检测工作台精密定位机械系统设计.doc

1、摘 要随着科学技术不断进步，现代化高科技产品向着细小化、智能化、集成化发展，因而微小零件在工业上需求越来越大，和对微小零件的质量要求也不断提高，所以对微小零件的检测方法的探究越来越引起人们的注意。对零件精密测量是现代科技领域最为关键和共性的基础技术之一，在尖端工业生产和科学研究中占有极其重要的地位。其中在微小零件中，螺钉在我们日常生活中应用非常广，几乎所有的机械都有螺钉；螺钉广泛应用于连接、固定等，具有重要的作用，是我们生活、生产中不可缺少的一部分。所以螺钉的质量直接关系到与它相关的产品质量，从而对螺钉的检测就显得越来越重要。光电测量以其非接触、高精度和快速性等特点广泛应用于各种测量。对微小零

2、件的外形尺寸进行光电自动检测，需要对微小零件进行精密定位，其定位精度直接决定了检测精度、检测速度和自动化程度。本文主要研究基于光电开关技术下对螺钉在工作台上的定位，从而实现对螺钉外形尺寸光电自动检测。在本文中，首先，依据零件在工作台上的功能要求，分析情况，选出符合要求的机构方案；接着对所选的方案进行机械系统设计，包括导轨、电机、丝杆、轴承、机械手等选择；最后对系统的控制系统进行分析。关键词：检测；机械设计；步进电机；控制AbstractWith the constant progress of science and technology, modern high-tech products

3、turn towards small, intelligent, integrated development. Therefore, the small parts demand is bigger and bigger in industry, and the quality for small parts is also required to improve constantly. So people take more and more attention to the research of testing method on small parts. Precision meas

4、urement for the parts is one of the key and common foundation technologies in modern science, and it occupies an extremely important position in industrial production and scientific research.Among the small parts，the screw is widely used in our daily life. You can see the screws in almost all the ma

5、chinery. The screw is widely used in connection, fixing and it likes. It is an indispensable part in our life and production. So the screw quality is directly related to the quality of the products associated with it，then the detection for the screw becomes more and more important.Photoelectric meas

6、urement is widely used in all kinds of measurements with its non-contact, high precision and rapidity characteristics. The photoelectric automatic detection for the dimension of small parts needs the precision positioning of tiny parts, and Its positioning accuracy directly determines the detecting

7、precision, speed and the degree of automation.This paper mainly studies the location for the screw on the workbench, which is based on the photoelectric switch technology, so it can realize the photoelectric automatic detection for the screw dimension. In this article, firstly，the institutional prog

8、rams that meets the requirements must be select out according to the functional requirements of parts on the table and the analyzing the situation. And then the mechanical system selected should be designed, including its selecting guide rail, motor, wire rod, bearings, manipulator, etc. Finally, th

9、e control system will be analyzed.Key words: Detection；Mechanical design；Stepper motor；Control目 录1 引言11.1 课题研究的背景11.2 课题研究目的和意义11.3 研究的任务22 总体方案选择22.1 机械部分总方案22.2 控制部分的总方案32.2.1PLC特点32.2.2单片机特点42.2.3方案选用42.3 送料机构方案选择42.4 夹具机构选择52.4.1方案选择52.4.2材料选择93 机械系统设计103.1 工作台面外形设计113.2 导轨选择123.3 丝杠选择、计算163.3.1

10、丝杆选择163.3.2滚珠丝杠计算173.4 电机选择183.4.1电机类型183.4.2工作台电机选择193.4.3出料机构电机选择223.4.5夹具机构的电机选择233.5 联轴器的选用243.6 轴承选择243.7 机械手设计254 控制系统分析274.1单片机选择284.2 控制过程305 结论31谢辞32参考文献33附录341 引言随着科学技术的高速发展,在航天技术、计量科学技术、微电子工程、精密工程、生物工程、光学与光电子工程、纳米科学与技术等领域中,仪器和设备越来越细小化、智能化,对微小零件的检测要求越来越高，因此要求在线检测平台对零件的精密定位要求越来越高，以实现在线自动检测。

