一种柔性生产线工件在线识别系统的开发

摘要

随着科学技术尤其是先进制造技术的发展,柔性制造及其相关技术越来越受到人们的重视。柔性制造系统(FMS)是集计算机技术、数字控制技术、网络通信技术及现代生产管理技术等为一体的高自动化、高柔性化制造系统。FMS是在分布式数字控制系统(DNC)的基础上发展起来的,是自动化程度和集成度更高且具备自动化物流设备的DNC系统。
　　 由于柔性生产线的加工过程是一个动态过程,工件流是这个动态过程的重要环节。所以工件在线识别仪器是大多数柔性生产线运行状态监控系统不可或缺的组成部分,是柔性生产线可靠、高效运行和实现多品种工件混流生产的重要保障。
　　 本论文以东北大学教学柔性生产线(FMTS)为研究蓝本,并针对性的为其开发了一套以单片机为核心的超声波工件在线识别系统。本论文的创新在于把时差法超声波测距应用于工业生产检测与控制领域,并提出了以超声波回波强度为判据的工件材质和表面形貌判别方法。
　　 本论文主要论述了以下几个方面问题:
　　 (1)简述柔性制造系统及其工件流检测子系统的构成。
　　 (2)详述了基于时差法超声波测距和超声波回波强度检测的嵌入式工件识别仪硬件结构的设计及仪器工作原理。
　　 (3)叙述了开发柔性生产线中央控制计算机端的“工件自动在线识别控制中心”软件的过程,实现了嵌入式工件识别仪与计算机的通信以及工件数据库的建立。
　　 (4)把新开发的工件在线识别系统与原有生产线进行了系统集成,并进行初步调试运行。
　　 东北大学教学柔性生产线工件自动在线识别系统的调试与实验证明,这套工件在线识别系统能够执行预定的工件识别任务,能够在复杂工业环境下可靠的运行。实践证明,基于时差法超声波测距和超声波回波强度检测的超声波检测技术可以应用于工业环境执行测控任务,仪器基本实现了预定的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 柔性制造系统及工件在线检测技术简介

1.2.1 柔性制造系统

1.2.2 柔性制造系统状态监控技术简介

1.2.3 工件在线识别技术简介

1.3 课题背景及意义

1.3.1 东北大学实验柔性生产线简介

1.3.2 超声检测技术简介

1.3.3 超声波检测技术研究动态

1.3.4 课题的提出及其意义

第2章 工件在线识别系统总体方案

2.1 系统需求分析

2.2 工件在线自动识别系统的总体方案

2.2.1 嵌入式工件在线识别仪方案

2.2.2 “工件在线识别控制中心”软件方案

2.2.3 系统总体构成

2.3 超声波工件在线识别原理和识别方法研究

2.3.1 超声波的性质

2.3.2 超声波工件识别原理

2.3.3 超声波测距的盲区

2.3.4 超声波传感器及选用

第3章 嵌入式工件在线识别系统硬件设计

3.1 硬件系统构成

3.2 STC89C58单片机及其最小系统

3.3 供电模块

3.4 超声波检测模块

3.4.1 超声波发射电路

3.4.2 超声波接收电路

3.4.3 温度补偿电路

3.5 工件条码扫描模块

3.6 通信接口模块

3.6.1 嵌入式工件识别仪与条码扫描仪的通信

3.6.2 嵌入式工件识别仪与中央控制计算机的通信

3.6.3 通信接口电路

3.7 人机接口模块

3.8 硬件电路电磁兼容性设计

3.8.1 电源电路抗干扰设计

3.8.2 数字电路抗干扰设计

3.8.3 模拟电路抗干扰设计

3.8.4 数字地和模拟地的连接

3.8.5 PCB合理布线降低系统干扰

3.9 硬件电路的PCB设计

第4章 嵌入式工件识别仪的软件设计

4.1 程序总体框架

4.2 程序主要功能模块的开发

4.2.1 超声波检测模块

4.2.2 温度补偿、工件识别

4.2.3 上传工件信息

4.3 嵌入式软件的可靠性设计

4.3.1 指令冗余拦截技术在工件在线识别系统中的应用

4.3.2 软件陷阱拦截技术在工件在线识别系统中的应用

4.3.3 中值数字滤波技术在工件在线识别系统中的应用

4.3.4 CRC信息效验技术在工件在线识别系统中的应用

第5章 “工件在线识别控制中心”软件设计

5.1 软件的运行和开发平台的选择

5.2 数据库的设计和操作

5.2.1 数据库概述

5.2.2 Access和visual Basic结合的优点

5.3 串行通信程序的设计

5.3.1 MSComm控件简介

5.3.2 PC机串行通信功能的实现

5.4 工件信息接收流程

第6章 工件识别系统调试与实验

6.1 调试环境的建立

6.2 嵌入式工件识别仪电路的调试

6.3 联合调试

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间获奖情况

附录 A

附录 B