3526 陶瓷插芯自動(dòng)檢測機(jī)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3526 陶瓷插芯自動(dòng)檢測機(jī)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì),陶瓷,自動(dòng)檢測,測量,丈量,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
課題簡介本項(xiàng)目旨在開發(fā)一種光纖連接器陶瓷插芯制造行業(yè)急需的綜合檢測機(jī)。該設(shè)備能夠快速自動(dòng)、非接觸精密測量陶瓷插芯內(nèi)徑、外徑尺寸、內(nèi)孔及外圓柱面的同軸度、插芯表面缺陷等.測量精度：±0.1 微米，測量速度：1 秒/只,能自動(dòng)標(biāo)識不合格產(chǎn)品。系統(tǒng)由：攝像及照明系統(tǒng)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)體、控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。本項(xiàng)設(shè)計(jì)主要完成攝像及照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。零件圖需求要的分 類 號 密 級 寧XXXX 學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )陶瓷插芯自動(dòng)檢測機(jī)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日2誠 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《陶瓷插芯自動(dòng)檢測機(jī)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日I摘 要本次設(shè)計(jì)完成了陶瓷插芯自動(dòng)檢測機(jī)測量系統(tǒng)。主要包括陶瓷和陶瓷插芯的有關(guān)知識，CCD 成像與測量的相關(guān)知識，CCD 攝影頭的選型，攝影平臺(tái)的設(shè)計(jì)，和照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是攝影運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì),主要內(nèi)容包括，滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算及選取和軸承座、聯(lián)軸器的選取。在其計(jì)算方面我采用了最常規(guī)的方法，因此對于所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)的實(shí)用性有一定的保障。另外在導(dǎo)軌座，工作臺(tái)及其配裝的設(shè)計(jì)中，加入了自己的一些想法，有所創(chuàng)新，也希望能夠經(jīng)的住實(shí)踐的考驗(yàn)。關(guān)鍵詞：陶瓷，陶瓷插芯，測量，滾珠絲杠IIAbstractThe complete design of the ceramic core automatic testing machine measuring system. Including ceramic and ceramic Chaxin related knowledge, CCD imaging and measurement of related knowledge, CCD photography head selection, photography platform design, and lighting system design.One of the design is the focus of camera motion platform design, the main contents include, ball screws, rolling guide and the calculation of the stepper motor and the selection and the bearing seat, coupling selection. In the calculation of the most conventional methods, thus the designed platform practicality has a certain degree of protection. In addition to the rail seat, platform and assembled in the design, adding some of his own ideas, innovate somewhat, also hope to be able to live by the test of practice.Key Words: Ceramics, ceramic ferrule, measurement, ball screwIII目 錄摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II目 錄 .......................................................................................................................................III第 1 章 緒論...............................................................................................................................11.1 陶瓷的概念 ..................................................................................................................11.2 陶瓷的工藝流程 ..........................................................................................................11.3 陶瓷的生產(chǎn) ..................................................................................................................21.4 光纖陶瓷插芯 ...............................................................................................................4第 2 章 課題研究任務(wù)要求.......................................................................................................72.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)具體任務(wù) ......................................................................................................72.