数控车床全闭环控制系统的研究

摘要

随着工业的发展，传统机床已不能满足现代生产的要求，而数控机床的特点适应这种生产要求，市场需求增大。本文在分析了当前国内外数控研究和数控生产的基础上，针对我国数控机床行业的实际情况，提出了开展数控改造的重要性和必要性。 首先介绍了国内外数控车床的现状和发展趋势，将在线检测技术和数控技术结合起来对经济型数控车床进行全闭环总体设计：基于现代检测技术，应用CCD传感器对正在加工的轴径进行实时在线检测，将检测值反馈，当检测值与理论值相差在规定数值之内时继续进行下一步进给车削。在线检测技术使加工中的测量仪器与机床、刀具、工件组成一个闭环系统，工件加工过程中，实时测量工件的尺寸，再根据测得的实际尺寸来调整刀具的进给量，从而实现全闭环控制。把闭环控制点扩展到工件，可以使刀具的磨损量在控制闭环内，从而提高数控车床的加工精度。根据控制理论对此系统建立了数学模型，并对系统的动态和稳态进行了分析；数控车床全闭环系统的研究和分析为开发高精度数控机床提供了理论基础。 然后对数控车床的检测反馈装置进行了研究和设计，分析了国内外检测技术的现状和发展趋势，论述了接触和非接触检测方法的优缺点，合理选择了适合本系统的检测方法。比较全面地论述了现有的轴径测量方法和测量原理，以及轴径测量中关键技术的发展和研究现状，指出了进一步提高轴径测量精度的研究方向和方法。随着科学技术的发展，特别是近代电子技术的发展，使几何量测量技术向着高精度、高效率、自动化、动态检测和自适应控制方向发展。将CCD应用于几何量测量可以实现高精度、高效率、自动化、动态检测、非接触测量等要求，尤其对小尺寸的测量具有很强的优势。 最后介绍了图像处理的基本知识和几种边缘检测算子，应用图像处理技术先对CCD采集到的图像进行预处理，再进行边缘检测处理，提取出轴径的尺寸，将测量的尺寸进行实时反馈，形成包含工件在内的全闭环控制。边缘检测是数字图像处理中的重要内容。本文提出了一种新的亚像素边缘检测方法。此种方法先经过传统模板算子确定边缘的大致位置，然后利用最小二乘拟合法求出边缘的精确位置，经过粗、精两次定位，在确保测量时间的情况下获得亚像素级的精度。 我国数控技术起步晚，经济型数控车床还占有很大比例，此装置的研究和设计将对经济型数控机床改造有深刻的影响和重大的意义；同时对数控机床的发展也有较好的推动与启示作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的意义及来源

1.2课题的研究现状及应用发展

1.2.1数控机床的发展与应用

1.2.2检测技术

1.2.3数控机床改造

1.3本论文的主要研究内容

2数控车床全闭环控制系统总体设计方案

2.1数控车床

2.1.1数控车床的分类

2.1.2数控车床的组成

2.1.3数控车床发展现状与趋势

2.2数控车床全闭环控制系统总体设计

2.2.1全闭环数控车床系统的组成环节及其数学模型

2.2.2系统动态性能分析

2.2.3系统稳态性能分析

2.3本章小结

3在线检测装置的设计

3.1机床在线检测

3.1.1机床在线检测技术发展概况

3.1.2检测原理

3.1.3视觉检测

3.1.4机器视觉

3.1.5测量方法

3.2在线检测装置总体设计

3.2.1直径测量方法

3.2.2线阵CCD测量系统的组成

3.2.3检测装置的机械安装设计

3.3本章小结

4图像处理

4.1图像处理技术的发展与应用

4.2图像处理的层次和基本过程

4.2.1图像处理的层次

4.2.2图像处理的基本过程

4.3数字图像的表示方法

4.4图像处理技术的特点和内容

4.5图像处理常用的方法

4.6图像处理过程中的噪声及其预防

4.7本章小结

5图像边缘检测

5.1边缘检测概述

5.2经典的边缘检测算子

5.2.1差分边缘检测

5.2.2 Roberts算子

5.2.3 Sobel算子

5.2.4 Prewitt算子

5.2.5 Krisch算子

5.2.6 Laplacian算子

5.2.7 Canny算子

5.3亚像素边缘检测

5.3.1亚像素定位原理

5.3.2亚像素细分算法

5.4本章小结

6总结与展望

6.1主要工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