11、本章从现在国内外对零件的检测情况入手，分别主要介绍现在工业上对微小零件的检测发展概况和本课题研究的内容和意义。1.1 课题研究的背景产品的质量检测是工业生产的一个重要的一个环节，检测的效率和质量直接影响到公司的效益和产品的最终质量。当今世界，提高检测效率已成为制造业面临的一个重大课题，检测技术也随之掀起了不断革新的浪潮。在这种注重自动高速精确检测的创新前提下，对测量仪器行业也提出了更高的要求，即量仪产品必须实现高速、高精度和系统化，而且必须与自动化产业的发展相对应，同时应进一步提高对产品的质量检测。比如在过去，一些零配件尺寸的检测，很多产品的质量检测都是靠人工来完成，所以在过去工厂的生产流水线

12、需要数以百计的检测工人，这样的检测方法给工厂增加了工人的劳务成本和管理成本，但是仍然无法保证100%地选择出次品率。当前，制造业省人化、自动化趋势进展迅猛异常，生产的效率原来越高，对于用传统的检测方法来检测零件，尤其是微小的零件，由于零件的外形和尺寸都很小，很难用人工进行检测，再加上效率和效益底下，因此这已经远远不能达到生产的要求。因此，越来越需要研究出一些快速而又准确的方法来对微小零件的质量进程检测。所以，本课题是基于在精密工作台上对螺钉进行精确定位，以实现对小螺钉小零件的外形进行检测。1.2 课题研究目的和意义目前,国内大多数螺钉生产企业还只能采用抽检方式对螺钉进行尺寸检测 , 即抽取部分

13、螺钉用卡尺或光学放大仪测量其尺寸。对于有全检要求的螺钉，企业不得不使用大量人力进行手工筛选。对于大批量生产、尺寸较小的螺钉,人工检测相当困难和繁琐，耗时费力,且存在许多技术漏洞,检测精度不高, 难以保证螺纹质量。随着定位技术的飞速发展，目前国内外有很多精密的微动平台，如压电式的微动平台、xyz三自由度精密工作台、柔性铰链式二维微动平台。其中，在这些精密工作台中，有相当一部分就是采用精密丝杆进行传动、用光栅或压电式进行精密定位。针对螺钉尺寸检测现状，我们探讨在利用这些精密工作台能实现精密定位的基本功能上，在利用光电开关、单片机系统等一些工具实现自动化光电非接触式螺钉在线检测系统。该系统采样精密丝

14、杆进行传动，利用光电开关进行对螺钉零件的定位；在检测中该系统将才CCD和数字图像处理技术应用于螺钉的大批量检测,对螺钉的各个尺寸参数进行自动在线测量,并根据预先设定的各参数检验合格标准,自动完成对螺钉的在线筛选, 并统计出检测数量、不合格数、合格率等检测数据。该检测技术不仅可实现螺钉的在线检测, 而且测量速度快，精度高，代表了螺纹检测的发展方向,具有广阔的发展和应用空间。 1.3 研究的任务 对零件实现检测，那么工作台具有精密传动和准确定位是实现对零件精密定位的关键部分，所以本设计旨在探求主要内容有：（1）课题的调研、资料的获取、有关知识的准备等，了解检测工作台精密定位的基本知识；（2） 了解

15、检测工作台精密定位系统基本构成，选取合适的运动机构和控制方案；（3）学习Solidworks或PRO/E三维软件，掌握三维建模技术，对检测工作台精密定位系统进行建模；（4）了解和掌握检测工作台精密定位系统控制电路，并进行分析。2 总体方案选择本设计的工作台要能实现检测功能，要具备对零件实现精密定位的性质，所以该系统中既要有工作台的基本部分，包括电机、丝杆、导轨、联轴器、轴承等；同时也要有能实现定位功能的控制部分，它可以是基于PLC为核心的控制，也可以是基于单片机下控制系统，由于系统要能实现定位，所以必须还要有光电开关和行程开关；考虑到这是一个完整的系统，那么就必须有送料机构和出料机构以及在对螺钉检测中实现对螺钉进行固定的机构以便实现精密的检测。2.1 机械部分总方案综合该检测工作台精密定位机械系统的总体要求，可以初步得到该系统机械部分的基本构成为：图2-1 机械总方案注释：工作台上是有夹紧螺钉的夹具机构该系统的执行步序如下：（1）工作台向右运到行程开关处，由于行程开关的作用，工作台停止在此处；（2）由送料机构送料螺钉，螺钉在进入工作台上的夹紧机构，此时夹紧机构动作，把螺钉固定住；（3）接下来就是步进电机运动，在丝杆的传动下，工作台面进行向左运动，当运动到光电开关处，由于光电开关作用，工作