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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
文獻綜述
1. 研究背景與意義
測量廣泛存在于國民經(jīng)濟的各個部門和人民生活的各個方面，自然科學(xué)所闡明的一般,規(guī)律,定理,往往都是以測量為基礎(chǔ)的。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，測量技術(shù)的地位越來越重要，小到納米級的金相分析，大到船舶制造和橋梁建設(shè)，精到衛(wèi)星的發(fā)射，都必須進行測量，從某種意義上來說，沒有測量就沒有科研，就沒有現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。
炮彈是各國武器應(yīng)用最為廣泛的武器裝備，其特點是品種多，批量大，能裝備所有品種，為滿足部隊的需要，炮彈的生產(chǎn)能力亟待提高。實施現(xiàn)代化技術(shù)改造，積極推廣先進制造技術(shù)和以高新技術(shù)為主的在線自動測量技術(shù)，成為我國炮彈制造生產(chǎn)的一項重要任務(wù)。
隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展和彈體生產(chǎn)制造的精度不斷提高，我國軍工企業(yè)對彈體關(guān)鍵尺寸的檢測方式已不能滿足其發(fā)展與試驗需求。因此，為滿足新時期彈體研制和檢測需求，完成彈體靜態(tài)參數(shù)的精確測量，研制彈體多尺寸檢測系統(tǒng)的任務(wù)十分迫切。由于彈體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸相對較小的特點，目前在國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中，技術(shù)人員憑借各種卡規(guī)、量具來進行手工測量，測量結(jié)果的記錄也采用人工方式。這種方式勞動強度大、過程繁瑣，檢測效率取決于檢測人員經(jīng)驗的豐富程度，測量結(jié)果不夠精確，因此不能滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)與檢測的需求。與此同時，對于彈體合格與否的判定，應(yīng)建立在對其各關(guān)鍵尺寸的檢測結(jié)果之上，而在國內(nèi)外的生產(chǎn)檢測中，大多采用單一的檢測方式完成彈體某一關(guān)鍵尺寸的檢測，而沒有將多種尺寸的檢測過程集成化。雖然一些成型的檢測方案或設(shè)備已被提出，但仍存在自動化程度不高，檢測內(nèi)容不全面等問題，無法滿足彈體生產(chǎn)廠家對檢測效率的要求。
2. 國內(nèi)外現(xiàn)狀
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類生產(chǎn)力水平的不斷提高，生產(chǎn)加工領(lǐng)域?qū)y量
與檢測技術(shù)的要求越來越高，因此如何快速、可靠、準(zhǔn)確地完成檢測任務(wù)，如何使用現(xiàn)
代化檢測工具和方式來提高檢測結(jié)果精確度；如何實現(xiàn)檢測過程智能化、檢測結(jié)果可視
化顯得尤為重要.
軍工產(chǎn)品的質(zhì)量是關(guān)系到我國國防建設(shè)的大事，也是軍工企業(yè)的生命線，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的機械工業(yè)尤其是軍事工業(yè)對產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高，保證加工精度的關(guān)鍵在于精度的測量。我國軍工行業(yè)炮彈制造技術(shù)水歷經(jīng)幾十年的技術(shù)革新與工藝改進，生產(chǎn)能力有了顯著的提高。但在彈體測量方面，對彈體內(nèi)外徑和形狀誤差測量的精確性和快速性和國外相比還存在一定的差距。目前國內(nèi)大多數(shù)軍工企業(yè)對彈體內(nèi)外徑和形狀誤差的測量仍停留在用量規(guī)和卡尺測量的水平上，難以全面反映彈體幾何形狀的真實情況，且耗費人力物力，工作效率不高，且容易受生理限制和主觀影響，難以實現(xiàn)在線測量和測量結(jié)果數(shù)字化，滿足不了現(xiàn)代炮彈生產(chǎn)的發(fā)展需求。從國際上看美國，日本 ，英國，德國都先后研制和開發(fā)了各種不同的測量范圍，不同分辨率和不同測量精度的激光，光電測量系統(tǒng)，可以通過光電傳感器和非接觸測量機等先進測量儀器和設(shè)備，對彈體的長度，高度，厚度，徑向尺寸，曲面形狀等幾何尺寸參數(shù)進行測量。因此。我們國家也應(yīng)在團體生產(chǎn)過程中采用高新技術(shù)，實現(xiàn)非接觸式自動測量，以適應(yīng)快速反應(yīng)的要求。
本文中團體集合起村數(shù)字化測量系統(tǒng)是針對目前我軍，彈體機加檢驗中存在的種種問題研制的第一臺自動化檢測設(shè)備，它的研制成功和完善，大大提高團體的。檢驗的精度效率和可靠性。為我國團體生產(chǎn)線提供先進的激光檢測手段和設(shè)備，對我軍武器裝備生產(chǎn)。和檢驗的自動化具有重大的實踐意義。
3.自動測試系統(tǒng)的發(fā)展