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù) ...............................................................................................................72.3 課題設(shè)計(jì)途徑與方法 ...................................................................................................7第 3 章 CCD 成像原理與測量技術(shù).............................................................................................83.1 CCD 介紹 .....................................................................................................................83.2 CCD 功能特性 .............................................................................................................83.3 CCD 工作原理 .............................................................................................................93.4 CCD 成像原理 .............................................................................................................93.5 CCD 圖像測量流程 ...................................................................................................113.6 CCD 圖像測量測量公式 ...........................................................................................113.7 CCD 圖像測量原理示意 ...........................................................................................12第 4 章 攝像及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì).................................................................................................134.1 CCD 攝影頭的選型 ...................................................................................................134.2 自動(dòng)檢測機(jī)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì) ........................................................................................184.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 .........................................................................................184.2.2 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 .................................................................184.2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 .............................................................................194.2.4 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 .....................................................................................20IV4.2.5 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 .............................................................................23第 5 章 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì).............................................................................................................265.1 照明類型照明光源選擇 ............................................................................................265.2 照明燈具選擇 .............................................................................................................265.3 燈具選擇一般原則 .....................................................................................................265.4 照度和照明方式選擇 ................................................................................................265.5 一般照明計(jì)算利用系數(shù)計(jì)算公式 .............................................................................27總結(jié)與展望...............................................................................................................................30參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................31致 謝.........................................................................................................................................32第 1 章 緒論1第 1 章 緒論1.1 陶瓷的概念陶瓷是以粘土為主要原料以及各種天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料以及各種制品。