藥測(cè)量設(shè)備必將隨著彈體加工精度的提高和現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步而不斷發(fā)展和完善。
1.3 研究的內(nèi)容及意義
1.3.1 研究的內(nèi)容
本文集合了某型號(hào)彈體的基本幾何特征的測(cè)量和軍工產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套彈體的自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備，我的主要研究?jī)?nèi)容是：(1)彈藥測(cè)量過程中的搬運(yùn)抓手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括其運(yùn)動(dòng)形式的確定和應(yīng)有的自由度；（2）根據(jù)彈體的零件尺寸，首先分析待測(cè)彈體的尺寸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度要求，選擇合適的測(cè)量?jī)x器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；（3）在對(duì)彈體整體尺寸分析的基礎(chǔ)上，綜合比較之下選擇差動(dòng)式位移傳感器作為長(zhǎng)度的測(cè)量元件；（4）在測(cè)量完長(zhǎng)度之后，在對(duì)彈體進(jìn)行尺寸分析，選擇激光測(cè)徑儀對(duì)外徑尺寸進(jìn)行測(cè)量；（5）對(duì)彈體的內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量選用氣動(dòng)量?jī)x；（6）對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)用Solidworks進(jìn)行三維建模，并對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行三維的模擬。
1.3.2 研究的意義
測(cè)量普遍存在于人們生活中的各個(gè)方面，尤其是在科研方面特別的突出。換句話說，沒有測(cè)量就沒有科研的今天，就沒有現(xiàn)代工業(yè)的磅礴發(fā)展。而炮彈是國(guó)家武裝應(yīng)用最廣泛的武器裝備，其特點(diǎn)是品種多、批量大，并且軍工產(chǎn)品的質(zhì)量與我國(guó)國(guó)防建設(shè)息息相關(guān)，也是國(guó)家的生命保證。幾何量測(cè)量的任務(wù)是對(duì)機(jī)械零件的長(zhǎng)度、形位誤差、角度和表面粗糙度等進(jìn)行測(cè)量以保證產(chǎn)品的合格質(zhì)量，因此，對(duì)彈體尺寸的測(cè)量設(shè)備的開發(fā)有著重要的研究意義。[3]
19
2 彈體尺寸測(cè)量的總體結(jié)構(gòu)
2.1 彈體主要的測(cè)量尺寸
根據(jù)被測(cè)彈體的待測(cè)尺寸的特點(diǎn)和要求，在對(duì)其進(jìn)行整體了解和綜合考慮，在此基礎(chǔ)上選擇合適的測(cè)量?jī)x器，設(shè)計(jì)合理的尺寸測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)彈體幾何參數(shù)的有效、可靠的測(cè)量。某型號(hào)彈體二維模型如圖2-1所示：
圖2-1 彈體簡(jiǎn)圖
彈體零件的工程圖如上圖所示，從圖上可知，這次檢測(cè)的尺寸有：總長(zhǎng)L1、底厚L2、底部?jī)?nèi)徑r1、筒口內(nèi)徑r2、端口外徑R1、前端外徑R2、導(dǎo)帶槽外徑R3、導(dǎo)帶槽臺(tái)階外徑R4、底部外徑r5，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，一共有9處零件尺寸需要進(jìn)行測(cè)量。
2.2 彈體測(cè)量方法
彈體的測(cè)量過程最起碼應(yīng)滿足可行性和高效性的要求，即在保證測(cè)量結(jié)果達(dá)到一定的可信程度并且不會(huì)有高昂的付出。本次待測(cè)彈體所需測(cè)量的尺寸很多，而且測(cè)量系統(tǒng)要求效率高，需要達(dá)到2000件/8小時(shí)，測(cè)量質(zhì)量好，使用、維修均很方便，成本較低，工作可靠。對(duì)于2000件/8小時(shí)，也就是是說每分鐘要完成5件彈體的檢測(cè)，在這么短的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)工件的所有尺寸，測(cè)量有相當(dāng)大的難度。因此只有將彈體放在流水線上進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量操作，在完成所有的測(cè)量過程后，最后再與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)定，才有可能實(shí)現(xiàn)要求給出的高效性。[4]
因此，下面就要詳細(xì)介紹各種尺寸的測(cè)量方法以及流水線的詳細(xì)測(cè)量方案，以此來完成所需的要求。
