轴承形廓质量检测方法的研究

摘要

轴承作为机械行业中应用最广泛，要求最严格的基础件之一，对整个机械系统的性能起着至关重要的作用。轴承内外圈作为轴承的主要组成部件，其精度决定了轴承的稳定性、安全性和可靠性。目前国内对轴承形廓质量的检测方法还处于手工或半自动的水平，检测误差较大且效率低。为了满足轴承形廓的自动化、高精度检测需求，通过对现有检测方法的对比分析，结合国内外轴承形廓检测研究现状及发展趋势，对检测设备的检测方案进行了研究，并确定了采用非接触式激光测量技术来拟定检测方案，且通过样机进行了验证。
　　首先对常用轴承内外圈形廓结构及特点进行了分析，同时对三维形廓检测方法及原理进行了分析，结合工厂对各类轴承形廓参数的检测要求确定了激光三角法与光谱共焦法结合的检测方案。通过对检测方案的进一步分析，搭建了基于多激光传感器的并行高速检测设备，并采用伺服控制系统实现了各传感器的精确定位。
　　然后对检测系统控制电路硬件平台各部分功能进行了详细分析与设计，确定了基于TMS320F28377D的控制方案，系统包括基于TMS320F28377D的主控模块，基于线性电源的电源模块，基于SCI的通信模块，基于双核的电机控制模块，基于SOC的数据采集模块以及通用的输入输出模块。基于控制系统硬件平台，对控制系统软件进行了分析，实现了基于Modbus的“DSP+HMI”设备通讯功能，基于多路传感器的高精度数据采集及滤波的算法等自动化检测功能。
　　同时结合数字滤波理论，对比分析了FIR与IIR数字滤波器原理，并详细分析了FIR数字滤波器的几种设计方法。最终采用窗函法设计了基于Kaiser窗的FIR低通滤波器，并通过仿真得到正确的结果，在样机上进行了移植和验证。
　　通过轴承外圈各参数的检测实验，对实验结果进行对比与分析，确定出各参数合适的二次采样点数，并对设备的检测精度进行分析，验证了检测方案的可行性。最后分析检测设备的误差来源，针对本检测设备提出了减小误差的措施及改进方法。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 轴承行业国内发展现状

1．3 轴承形廓检测国内外研究现状

1．4 课题来源及研究内容

第二章 轴承检测工艺及方法分析

2．1 轴承形廓结构及特点

2．2 形廓检测方法

2．3 检测方案设计

2．4 检测机构及设计

2．4．1 检测系统整体结构

2．4．2 传感器搭载平台

2．5 运动与执行系统

2．6 本章小结

第三章 检测设备控制系统硬件架构

3．1 数字信号处理器(DSP)概述

3．2 硬件系统框架

3．3 主控模块

3．3．1 CPU供电电路

3．3．2 复位电路

3．3．3 JTAG接口电路及时钟电路

3．4 电源模块

3．4．1 电溺港砖刚既述

3．4．2 电源设计

3．5 通信模块

3．6 电机控制模块

3．7 通用输入输出模块

3．8 数据采集模块

3．9 本章小结

第四章 数字滤波算法的研究

4．1 数字信号与系统概述

4．1．1 信号与系统

4．1．2 数字信号处理

4．2 数字滤波技术和工程噪声

4．2．1 数字滤波技术

4．2．2 工程噪声分类

4．3 工程中简易滤波算法

4．4 数字滤波器

4．4．1 数字滤波器

4．4．2 数字滤波器分类

4．5 FIR与IIR数字滤波器的分析

4．5．1 FIR数字滤波器

4．5．2 IIR数字滤波器

4．5．3 FIR与IIR数字滤波器比较

4．6 FIR数字滤波器设计

4．6．1 FIR数字滤波器设计方法

4．6．2 FIR数字滤波器设计流程

4．6．3 基于窗函数法的参数选定

4．6．4 滤波器实现

4．7 FIR滤波器仿真分析及实验验证

4．8 本章小结

第五章 检测设备控制系统软件设计

5．1 检测设备控制系统的软件开发

5．1．1 基于TMS320C28xxx软件开发流程

5．1．2 CCS开发环境及流程

5．2 检测设备控制系统的模块化设计

5．3 基于Modbus通信协议的通讯模块

5．3．1 Modbus协议简介

5．3．2 Modbus协议的软件实现

5．4 数据采集及处理模块

5．5 运动控制模块

5．6 内存管理模块

5．6．1 内存资源分配

5．6．2 CMD文件内存管理

5．7 本章小结

第六章 实验与误差分析

6．1 轴承形廓二次采样点数的研究

6．1．1 检测对象

6．1．2 实验过程

6．1．3 实验结果与结论

6．2 设备检测精度分析

6．3 误差分析

6．3．1 误差分析的意义

6．3．2 检测系统误差来源

6．4 减小误差的措施

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况