陶器和瓷器的總稱。陶瓷的傳統(tǒng)概念是指所有以粘土等無機(jī)非金屬礦物為原料的人工工業(yè)產(chǎn)品。它包括由粘土或含有粘土的混合物經(jīng)混煉，成形，煅燒而制成的各種制品。由最粗糙的土器到最精細(xì)的精陶和瓷器都屬于它的范圍。對于它的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物(如粘土、石英等)，因此與玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工業(yè)，同屬于“硅酸鹽工業(yè)”的范疇。1.2 陶瓷的工藝流程一、淘泥 高嶺土是燒制瓷器的最佳原料，千百年來，多少精品陶瓷都是從這些不起眼的瓷土演變而來，制瓷的第一道工序：淘泥，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。 二、摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要將其分割開陶瓷藝術(shù)品來，摞成柱狀，以便于儲(chǔ)存和拉坯用。三、拉坯 將摞好的瓷泥放入大轉(zhuǎn)盤內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，用手和拉坯工具，將瓷泥拉成瓷坯。 四、印坯拉好的瓷坯只是一個(gè)雛形，還需要根據(jù)要做的形狀選取不同的印模將瓷坯印成各種不同的形狀。 五、修坯 剛印好的毛坯厚薄不均，需要通過修坯這一工序?qū)⒂『玫呐餍薰握R和勻稱，修坯又分為濕修和干修。 六、捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的塵土，為接下來的畫坯、上釉等工序做好準(zhǔn)備工作。 七、畫坯 在坯上作畫是陶瓷藝術(shù)的一大特色，畫坯有好多種，有寫意的、有貼好畫紙寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2勾畫的，無論怎樣畫坯都是陶瓷工序的點(diǎn)睛之筆。 八、上釉 畫好的瓷坯，粗糙而又呆澀，上好釉后則全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果，常用的上釉方法有浸釉、淋釉、蕩釉、噴釉、刷釉等。 九、燒窯 千年窯火，延綿不息，經(jīng)過數(shù)十道工序精雕細(xì)琢的瓷坯，在窯內(nèi)經(jīng)受千度高溫的燒煉，就像一只丑小鴨行將達(dá)化一只美天鵝。 現(xiàn)在的窯有氣窯、電窯、等。 十、成瓷 經(jīng)過幾天的燒煉，窯內(nèi)的瓷坯已變成了件件精美的瓷器，從打開的窯門中迫不及待地脫穎而出。 十一、成瓷缺陷的修補(bǔ)，一件完美的瓷器有時(shí)燒出來會(huì)有一點(diǎn)瑕疵，用 JS916-2（勁素成）進(jìn)行修補(bǔ)，可以讓成瓷更完美。1.3 陶瓷的生產(chǎn)特點(diǎn):陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是指從投入原料開始，一直到把陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)出來為止的全過程。它是勞動(dòng)者利用一定的勞動(dòng)工具，按照一定的方法和步驟，直接或間接地作用于勞動(dòng)對象，使之成為具有使用價(jià)值的陶瓷產(chǎn)品的過程。在陶瓷生產(chǎn)過程的一些工序中，如陶瓷坯料的陳腐、坯件的自然干燥過程等。還需要借助自然力的作用。使勞動(dòng)對象發(fā)生物理的或化學(xué)的變化，這時(shí)，生產(chǎn)過程就是勞動(dòng)過程和自然過程的結(jié)合。一般來說，陶瓷生產(chǎn)過程包括坯料制造、坯體成型、瓷器燒結(jié)等三個(gè)基本階段。同時(shí)陶瓷生產(chǎn)過程的組成可按生產(chǎn)各階段的不同作用分為生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過程、基本生產(chǎn)過程、輔助生產(chǎn)過程和生產(chǎn)服務(wù)過程。 作為社會(huì)化大生產(chǎn)的陶瓷生產(chǎn)過程，和其他一些行業(yè)的生產(chǎn)過程相比較，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 第 1 章 緒論31、陶瓷生產(chǎn)過程是一種流程式的生產(chǎn)過程，連續(xù)性較低。陶瓷原料由工廠的一端投入生產(chǎn)，順序經(jīng)過連續(xù)加工，最后成為成品，整個(gè)工藝過程較復(fù)雜，工序之間連續(xù)化程度較低。 2、陶瓷生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化程度較低。 3、陶瓷生產(chǎn)周期較長。陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，是指從原材料投入生產(chǎn)開始，經(jīng)過各道工序加工直到成品出產(chǎn)為止，所經(jīng)過的全部日歷時(shí)間。 4、陶瓷生產(chǎn)過程中輔助材料如石膏模型、匣缽、硼板等消耗量大。 5、陶瓷生產(chǎn)需要消耗大量的能源，如 煤炭、天然氣、電燈。 6、運(yùn)輸是陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。陶瓷生產(chǎn)過程使用的原料品種繁多，生產(chǎn)出的半成品、成品及產(chǎn)生的余料、廢料等，具有數(shù)量多運(yùn)輸量大的特點(diǎn)。 7、陶瓷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣、粉塵、固體廢料和工業(yè)廢水污染環(huán)境較嚴(yán)重。目前我國陶瓷工業(yè)所使用的窯爐多以煤和重油作為能源，會(huì)排出不少的煙氣，企業(yè)對此要嚴(yán)格控制煙塵濃度和二氧化硫濃度，使之符合國家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。力爭采用煤氣燒窯，減少對大氣的污染。 8、陶瓷生產(chǎn)過程的專業(yè)化和協(xié)作水平較低。長期以來，陶瓷工業(yè)企業(yè)問的相互協(xié)作配合水平不高，大而全、小而全的“全能” 工廠比重大，輔助性服務(wù)方面的專業(yè)化、社會(huì)化程度低。要求:為了保證陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程能順利進(jìn)行，必須對生產(chǎn)過程進(jìn)行科學(xué)、合理地組織，使整個(gè)陶瓷生產(chǎn)過程的各工藝階段、各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和各道工序之問都互相銜接，密切配合，使產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中行程最短，時(shí)間最少，耗費(fèi)量最小，效益最高。要達(dá)到上述目的，必須注意按下列要求組織陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程： 1、生產(chǎn)過程的連續(xù)性。 2、生產(chǎn)過程的比例性。 3、生產(chǎn)過程的節(jié)奏性。 