玻璃涂层在线检测系统的研究

摘要

金属材料是人类社会发展的重要物质基础，广泛应用于日常生产生活中的方方面面。但金属材料却极易受环境的酸度、碱度，以及盐类水溶液的影响发生化学性质的改变，使金属受到腐蚀，降低金属材料性能及使用寿命。因此对金属材料表面添加保护层防止或减缓金属材料在使用中的腐蚀显得尤为重要。根据保护涂层的金属性将涂层分为金属涂层和非金属涂层两部分。金属涂层在应用方面有一定的局限性。非金属涂层中的有机高分子材料涂层具有不耐高温、易老化的特点，应用范围不广。而无机非金属涂层耐磨、耐蚀、不老化而受到广泛应用。在无机涂层研究中，玻璃涂层由于制备工艺简单，性能优异，成为研究的新方向。玻璃涂层技术已经广泛应用于信息、生物、航空、航天和新能源等前沿领域，并在这些领域发挥着重要作用。
　　决定涂层性质和控制涂层性能的基本参数是涂层的光学常数（折射率n和消光系数k）和厚度。目前涂层的使用中对涂层的厚度要求越来越薄，这对涂层厚度的精确测量要求很高。
　　系统设计思想:玻璃涂层在线检测系统是为湿膜厚度在线测量而设计的测量系统，系统在线实时测量多种规格的物体表面喷涂的玻璃涂层的湿膜厚度，为产品烘干后，干膜厚度控制提供依据。针对以往玻璃涂层在线检测系统的优缺点、科技的进步和新工作环境的需要，设计了一套新的玻璃涂层在线检测系统，其特点主要是:对喷涂的物体形状要求不高;在线实时测量，数据反馈及时;多种参数同时检测，有利于提供产品的喷涂质量。并根据检测系统的需要，设计一套针对涂层厚度检测的机器人手臂，能自动完成对玻璃涂层厚度的检测。
　　本文的主要内容包括:
　　首先，根据玻璃涂层在线监测系统的发展现状和检测特点，提出了本文设计的检测系统的组成（见2-1系统组成图），并对要检测的量，一一说明了检测方法。然后就本检测系统的伺服机构及其控制器作了详细的说明，并对伺服机构要实现的工作效果做出了明确要求。最后是本系统的软件设计部分，从工控机和触目屏的选择到软件设计要实现的功能，都做出了详细的阐述。
　　其次，从机械手的分类和气动机器手的应用分析的基础上，重点介绍了本文设计的三自由度机械手结构设计和控制要求，详细阐述了机械手的工作过程，并结合工作过程和实际生产过程中可能会产生的问题，对手部驱动力和腕部驱动力做出了计算分析。进而在最后对结构的技术参数做出了陈列。
　　再次，介绍了玻璃涂层在线检测系统的机械手空间分析和计算，主要内容包括:
　　(1)利用前置法建立机械手直角坐标系，并列出了参数方程，进而求解其各关节变量的结果;
　　(2)利用Paul反变换法求解各关节变量，反解的结果与前述正解中的关节角一致，表明反解正确。
　　(3)利用机器人的位移方程求解其末端轨迹，并得到出X轴、Y轴、Z轴和末端的位移曲最后，对plc的特点和分类做了相应的介绍和比较，然后结合plc的特点和本系统的设计要求，设计出了玻璃涂层在线检测系统的plc控制部分。具体是在结合机械手的工作示意图、分析其控制要求的基础上，写出了plc系统的程序。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 玻璃涂层在线检测的必要性

1．2 国内外玻璃涂层检测系统技术研究与发展状况

1．2．1 国外发展状况

1．2．2 国内发展状况

1．3 论文研究的目的及意义

1．4 论文研究的主要内容

第2章 玻璃涂层检测系统概况

2．1 玻璃涂层检测系统组成设计

2．2 玻璃涂层检测系统的伺服机构及其控制器

2．3 玻璃涂层在线检测系统的软件设计

2．4 本章小结

第3章 玻璃涂层在线检测系统的机械手结构设计

3．1 机械手的类型

3．2 气动机械手的应用

3．3 机械手的工作过程及控制要求

3．3．1 软件介绍

3．3．2 机械手的基本结构设计

3．4 机械手的方案设计及其主要参数

3．4．1 机械手的主要类型和自由度选择

3．4．2 机械手的手部结构设计

3．4．3 设计时应考虑的几个问题

3．4．4 手部的驱动力计算

3．4．5 两支点回转式钳爪的定位误差分析

3．5 机械手的腕部结构设计

3．5．1 机械手腕部的结构

3．5．2 机械手腕部的驱动力计算

3．6 机械手的主要参数

3．7 本章小结

第4章 玻璃涂层检测系统机械手的空间分析

4．1 空间分析的常用方法

4．2 软件介绍

4．3 建立机械手的坐标系

4．4 工作空间的参数方程

4．4．1 利用运动学方程求解

4．4．2 利用机构分析，近视确定工作空间

4．4．3 任意设定各关节量，计算T40

4．4．4 根据上面得到的结果，利用paul反变换法求解各关节量

4．4．5 利用机器人的位移方程求解其末端轨迹

4．5 本章小结

第5章 玻璃涂层在线检测系统的plc设计

5．1 plc的介绍和选择

5．2 系统plc的选型

5．3 机械手plc的控制设计

5．3．1 根据工艺过程分析控制要求

5．3．2 确定所需的用户输入／输出设备I／O点数

5．4 系统的plc选择

5．5 系统的plc程序设计

5．5．1 手动操作程序

5．5．2 自动操作程序

5．6 控制系统实物展示

5．7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果