大口径钢管轮廓测量系统的设计与实现

摘要

大口径钢管作为工业生产和作业中的常用设备，其测量技术是工业控制上的一种关键技术。目前国内用来测量大口径钢管轮廓的设备在性能上有一定的局限性，获得的数据也不够全面，在准确度、自动化程度方面也有待提高，因此优化设计出一种新型的钢管轮廓测量系统有很重要的现实意义。本文在科研项目的基础上，给出了完整的大口径钢管轮廓测量系统的软件、硬件设计，仿真实验以及误差分析。
　　本文首先针对目前国内普遍使用的大口径钢管轮廓测量原理进行了调查和总结，提出了一种能更好地减小系统误差的方式。在此基础上，与要实现的功能和指标要求相结合，给出了全面详细的系统组成和设计方案，大致分为测量原理、计算公式、设备选型及软件设计四大部分。
　　然后，本文设计了整个测量系统的可编程控制器的控制系统和电气原理，使可编程控制器与激光器之间实现了通讯，研究出了一种获得钢管轮廓参数的算法，并且对系统的机械结构和其能实现的功能进行了说明。
　　接下来，对该系统的组态监控软件着重进行了设计。从控制模块的选择、系统软件界面的设计到管理权限的设计、数据库的建立，再到系统的运行流程等五个大方面对组态软件进行了详细说明。另外，设计了对组态软件与PLC控制系统间通讯状态的诊断功能以及系统的报警功能，归纳了本文设计的上位机组态监控系统所具有的优势。
　　最后，重点对测量系统的误差进行了深入的研究，通过对系统中产生误差的各个因素进行全面的分析，并且运用误差理论知识对误差补偿的方法进行了研究。通过多次反复试验得到的大量数据证明该系统的算法精确、误差小，运行平稳可靠。

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第1章 绪 论

1.1 钢管轮廓测量系统的发展状况

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 本文的主要研究内容

第2章 大口径钢管轮廓测量系统硬件设计

2.1 典型系统的测量原理

2.2 系统构成的整体设计

2.3 激光传感器简介

2.4 西门子S7-300PLC

2.5 西门子伺服电机

2.6 本章小结

第3章 测量系统的算法实现

3.1 算法的原理

3.2 最小二乘法的应用

3.3 算法的实现

3.4 本章小结

第4章 测量系统的应用程序设计

4.1 开发环境

4.1.1 Visual Studio 2010简介

4.2 通讯模块的设计

4.3 应用程序的设计

4.4 系统的整体实现

4.5 实测数据的误差分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