2.2.1 總長(zhǎng)、底厚測(cè)量
總長(zhǎng)和底厚的檢測(cè)屬于長(zhǎng)度的測(cè)量，所以放在一起說。長(zhǎng)度的測(cè)量中常用的有卡規(guī)、卡尺，在特殊的就是各種特制量具，此法操作簡(jiǎn)便，但在測(cè)量過程中，必須要有人的參與，無法實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)化測(cè)量，因此測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與使用者的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度息息相關(guān)。電動(dòng)測(cè)長(zhǎng)儀、電動(dòng)測(cè)微儀以及各類電子式測(cè)量?jī)x器都屬于非接觸式測(cè)量?jī)x器，該方法測(cè)量精度相對(duì)較高，但是測(cè)量結(jié)果極容易受到噪聲、電磁場(chǎng)、等環(huán)境因數(shù)的干擾，他們對(duì)測(cè)量精度也有影響。本文針對(duì)彈體總長(zhǎng)、底厚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選擇LVDT位移傳感器產(chǎn)品作為基礎(chǔ)測(cè)量工具，其性能參數(shù)如下表所示：
圖2-2-1LVDT性能參數(shù)
工作溫度
-25°to 80°
輸入電壓
12VDC
輸出電壓
0-5VDC
線性量程
0-2.5mm
線性度
0.25%
工作方式
導(dǎo)向回彈式
外管材料
不銹鋼304
LVDT差動(dòng)式位移傳感器的測(cè)量原理和變壓器極為相似，是把被測(cè)量的產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化轉(zhuǎn)換為線圈互感的變化。由于其副邊接成正負(fù)極對(duì)接形成了差動(dòng)式，所以稱為差動(dòng)唯一傳感器。因其具有高可靠性、高效、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)度的測(cè)量中。LVDT位移傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖2-2-2所示：
圖2-2-2位移傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
如圖所示，傳感器的內(nèi)部包括用于固定線圈的支架、中間有一個(gè)初級(jí)線圈、兩邊各有一個(gè)次級(jí)線圈，中央有顆移動(dòng)的圓柱形鐵芯。初級(jí)線圈，也叫原邊；次級(jí)線圈，又叫做副邊。兩個(gè)副邊相互正負(fù)極對(duì)接，構(gòu)成差動(dòng)式。原、副邊線圈繞于支架上，支架用塑料制成。當(dāng)鐵芯在不同位置移動(dòng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同的次級(jí)的電動(dòng)勢(shì)差，在一定范圍內(nèi)，鐵芯的位移量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)差值成線性關(guān)系。差動(dòng)變壓式位移傳感器在廣泛應(yīng)用于尺寸的測(cè)量，尤其適用于小量程測(cè)量，又因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)很多，所以被選為此次彈體長(zhǎng)度的測(cè)量工具。
2.2.2 內(nèi)徑測(cè)量
在機(jī)加工車間，通常采用內(nèi)徑百分表進(jìn)行孔徑的測(cè)量，測(cè)量時(shí)工件與測(cè)頭之間采用接觸式測(cè)量，但在接觸時(shí)需要先施加預(yù)壓力。由于預(yù)壓力的存在，首先會(huì)對(duì)工件內(nèi)側(cè)產(chǎn)生輕微的劃痕，其次還會(huì)造成自身的不斷磨損，結(jié)果是影響了測(cè)量的結(jié)果。另外，電子測(cè)量和光學(xué)測(cè)量這種高精密的儀器，非常容易受周圍環(huán)境的影響，因此在加工現(xiàn)場(chǎng)有人不能用。為了克服以上的，本次采用氣動(dòng)測(cè)量，該測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量，可避免內(nèi)側(cè)的而且不會(huì)對(duì)自身造成磨損。[5]其次，氣動(dòng)測(cè)頭與測(cè)量?jī)x器通過氣管連接，氣管的長(zhǎng)度自己可以掌握，便于測(cè)量和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，這也是氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量方法的特點(diǎn)。本次選用的是AEC-300的氣動(dòng)量?jī)x，其實(shí)物圖如圖2-2所示和性能參數(shù)如下所示：