通常把在人工最少參與的情況下，能自動進行測量，數(shù)據(jù)處理，并以適當(dāng)方式輸出測試結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng)，（ATS,Automated Test System）。在自動測試系統(tǒng)中，操作員根據(jù)測試任務(wù)的需要組建系統(tǒng)，編制軟件，而整個測試工作通常都是在預(yù)先編制好的測試程序的指揮下自動完成的。一旦系統(tǒng)開始正常工作，它的各種操作一般都是由系統(tǒng)本身自動完成的不需要人工的干預(yù)。
自動測試系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)過了三個階段。
1. 第一代自動測試系統(tǒng)
早期的自動測試系統(tǒng)多為專用系統(tǒng)，是針對某項具體任務(wù)而設(shè)計的，主要用于大量重復(fù)的測試，要求可靠性高的復(fù)雜測試，或者是為了提高測試速度及工作環(huán)境比較惡劣的測試。第一代測試系統(tǒng)至今仍發(fā)揮著重要的作用，他們能完成大量復(fù)雜的測試任務(wù)，承擔(dān)繁重的數(shù)據(jù)分析，信息處理工作，快速準(zhǔn)確地給出測試結(jié)果。它們與人工測試相比，功能更加強大，使用更方便，能完成不少人工測試無法完成的任務(wù)，顯示出其優(yōu)越性。
第一代自動測試系統(tǒng)的組建和設(shè)計存在很多困難，由于第一代自動測試系統(tǒng)的接口電路不具備同通用性，系統(tǒng)中計算機與儀器以及儀器之間的接口問題要設(shè)計者自行解決，因此他們的適應(yīng)性普遍較差。當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時，研制的工作量非常大，成本也很高，且沒有通用性，這是第一代自動測試系統(tǒng)的主要缺點。
2. 第二代自動測試系統(tǒng)
采用標(biāo)準(zhǔn)化通用接口是第二代自動測試系統(tǒng)的主要特征。
目前普遍使用的一種可程控制儀的標(biāo)準(zhǔn)化接口系統(tǒng)，是1972年美國惠普公司首先提出的HP-IB。之后，為美國電氣與電子工程師學(xué)會（IEEE）及國際電工委員會（IEC）接受并正式頒布了標(biāo)準(zhǔn)文件。這套系統(tǒng)在美國被稱為IEEE-48，GP-IB.HP-IB，在歐洲和日本被稱為GP-IB或IEC625。
在第二代自動測試系統(tǒng)中，各設(shè)備都用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和母線連接起來。系統(tǒng)中的各種設(shè)備均配以標(biāo)準(zhǔn)化的接口功能電路，用統(tǒng)一的無源母線連接起來。這種系統(tǒng)組件方便，有專用的通用接口電路，更改，增加測試內(nèi)容也很靈活，使用完畢后拆散容易，拆散后各部件可以移作它用，顯示了很大的優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。
3. 第三代自動測試系統(tǒng)
第一，二代自動測試系統(tǒng)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但這些系統(tǒng)中的計算機并沒有充分發(fā)揮作用，整個系統(tǒng)和它的工作過程基本上還是對人工測試的模擬。第三代自動測試系統(tǒng)中，用強有力的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，用人的智力資源代替很多物質(zhì)資源，特別是在第三代自動測試系統(tǒng)中，用計算機直接 參與測試信號的產(chǎn)生和測量特性的解析。即通過計算機直接產(chǎn)生測試信號和測試功能。這樣有計算機及軟件來完成某些儀器在系統(tǒng)中的功能，形成一種所謂的“虛儀器”（Virtual Instrument），在前兩代自動測試系統(tǒng)中包括多件儀器的測試系統(tǒng)所完成的功能，在第二代自動測試系統(tǒng)中可以由一臺計算機為中心設(shè)備來完成。
第三代自動測試系統(tǒng)的出現(xiàn)給電子測量帶來了真正革命性的沖擊，在測量原理，儀器設(shè)計等很多方面都產(chǎn)生了重大影響。但第三代自動測試系統(tǒng)尚處于起步階段，它的應(yīng)用不如第二代自動測試系統(tǒng)那么普遍。但可以肯定的是，充分發(fā)揮計算機的作用，用計算機軟硬件資源代替測量儀器及系統(tǒng)中的各硬件，是電子測量發(fā)展的一個重要方向。
隨著生產(chǎn)力水平與人類生活水平的不斷提高，人們對測量提出了越來越高的要求，除了能準(zhǔn)確，迅速，可靠地完成測量任務(wù)之外，人們還希望能利用各種先進技術(shù)，實現(xiàn)自動化與智能化的測量。計算機以其高速計算能力和大容量存儲能力顯著提高測量數(shù)據(jù)處理能力，使測量技術(shù)有了質(zhì)的飛越。
