背压式气动量仪自校对机构的研究

摘要

气动测量是一种高精度、高效率的测量方法。该测量方法以压缩气体为介质，可实现非接触测量，广泛应用于零件测量现场。但为了减小气压变化、温度变化等因素对气动量仪测量结果造成的影响，在使用过程中，需要定时对气动量仪进行校对。现行的校对方法是针对一种测量尺寸，分别制作出两个大小校对规。然后由工人利用测头分别与大小校对规配合得到两个间隙尺寸，并按照这两个间隙尺寸测得的结果来校对气动量仪。然而随着科技的发展，随着人们对自动化、对高效率的要求;该校对方法存在的缺点逐渐显露出来。一方面制作校对规花费的人力、物力不菲，并且校对规磨损后需要重新制作;另一方面人工校对存在着效率低、易出错的缺点。因此本文提出了自动校对系统来解决这些问题。
　　在对气动测量原理及气动量仪校对原理的充分研究、学习的基础上，本论文提出了利用喷嘴挡板机构代替其它各类校对规进行校对的方案，并推导出其等效关系式。同时以喷嘴内径机构为研究对象，通过FLUENT流体仿真及实验验证相结合的方法验证了该方案的可行性。为自动标定系统的设计、制造奠定了基础。
　　流体的仿真分析过程是利用现有的喷嘴挡板机构绘制出相应的流体域，首先根据实验测得的结果调整FLUENT中的参数，使得仿真结果与实验结果相吻合;得到一个正确的仿真模型和仿真方法。继而利用该模型的参数对喷嘴内径机构进行仿真计算，然后将仿真结果与理论计算结果进行对比，以验证等效关系式的正确性。
　　自校对机构是在借鉴了各种微动机构的思想之后设计得到的。该机构以直线型步进电机为动力，电机伸缩轴推动滑块移动，滑块的移动带动其上表面所附量块的移动，从而精确的得到2微米级的间隙。滑块的复位是靠弹簧实现的，而电机的定位则是靠限位开关。
　　控制系统主要包括单片机最小系统、蜂鸣器、电压转换以及电机控制等模块。该系统的设计能够很好地配合自校对机构完成校对过程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容和方法

1．3．1 气动量仪自校对原理

1．3．2 气动量仪自校对机构的结构与运动控制设计

1．4 论文研究的重点难点及各个章节的主要内容

2 气动量仪自校对方法的理论基础

2．1 气动量仪的特点及用途

2．2．1 气动量仪的特点

2．2．2 气动量仪的用途

2．2 背压式气动测量的基本原理及校对

2．2．1 背压式气动测量的基本原理

2．2．2 背压式气动量仪的校对原理

2．3 等效转化关系的推导

2．3．1 背压式平行喷嘴挡板机构的计算

2．3．2 背压式内径测量机构的计算

2．3．3 两者之间的转化关系

2．4 本章小结

3 等效转化关系的仿真计算及实验验证

3．1 整体仿真思路简介

3．2 等效转化关系的仿真计算

3．2．1 仿真分析软件

3．2．2 仿真模型的准确性验证

3．3 实验验证

3．3．1 实验数据采集

3．3．2 等效转化关系的验证

3．4 本章小结

4 气动量仪自校对机构的结构设计

4．1 气动量仪自校对机构的主要技术要求

4．2 常见的微动机构及方案的确定

4．2．1 常见微动机构

4．2．2 气动量仪自校准机构设计方案的确定

4．3 气动量仪自校对机构的设计

4．3．1 材料的选取

4．3．2 复位拉伸弹簧的选取

4．3．3 电机的选型

4．3．4 顶帽与顶销的设计

4．3．5 量块的选择

4．4 气动量仪自校对机构理论设计的精度分析

4．5 本章小结

5 气动量仪自校对机构的控制设计

5．1 永磁式步进电机的控制原理

5．1．1 永磁式步进电机的工作原理

5．1．2 永磁式步进电机的驱动方式

5．1．3 永磁式步进电机驱动器的选型

5．2 气动量仪自校对机构的控制系统硬件设计

5．2．1 控制系统的要求

5．2．2 控制方案的设计

5．2．3 单片机的选择

5．2．4 各个模块的功能及实现

5．3 气动量仪自校对控制系统的软件设机构计

5．3．1 开发环境和编程语言的介绍

5．3．2 软件的设计方案

5．3．3 系统程序的编写与调试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