圖2-2-3 AEC-300的氣動(dòng)量?jī)x
圖2-2-4氣動(dòng)量?jī)x性能參數(shù)
環(huán)境溫度
0-45°
氣源
0.35-1MPa
供電電壓
220VAC
側(cè)頭直徑
0.5-2mm
示值范圍
分辨率
氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)原理是通過空氣流量和壓力的比例關(guān)系最后反應(yīng)到工件尺寸大小的技術(shù)。氣動(dòng)測(cè)量?jī)x中接通的空氣流量和壓力存在一定的物理關(guān)系。在本次測(cè)量裝備的設(shè)計(jì)，選用量程和規(guī)格合適的電子式氣動(dòng)量?jī)x和特點(diǎn)適合彈體尺寸大小的噴嘴測(cè)頭，來實(shí)現(xiàn)其內(nèi)徑的測(cè)量。
2.2.3 外徑測(cè)量
本次測(cè)量系統(tǒng)需要對(duì)彈體進(jìn)行2外徑尺寸的測(cè)量，數(shù)量很多，經(jīng)過對(duì)比和其他資料對(duì)比可知，其他儀器無法實(shí)現(xiàn)一次測(cè)量2個(gè)外徑，故決定采用能夠隨時(shí)測(cè)量外徑尺寸的激光掃描測(cè)徑儀。
激光掃描測(cè)徑儀采用非接觸式測(cè)量，他的原理是：激光源發(fā)出的紅色激光對(duì)彈體進(jìn)行光學(xué)掃描，對(duì)面的光電接收器接收平行掃描光束；當(dāng)彈體置于掃描帶區(qū)域的，光束被彈體的放入所打斷，被彈體遮擋的激光不能投射到光電接收器從光電接受器輸出的信號(hào)，可得知彈體直徑有關(guān)系的數(shù)據(jù)。激光掃描測(cè)徑儀是一種集電子技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)和精密儀器于一體的在線測(cè)量設(shè)備，激光掃描測(cè)徑儀的原理如圖2-2-5所示：
1-激光發(fā)射器 2-反射鏡 3-掃描轉(zhuǎn)鏡 4-準(zhǔn)直透鏡
5-聚光鏡 6-光電接收器 7-彈體
圖2-2-5 激光掃描測(cè)徑儀原理
激光測(cè)徑儀和其它測(cè)徑儀器相比有很多的優(yōu)勢(shì)：(1)與被測(cè)物體進(jìn)行非接觸測(cè)量，可保證測(cè)量質(zhì)量和精度；(2)測(cè)量精度很高；(3)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取很方便，只要通過輸出接口和外顯示儀對(duì)接即可；(4)使用環(huán)境要求低，并且非常的實(shí)用。本文選用LMD系列的激光測(cè)徑儀，其實(shí)物圖如圖2-2-6所示：
圖2-2-6 激光測(cè)徑儀
2.3 彈體設(shè)計(jì)方案
結(jié)合彈體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文將對(duì)彈體進(jìn)行底厚、總長(zhǎng)、外徑和內(nèi)徑的測(cè)量，為了測(cè)量過程的同步進(jìn)行，在測(cè)量的設(shè)計(jì)過程中，如何保證證機(jī)械運(yùn)行的可靠性是非常重要的。常規(guī)下，一套完整的機(jī)械設(shè)備，往往需要不斷改進(jìn)和完善，機(jī)械結(jié)構(gòu)的最終結(jié)構(gòu)也需要?dú)v史的驗(yàn)證，因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的好壞將將直接決定測(cè)量結(jié)果的正確與否。
綜合這次測(cè)量彈體所需檢測(cè)的尺寸，首先先設(shè)計(jì)出測(cè)量彈體尺寸工藝流程，然后對(duì)測(cè)量?jī)?nèi)容進(jìn)行合理的安排，并且繪制詳細(xì)的彈體測(cè)量圖，然后通過實(shí)驗(yàn)一直進(jìn)行可行性和可靠性的論證，最終經(jīng)過無限次的修改與完善制定出一套完善的測(cè)量流程圖，測(cè)量過程如下圖2-3-1所示：
2-3-1測(cè)量流程圖
根據(jù)彈體尺寸檢測(cè)的流水線程序，利用solidworks三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)彈體的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行建模，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和修正后，建立的模型如下圖所示，在機(jī)加工車間一套完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)，都需要在后期實(shí)踐中一直的發(fā)現(xiàn)問題和不斷改進(jìn)，那樣才能一直處于加工的不敗立場(chǎng)。建立的三維立體流程圖如圖2-3-2所示：
圖2-3-2 總裝配圖
