大型高温锻件在位检测应用中结构光投射装置设计

摘要

随着重工业发展，大型锻件逐渐在许多重型装备中担当着核心部件的作用．由于大型锻件的生产环境具有高温特点，其尺寸的在位检测难度较大，由此在加工中造成大量的原材料以及能源浪费。另外，大型锻件的生产水平也是衡量一个国家机械制造业水平的基本标志之一。本文分析了国内外大尺寸物体检测方法，设计了一套结构光投射装置以实现大型高温锻件的检测。
　　 本文对基于大型高温锻件在位检测方法的结构光投射装置进行了硬件和软件的设计，其基本工作原理是利用光栅的衍射效应，使半导体激光器产生的激光通过衍射光栅产生一些特定的结构光投射在高温锻件上，再利用摄影测量方法对图像进行分析。
　　 对十结构光投射装置的设计及制作，本文中所涉及到的具体工作有：
　　 1．分析课题研究背景和意义，借鉴目前国内外主要的大尺寸物体高温现场测量方法，结合高温锻件的客观环境需求，完成了大型高温锻件热态在位检测中结构光投射装置的方案设计；
　　 2．设计系统的硬件部分，包括恒温箱中的温度采集显示模块、恒温箱中的半导体制冷器、激光器驱动电源模块以及基于STC80C52单片机的整个硬件部分的控制系统设计。
　　 3．根据课题需求，进行了光学系统的设计，基于衍射光栅工作原理，设计并实现了点阵及网格结构光投射装置。
　　 4．将硬件与光学设计相结合，制作简易恒温箱，并将制冷器、激光器、温度采集器以及光栅有序的固定于恒温箱中，并对于系统的温度控制以及整个系统的工作状况进行了实验。
　　 5．对实验的结果进行分析与总结，并对出现的问题进行分析，以便对系统讲行优化。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的背景和研究意义

1.3 大型高温锻件热态在位检测技术国内外发展现状

1.3.1 大型高温锻件在位检测技术国外发展状况

1.3.2 我国大型高温锻件在位检测技术发展状况

1.4 本课题研究对象

1.5 研究内容

第二章 结构光投射装置的总体方案设计

2.1 大型高温锻件热态在位检测概述

2.2 结构光投射装置总体方案选择

2.3 本课题中采用的实现方案详述

2.4 本章小结

第三章 结构光投射装置的硬件电路设计

3.1 硬件设计的原则和MCU的选择

3.1.1 硬件设计的原则

3.1.2 MCU的选择

3.2 结构光投射装置系统框图

3.3 激光器温度采集显示系统设计

3.3.1 激光器温度采集系统设计

3.3.2 激光器温度显示系统设计

3.4 激光器温度控制电路设计

3.4.1 半导体激光器工作原理

3.4.2 温度对于激光器工作的影响

3.4.3 制冷方案选择

3.4.4 温度控制系统设计

3.5 激光器电源驱动电路

3.6 上位机显示界面制作

3.7 本章小结

第四章 结构光投射装置的光学系统设计

4.1 网格衍射光栅设计

4.2 点阵衍射光栅设计

4.3 本章小结

第五章 系统安装与实验

5.1 安装温度控制系统装置

5.2 激光器电流和制冷片工作功率测试

5.3 温度控制实验

5.4 结构光投射实验

5.5 本章小结

第六章 实验分析与展望

6.1 实验分析

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