計算機測量與控制（CAMAC,Computer Automated Measurement And Control）系統(tǒng)，簡稱測控系統(tǒng)，是一門新興的技術(shù)。它是自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)，微電子技術(shù)和通訊技術(shù)等有機結(jié)合，綜合發(fā)展的產(chǎn)物。測控系統(tǒng)包括各種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，自動測量系統(tǒng)，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，導(dǎo)彈和衛(wèi)星的發(fā)射控制系統(tǒng)等等，廣泛用于航空，航天，和科學(xué)研究，工廠自動化，實驗室自動測量和控制，公辦自動化，商業(yè)自動化，家庭自動化等，融入人類生活的各個領(lǐng)域。
CAMAC系統(tǒng)誕生于20世紀(jì)60年代，它的出現(xiàn)使人們工作和生活的環(huán)境發(fā)生了深刻的變化。以工廠自動化為例，計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用最先開始于20世紀(jì)60年代，首先應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，那時只是實現(xiàn)了簡單的程序控制，70年代以后，隨著微處理機的出現(xiàn)和大量應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)過程控制的概念已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，各種新興的學(xué)科逐漸融入CAMAC系統(tǒng)中。90年代以后，隨著計算機的迅猛發(fā)展和普及計算機自動測控系統(tǒng)已進入各個工業(yè)部門，承擔(dān)著生產(chǎn)過程的控制，監(jiān)督和管理等任務(wù)。在工廠的控制室里，操作員可以通過顯示終端對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和操縱，鍵盤和顯示屏幕代替了龐大的控制儀表盤，控制室已經(jīng)變得越來越小，操作人員的勞動強度也越來越低，再以航天航空領(lǐng)域為例，CAMAC系統(tǒng)已經(jīng)代替了大量的測量儀器，擔(dān)負(fù)著實驗室，總裝廠和發(fā)射場的各個測試和發(fā)射控制任務(wù)，使測試和發(fā)射時間大大縮短，操作人員和特種車輛大大減少，發(fā)射場的指揮員在控制室或指揮車?yán)锞涂梢杂^察到導(dǎo)彈或衛(wèi)星各個分系統(tǒng)。
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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
2. 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1 研究的問題
（1）確定彈體零件尺寸測量采用的基本原理和方法。完成控制系統(tǒng)的整體搭建，選定控制方法。
（2）完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制。
（3）完成控制程序的編制；完成程序的驗證。
PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)各工位的檢測方式，結(jié)合上料裝置、傳送裝置以及下料分揀裝置的運動形式，設(shè)計系統(tǒng)整體控制方案；根據(jù)控制方案所需實現(xiàn)的功能要求，統(tǒng)計系統(tǒng)所需的 I/O 點數(shù)和 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換通道數(shù)，選擇合適的 PLC 主機以及相應(yīng)的功能模塊，完成電氣元件的選型，搭建電氣控制系統(tǒng)，詳細(xì)闡述系統(tǒng)各運動部位的驅(qū)動設(shè)計。
配置 PLC 所需的功能模塊。然后完成系統(tǒng)所需電氣元件的硬件選型和電路設(shè)計。
2.2 研究的途徑
采用 PC 與 PLC 相聯(lián)系的控制方式。
PLC（Programmable Logic Controller）以微處理器為核心，是一種為了滿足工業(yè)生產(chǎn)需求而誕生的控制裝置。它的問世取代了傳統(tǒng)的繼電-接觸器成為控制系統(tǒng)的核心，在工業(yè)生產(chǎn)制造、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、機電一體化方面得到了廣泛地應(yīng)用。該控制裝置融合微機技術(shù)，具有抗干擾能力強、通用性強、運算速度高、指令豐富、編程方便、擴展能力強等優(yōu)點。與繼電-接觸器控制方式相比，PLC 內(nèi)部電子電路中含有數(shù)量巨大的用于接收開關(guān)量信號的繼電器類軟元件，為實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制提供捷徑。而且隨著微機處理技術(shù)的發(fā)展，它的功能早已超出了邏輯控制的范圍，例如能快速而又方便地實現(xiàn) D/A、A/D 轉(zhuǎn)換及 PID 運算，實現(xiàn)過程控制和數(shù)字控制以及實現(xiàn) PLC 之間、PLC與上級計算機之間的通信聯(lián)網(wǎng)功能。它不僅可以控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機群，許多條生產(chǎn)線。它不但可以進行現(xiàn)場控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。綜合以上特點和功能，本文選用以 PLC 為核心的控制方式實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動控制