3 彈體尺寸測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在彈體的尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備開發(fā)中，應(yīng)該遵循一個(gè)“先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、可靠”的原則，根據(jù)被測(cè)彈體的測(cè)試特點(diǎn)和要求，對(duì)其進(jìn)行綜合的考慮，然后進(jìn)行其尺寸的測(cè)量。在測(cè)量的過程中，全程由彈體抓手對(duì)其進(jìn)行操作，完成整個(gè)的彈體的流程。
3.1 彈體抓手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
彈體的傳遞需要彈體抓手的運(yùn)輸與定位，主要是把彈體從上一個(gè)測(cè)量位置準(zhǔn)確無誤的送入下一個(gè)測(cè)量位置，本文設(shè)計(jì)的彈體抓手如圖3-1所示：
圖3-1 彈體抓手
彈體抓手的具體設(shè)計(jì)如上圖所示。開關(guān)支架安裝在接近測(cè)量裝置的的支架上，最好安裝在定位柱正上方并且與定位柱同軸。當(dāng)抓手機(jī)構(gòu)開始工作時(shí)，基板下方的升降氣缸上升或者收縮，推動(dòng)抓手的上升或者下降，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)適當(dāng)?shù)慕嵌鹊竭_(dá)另一工位上方，然后通過氣缸的下降將彈體送入下一工位測(cè)量基座。由于上升的距離不是很大，有時(shí)正對(duì)定位柱時(shí)接收到感應(yīng)，有時(shí)則會(huì)在定位銷偏離時(shí)接受感應(yīng)，這樣會(huì)造成運(yùn)送機(jī)構(gòu)手爪與測(cè)量基座發(fā)生偏移，如果偏移量較小，基座的導(dǎo)槽會(huì)予以糾正，如果過大，會(huì)造成彈體送入不到測(cè)量基座，檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障。對(duì)此，抓手還有待與繼續(xù)研究，由于本次的時(shí)間有限，我們只能研究到這塊。
3.2 底厚測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
針對(duì)彈體底厚尺寸的幾何特點(diǎn)和測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)要求，本文設(shè)計(jì)了一種基于LVDT差動(dòng)式位移傳感器的檢測(cè)方式，由PLC和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程的自動(dòng)化。底厚測(cè)量裝置如圖3-2所示：
圖3-2 底厚測(cè)量裝置
底厚的測(cè)量如上圖所示，為了保證測(cè)量結(jié)果在LVDT位移傳感器的線性量程內(nèi)，正式測(cè)量之前，需用標(biāo)準(zhǔn)件校對(duì)其到適當(dāng)?shù)奈恢?，使其測(cè)頭位于測(cè)量基準(zhǔn)柱正上方，然后使導(dǎo)桿氣缸下行，使傳感器測(cè)頭與彈體相接觸但沒有被擠壓，此時(shí)壓緊塊與彈體邊緣相輕微接觸，最后，固定傳感器位置，安放完成。位移傳感器長(zhǎng)度的壓縮變化量能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出的電壓值得變化，運(yùn)用下面的PLC機(jī)器對(duì)前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后傳入到上面的機(jī)器系統(tǒng)中，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)值轉(zhuǎn)換成彈體底厚的長(zhǎng)度值，并和最原始的設(shè)定的數(shù)值范圍進(jìn)行比較，將對(duì)比結(jié)果保存到該工件對(duì)應(yīng)序號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。運(yùn)用針型氣缸推動(dòng)通規(guī)對(duì)底火孔直徑的上偏差進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，假如不能夠順利直接插入彈體，則接近開關(guān)就給出開關(guān)信號(hào)，表示彈體底厚的上偏差尺寸基本合格，并將結(jié)果存入下面的PLC機(jī)器中；因此可提高檢測(cè)效率，降低檢測(cè)成本。[6]在檢測(cè)過程中，PLC根據(jù)接近開關(guān)和磁性開關(guān)，使得導(dǎo)桿氣缸實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3.3 總長(zhǎng)測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
按照彈體尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的流水線，底厚測(cè)完之后，直接進(jìn)入總長(zhǎng)的測(cè)量?？傞L(zhǎng)測(cè)量裝備如圖3-3所示：
