巨型挤压机活动部件同轴度的PSD实时检测系统设计与误差分析

摘要

巨型挤压机长时间运行后，活动部件与导向装置空隙增大，活动部件运动精度降低，活动部件中线与挤压中线不重合，影响产品几何精度，导致挤压机本体承受巨大的偏心载荷，缩短挤压机寿命，甚至会破坏挤压机本体，造成生产事故。而目前与挤压机对中的相关系统，存在检测精度低，实时性差，无法全面评价活动部件运动精度等缺点，难以满足检测要求。
　　 本文以200MN巨型挤压机为研究对象，在分析常见光电检测系统优缺点的基础上，提出一种基于PSD（位置敏感探测器）的卧式挤压机活动部件同轴度实时检测方案，并完成系统软硬件设计;为全面客观的反映活动部件运动精度，采用活动部件同轴度作为其运动精度评价参数;提出一种同时采集、打包传输的数据传输方法，将数据传输次数减少到正常通讯方式的1/4，降低了同一个活动部件上不同检测点检测数据的时间间隔，减少了数学模型误差，提高了系统的实时性。采用镜头成像法克服了PSD检测范围小;通过带通滤光玻璃“过滤”进入PSD光敏面的环境光，使环境光对偏移检测单元的误差降低到分辨率以下;提出一种改进的双一次插值算法对PSD进行非线性修正，提高了偏移检测单元的检测精度;根据几何光学知识，建立了光学系统误差的数学模型，并对不同性质的误差采用不同的误差补偿方式，有效的提高了系统的检测精度。
　　 研究和试验结果表明:该检测系统的检测范围理论上达到109mmX109mm，检测精度为0.16mm，单个活动部件检测频率达到4HZ，能够达到实时在线检测活动部件运动精度的目的。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 课题来源、研究意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究意义

1．2 常见光电式位移检测方法概况

1．2．1 正交衍射光栅位移检测

1．2．2 二维PSD位移检测

1．2．3 机器视觉

1．2．4 位移检测方式分析比较

1．3 现场总线技术的发展现状

1．3．1 总线技术概况

1．3．2 总线性能的分析比较

1．4 系统误差分析及补偿的研究现状

1．5 本文研究内容及结构安排

第二章 挤压机活动部件同轴度的PSD实时检测系统方案设计与实现

2．1 功能指标

2．2 总体方案设计

2．2．1 活动部件运动精度评价参数

2．2．2 活动部件同轴度检测的基本原理

2．2．3 活动部件同轴度检测的数学模型

2．2．4 活动部件同轴度检测系统的原理框图

2．3 激光发射系统

2．3．1 激光发射装置

2．3．2 激光发射器

2．4 偏移检测系统

2．4．1 偏移检测单元的构成

2．4．2 偏移转换的数学模型

2．4．3 元件选型

2．5 通信系统

2．6 数据处理系统

2．7 本章小结

第三章 偏移检测单元性能分析与提高

3．1、偏移检测单元的检测范围

3．2、环境光对偏移检测单元的影响

3．2．1 环境光影响偏移检测的原理

3．2．2 环境光的处理措施

3．3 PSD的非线性对偏移检测单元的影响

3．3．1 PSD非线性的原理分析

3．3．2 非线性处理——插值法

3．3．3 非线性处理——-BP神经网络

3．3．4 非线性修正方法的实现

3．4 本章小结

第四章 光学系统误差分析及补偿

4．1 激光基准的误差分析

4．1．1 分光镜产生的激光基准偏移

4．1．2 平面镜产生的激光基准偏移

4．2 偏移转换误差分析

4．3 成像误差分析

4．4 误差补偿

4．4．1 系统误差分类

4．4．2 光学误差补偿

4．5 本章小结

第五章 实验研究

5．1 实验系统简介

5．2 偏移检测单元抗干扰实验

5．3 非线性修正算法性能比较实验

5．4 偏移转换误差验证实验

5．5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果