板厚非接触自动检测系统的研发

摘要

本系统是根据中国核**院的实际生产需要，为提高现有燃料板厚度测量效率而研制的。原有测厚系统采用以步进电机作为驱动，以接触式外圆主动测量仪为测头，对燃料板进行逐一单块测量的方式，测量效率低下，同时僵化的软件设计也使用户不能根据自主需要对测量点位进行选择。本系统以交流伺服电机为动力，采用基恩士CMOS激光位移传感器为测头，通过双路非接触的自动测量方式与人性化的管理软件，大幅提高了燃料板厚度测量的效率和用户的可操作性。
　　系统选用0级大理石平台作为整个机械扫描装置的基座，以精密滚珠丝杠为传动机构，以非接触的基恩士CMOS激光位移传感器为测头，采用了垂直对射的方式，通过激光三角法实现燃料板厚度的非接触精确测量，并利用MPC08运动控制卡控制交流伺服系统实现激光位移传感器的测量定位。测量数据经由传感器通信单元DL-RS1A将采集信号进行A/D转换后，通过RS232串口传送给上位机，再由上位机管理软件对测量数据进行采集、分析、显示和存储，最终形成EXCEL数据文件方便用户保存并打印输出。
　　本文首先对测量技术的国内外研究现状进行了介绍，再对激光三角法测量的误差来源和精度提高技术进行了分析。然后针对板厚度非接触自动测量系统的用户需求，确定了总体设计方案，再进一步分别阐述了硬件设计、系统软件设计、测厚系统调试及实验结果和结论与展望。硬件设计方面，主要叙述了大理石平台、测头调节装置、X-Y运动平台、燃料板夹持装置和X轴限位装置的设计。系统软件设计方面，详细阐述了程序流程和运动控制、串口通信、数据采集和处理、数据库操作和上位机管理软件界面设计等模块的实现。最后，通过试运行与系统调试，验证了系统符合设计要求，并运行稳定可靠。
　　目前，用户单位已完成对本系统的验收工作。在实际生产使用中，本系统表现良好，得到了用户的充分肯定，原有燃料板测厚系统已被本系统给逐步取代。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 非接触厚度测量方法概论

1.3 测量技术的国内外发展现状

第二章 激光三角法测量误差和精度提高技术分析

2.1 激光三角法测量误差分析

2.2 激光三角法提高测量精度技术分析

2.3 本章小结

第三章 系统方案设计

3.1 系统设计目标

3.2 新旧板厚检测系统方案对比

3.3 测量原理介绍

3.4 系统总体设计

3.5 本章小结

第四章 测厚系统硬件部分详细设计

4.1 底座平台

4.2 测头调节装置

4.3 X-Y运动平台

4.4 燃料板夹持装置

4.5 X轴限位装置

4.6 松下交流伺服电机及驱动器

4.7 MPC08运动控制卡

4.8 CMOS激光位移传感器及通信单元

4.9 工控机和控制柜

4.10 本章小结

第五章 测厚系统软件设计

5.1 软件结构和流程设计

5.2 运动控制模块详细设计

5.3 串口通信与数据采集模块详细介绍

5.4 数据处理和数据库操作模块

5.5 上位机管理软件界面设计

5.6 本章小结

第六章 测厚系统调试及实验结果

6.1 测厚系统调试

6.2 实验结果

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间研究成果