圖3-3 總長(zhǎng)測(cè)量裝置
總長(zhǎng)的測(cè)量和底厚的測(cè)量原理比較相似，歸類起來都是屬于長(zhǎng)度的測(cè)量。在對(duì)總長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，位移傳感器長(zhǎng)度壓縮的變化量能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出電壓值得變化，運(yùn)用下面的PLC機(jī)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后傳入到上面的對(duì)接系統(tǒng)中，然后對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，也就是換算成對(duì)應(yīng)的彈體總長(zhǎng)值，并和一開始設(shè)定的數(shù)值范圍進(jìn)行精確的比較，將對(duì)比結(jié)果保存到該工件所對(duì)應(yīng)序號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，這個(gè)數(shù)據(jù)在最后要用于對(duì)彈體是否合格做一個(gè)檢測(cè)。當(dāng)彈體的總長(zhǎng)度被測(cè)量完畢時(shí)，彈體抓手抓起彈體，通過抓手的上下、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，把彈體送入下一工位，也就是進(jìn)行彈體的外徑的測(cè)量。
3.4 外徑測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文的彈體的外徑測(cè)量相對(duì)來說非常的麻煩，因?yàn)橥鈴降臏y(cè)量主要涉及到一2外徑。包括：端口外徑、前端外徑2處，所以此次采用激光測(cè)徑儀對(duì)其進(jìn)行非接觸式的測(cè)量，測(cè)量設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：
1-滑座底板 2-外徑檢測(cè)下料裝置 3-激光測(cè)徑儀托板 4-小料座
5-激光測(cè)徑儀支架 6-激光測(cè)徑儀 7-螺旋升降平臺(tái) 8-齒輪箱
圖3-4 外徑測(cè)量裝置
由于被測(cè)的外徑尺寸在不同的截面上，并且數(shù)目較多，因此，本次的設(shè)計(jì)采用激光測(cè)徑儀進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量以步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，齒輪箱作為動(dòng)力傳送，螺旋副進(jìn)行上下移動(dòng)，從而控制彈體的各個(gè)截面都可以被測(cè)量。主要的結(jié)構(gòu)有激光測(cè)徑儀、下料座、螺旋升降平臺(tái)、齒輪箱和步進(jìn)電機(jī)組成。對(duì)外徑的測(cè)量，主要是運(yùn)用下面的PLC控制步進(jìn)電機(jī)，通過步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力使得截面被測(cè)完，從而通過激光測(cè)徑儀對(duì)2處外徑的尺寸進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)的采集。
3.5 內(nèi)徑測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本次采用電子氣柱測(cè)量?jī)x對(duì)彈體的內(nèi)徑尺寸進(jìn)行測(cè)量，此次測(cè)量的設(shè)備如下圖所示：
圖3-5 內(nèi)徑測(cè)量裝置
此設(shè)備主要是運(yùn)用電子式氣動(dòng)量?jī)x對(duì)彈體內(nèi)徑進(jìn)行尺寸的測(cè)量，當(dāng)測(cè)量時(shí)，通過氣電轉(zhuǎn)換器將不可識(shí)別的氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的電信號(hào)，并將數(shù)值存入到面的PLC機(jī)器中，然后傳入到上面的記錄機(jī)器中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。影響內(nèi)徑的的因素很多，大部分情況是測(cè)量軸向與孔徑的誤差造成的，定位誤差有以下幾種：（1）彈體的內(nèi)徑中心線與孔中心線錯(cuò)位；（2）彈體的內(nèi)徑中心線與孔中心線傾斜。在本次的測(cè)量系統(tǒng)中，由于采用的是非接觸式的電子式氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量，因此測(cè)量誤差的影響不大。
3.6 分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