控制系統(tǒng)設(shè)計流程
PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程分為四個步驟，分別為方案設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試。具體的設(shè)計流程如圖 3.1 所示。
方案設(shè)計：確定被控對象運動過程，擬定系統(tǒng)實現(xiàn)方法，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件。
硬件設(shè)計：繪制電氣原理圖，根據(jù)電氣原理圖中的信號走向完成電氣元件的現(xiàn)場安裝接線。
軟件設(shè)計：編制 PLC 控制程序；
系統(tǒng)調(diào)試：在對硬件接線檢查無誤的情況下，進行軟件調(diào)試，根據(jù)調(diào)試結(jié)果進一步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計，直至滿足系統(tǒng)設(shè)計要求為止。
控制任務(wù)分析
彈體自動檢測系統(tǒng)是一種集順序控制、運動控制、過程控制于一體的機電一體化產(chǎn)品，在控制系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)彈體各項尺寸的自動檢測?？刂品桨溉鐖D 3.2 所示。
圖3.2
基于控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，為實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化和安全可靠地運行，從圖?3.2中可以看到，PLC?作為整個控制系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著與各種測量儀器的通信，各種開關(guān)量、模擬量信號的接入，控制外圍繼電器的通斷，控制步進電機、直流電機的運行以及通過?PLC?的串行接口實現(xiàn)與外圍檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)。在硬件接線之前，必須根據(jù)選定的電氣元件設(shè)計電氣原理圖，便于明確系統(tǒng)電路整體結(jié)構(gòu)、電氣元件之間的相互關(guān)系以及控制信號的走向。該電氣系統(tǒng)主要應(yīng)用中間繼電器作為控制元件，將 PLC 的輸出信號傳遞至各執(zhí)行元件。
本檢測系統(tǒng)的控制主要包括：傳送裝置步進電機的控制、螺旋升降平臺步進電機的控制、各檢測工位氣缸及氣動夾爪的控制、內(nèi)徑測量中氣路的切換控制。
根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計以?PLC?為核心的控制方案；結(jié)合各工位的運動形式，詳細(xì)分析整個系統(tǒng)的檢測流程與數(shù)據(jù)采集過程；統(tǒng)計所需的I/O點數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換通道數(shù)，完成?PLC?選型、電氣元件選型以及控制電路的搭建；詳細(xì)闡述系統(tǒng)動力源-步進電機的驅(qū)動方式；針對內(nèi)徑檢測對氣壓穩(wěn)定的要求，選取合適的氣壓控制元件，設(shè)計氣體閉環(huán)穩(wěn)壓氣路，并對其工作原理和控制流程進行詳細(xì)描述。
采用Windows高級編程語言C#完成上位機監(jiān)測軟件的開發(fā)，通過與PLC通信，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制以及測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果實時動態(tài)顯示；立ACCESS
數(shù)據(jù)庫，完成測量數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果的存儲，在?C#程序中編寫?SQL?語句實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操縱；分別設(shè)計系統(tǒng)登錄界面、主操作界面、測量結(jié)果信息統(tǒng)計界面，實現(xiàn)檢測過程的可視化。
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
戎劍同學(xué)所做的開題報告，研究目的與意義明確，文獻綜述對殼體零件的基本結(jié)構(gòu)、工藝要求及特點等作了較充分的分析與論述，對擬采用的工藝路線進行了初步分析，語言簡練，格式符合規(guī)范化要求。所提出的研究方案切實、可行，建議進一步細(xì)化技術(shù)路線及結(jié)構(gòu)。
望該同學(xué)能積極工作、認(rèn)真鉆研，按照研究計劃合理安排時間，相信能圓滿順利的完成畢業(yè)設(shè)計工作。
同意開題
指導(dǎo)教師：
2016 年 3月 21 日
所在系審查意見：
同意開題
系主任
2016年3 月 21日