彈體的測(cè)量前前后后有多個(gè)尺寸需要：總長(zhǎng)、底厚、內(nèi)徑、2個(gè)外徑，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，一共有5處彈體尺寸需要進(jìn)行測(cè)量。在這些尺寸都進(jìn)行測(cè)量完成以后，還需對(duì)其進(jìn)行合格與否的分揀判斷，合格檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)如下圖所示：
圖3-6 分揀機(jī)構(gòu)
通過對(duì)彈體的全方位的尺寸的測(cè)量，最后對(duì)彈體進(jìn)行合格檢測(cè)，判斷其是否合格，并且對(duì)所有的尺寸測(cè)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合的判斷，如果合格，則氣缸推動(dòng)氣缸從下料筒出來；反之，不合格則由氣缸推動(dòng)彈體從另一側(cè)的下料筒推出，進(jìn)入次品行列。然后對(duì)分揀出來的彈體進(jìn)行整理，合格的彈體可以直接送入，進(jìn)行裝配使用，不合格的彈體再次進(jìn)行銷毀、重加工。
3.7 平臺(tái)設(shè)計(jì)
任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械方面的平臺(tái)，主要是為其他部件保證足夠的運(yùn)行空間而且要保證充足、可靠，確保使用零件的的正常運(yùn)行和流水線的正常操作，為了使整體測(cè)量裝備連接的更加緊湊，保證各部分功能都可以運(yùn)行，本文將機(jī)架設(shè)計(jì)為兩層的上下結(jié)構(gòu)，上層為測(cè)量所有尺寸零件的測(cè)量基板，主要用于安裝各測(cè)量裝備，下層為PLC等電器控制安裝板，用于安裝電器控制等等元件，這樣合理的安排空間有助于設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，更加有利于操作維修，這樣開放的環(huán)境，也有利于觀察者對(duì)其觀察、查看，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
圖3-7 平臺(tái)
3.8 本章小結(jié)
本章主要對(duì)彈體尺寸的自動(dòng)測(cè)量裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了關(guān)鍵部件的機(jī)構(gòu)，并且深入的介紹其工作原理及流程。彈體的測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，測(cè)量機(jī)構(gòu)主要分5次進(jìn)行測(cè)量：首先主要是運(yùn)用位移傳感器對(duì)彈體底厚和總長(zhǎng)測(cè)量；其次是運(yùn)用電子柱式的氣動(dòng)量?jī)x對(duì)彈體內(nèi)徑的測(cè)量；最后，采用激光測(cè)徑儀與螺旋升降平臺(tái)相結(jié)合對(duì)彈體外徑的2個(gè)部位外徑尺寸分別進(jìn)行測(cè)量，最后對(duì)各個(gè)彈體進(jìn)行是個(gè)合格的檢測(cè)與分揀。
總結(jié)
本文所研究的彈體尺寸的自動(dòng)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)彈體的非接觸式測(cè)量。由于彈體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，所需檢測(cè)的尺寸又非常多，為了實(shí)現(xiàn)5個(gè)尺寸得同時(shí)測(cè)量，本文采用了彈體抓手的運(yùn)行。本課題在彈體尺寸的自動(dòng)測(cè)量裝備上，主要完成以下幾項(xiàng)工作：
（1）限于彈體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，被測(cè)尺寸較多，對(duì)每一類尺寸分別選取相適應(yīng)的測(cè)量?jī)x器；針對(duì)底厚檢測(cè)與筒底內(nèi)徑檢測(cè)的相似性，所以他們的測(cè)量設(shè)備比較相似，同時(shí)為了保證測(cè)量過程有順序地進(jìn)行，分別設(shè)計(jì)彈體抓手，以及下料分揀裝置。
（2）在內(nèi)徑測(cè)量中，根據(jù)氣動(dòng)噴嘴與被測(cè)工件內(nèi)壁的相對(duì)位置，建立曲面噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，為氣動(dòng)測(cè)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取提供依據(jù)。
（3）詳細(xì)面向每個(gè)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)每個(gè)待測(cè)尺寸的分析方法，使之盡可能的滿足測(cè)量要求。
（4）根據(jù)彈體各尺寸的尺寸大小，本文對(duì)其測(cè)量裝置進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
時(shí)