4、生產(chǎn)過程的平行性。 5、生產(chǎn)過程的適應(yīng)性。 由于陶瓷科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。以及市場對陶瓷新產(chǎn)品的需求日益增加，迫使陶瓷企業(yè)要不斷發(fā)展新 產(chǎn)品，而不能不考慮產(chǎn)品的變動(dòng)這個(gè)因素對合理組織生產(chǎn)過程帶來的問題和產(chǎn)生的影響。為了增強(qiáng)適應(yīng)性，陶瓷企業(yè)不僅需要大力提高科學(xué)技術(shù)應(yīng)用寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4水平和新產(chǎn)品的 研究能力，不斷使產(chǎn)品更新?lián)Q代，還必須采用計(jì)劃評審法、成組工藝和多品種混流生產(chǎn)等先進(jìn)的生產(chǎn)組織方法，采用適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器設(shè)備以及柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)，以適應(yīng)生產(chǎn)變動(dòng)的需要。 從以上闡述的合理組織陶瓷生產(chǎn)過程的基本要求可以看出，生產(chǎn)過程的連續(xù)性、比例性、節(jié)奏性、平 行性和適應(yīng)性這五項(xiàng)基本要求之間是互相聯(lián)系、互相制約的，生產(chǎn)過程的比例性和平行性是實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的前提。而比例性、平行性和連續(xù)性又是實(shí)現(xiàn)節(jié)奏性的前提。 因此，在組織陶瓷生產(chǎn)過程時(shí)，必須對上述基本要求全面加以綜合考慮。1.4 光纖陶瓷插芯光纖連接器是把光纖的兩個(gè)端面精密地對接起來，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中。陶瓷插芯是這種光纖連接器的核心部件，它是一種由納米氧化鋯(ZrO2)材 料經(jīng)一系列配方、加工而成的高精度特種陶瓷元件，其孔徑、真圓度誤差為 0.5 靘。所制成 的連接器是可拆卸、分類的光纖活動(dòng)連接器，使光通道的連接、轉(zhuǎn)換調(diào)度更加靈活，可供光 通系統(tǒng)的調(diào)試與維護(hù)。光纖陶瓷插芯工藝技術(shù)該產(chǎn)品的制造運(yùn)用了以下先進(jìn)的工藝技術(shù)：(1)納米氧化鋯粉體注射成型材料配方和成形工藝技術(shù)；(2)內(nèi)孔直徑為 0.125mm、長度為 12～15mm 的細(xì)長微孔成形技術(shù)；(3)精度誤差為 0.1μm 的精密陶瓷加工技術(shù)； (4)燒結(jié)晶粒亞微米化的工藝控制方法；(5)低損耗的光通信部件，其插入損耗≤0.2dB，回波損耗≥40dB。 光纖陶瓷插芯產(chǎn)能消化1、產(chǎn)能擴(kuò)張大于需求增長。前文介紹的產(chǎn)能有哪些現(xiàn)成的消化途徑？第一大市場是什么行業(yè)，第二大市場又是什么行業(yè)？陶瓷插芯作為一個(gè)配套光通訊基礎(chǔ)設(shè)施的特殊部件應(yīng)用狹窄，除了應(yīng)用在光纖通信行業(yè)沒有其他銷路，只有唯一的市場，并沒有后備市場。那么，我們看看這光通信行業(yè)發(fā)展的增長情況怎樣。光通信基礎(chǔ)設(shè)施投入依賴于國家政策與運(yùn)營商投入，有投資才有插芯需求。如果運(yùn)營商前期投入不能產(chǎn)生效益，相信運(yùn)營商不會(huì)連續(xù)燒錢。好像 3G 項(xiàng)目，僅在 2009 年一年聯(lián)通、移動(dòng)和電信分別投資了 300 億元、600 億和 300 億元，現(xiàn)在社會(huì)上有多少人使用 3G 手機(jī)，還會(huì)持續(xù)不斷投資嗎？沒有持續(xù)投資，就沒有持續(xù)的行業(yè)發(fā)展，就沒有增長，插芯的庫存只能堆放在生產(chǎn)第 1 章 緒論5廠家，陶瓷插芯不像建材產(chǎn)品當(dāng)房地產(chǎn)調(diào)控時(shí)可以挖掘公路、鐵路和機(jī)場市場。2、陶瓷插芯是耐用品，不是年年都有更新需求。陶瓷插芯性能使用要求是 20 年，使用了一個(gè)在質(zhì)量保證期內(nèi)就少了一個(gè)的需求，長期耐用不需年年更換，即是說運(yùn)營商要求鋪設(shè)光纖光纜后 20 年內(nèi)不要更換，一哄而上過剩的插芯產(chǎn)能也許 10 多年后才可能消化完。3、陶瓷插芯泡沫的前車可鑒。陶瓷插芯的生產(chǎn)設(shè)備是專業(yè)設(shè)備，也是只能用于生產(chǎn)陶瓷插芯。目前大陸光通信行業(yè)產(chǎn)銷兩旺刺激許多投資，很像日本在 2000 年光通信泡沫刺激的插芯投資，當(dāng)時(shí)的情況歷歷在目，1999 年和 2000 也是插芯和光纜短缺，行業(yè)人士非?？春霉馔ㄐ诺陌l(fā)展，老廠家象京瓷、ADAMANT,TOTO 大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，新企業(yè)也加盟訂購設(shè)備，殊不知這些新到設(shè)備從 2001 到 2006 都沒有啟用，拖垮了大批日本公司，也造成當(dāng)時(shí)新投資企業(yè)韓國 PRIME PHOTECH, 臺(tái)灣大陶，臺(tái)灣龍展威迅速退出。但愿歷史悲劇不再。光纖陶瓷插芯行業(yè)投資隨著今年國內(nèi)三網(wǎng)融合的政策出臺(tái)，以及國際光通信市場的復(fù)蘇，有力地推動(dòng)光通信行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上下游各產(chǎn)品供不應(yīng)求局面，光纖陶瓷插芯自然而然隨大市出現(xiàn)供貨緊張，特別是下半年來時(shí)有出現(xiàn)短缺現(xiàn)象。然而，在插芯行業(yè)分享市場的盛宴之下，也隱蔽著投資過渡的隱患。12 月初，國內(nèi)主要的陶瓷插芯生產(chǎn)廠家在深圳召開行業(yè)會(huì)議，交流各生產(chǎn)家的產(chǎn)銷情況和市場需求趨勢。根據(jù)參會(huì)人士消息，各插芯生產(chǎn)廠家都有幅度比較大的擴(kuò)產(chǎn)，這些新增產(chǎn)能將會(huì)在 2012 年 6 月后實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，參會(huì)企業(yè)認(rèn)為這可能會(huì)造成下半年的產(chǎn)能過剩。另外，市場至少有六家新公司上馬的光纖陶瓷插芯項(xiàng)目。這些新進(jìn)入的公司投資力度之大讓人咋舌，其中蘇州中光投入經(jīng)費(fèi) 1.5 億元，社會(huì)熱錢已經(jīng)在插芯行業(yè)開始泛濫。按此新老插芯廠商的投資規(guī)模，預(yù)計(jì)到 2011 年六月國內(nèi)插芯的月均產(chǎn)能達(dá)到 8000萬只，是 2010 年底的 2.2 倍。陶瓷插芯是光通訊的核心器件，光纖到戶的“最后 1 公里”都要使用該器件。據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，全球真正實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一光纖到戶后，該產(chǎn)品的需求量將是現(xiàn)在的 5-10 倍。目前，該產(chǎn)品主要生產(chǎn)商集中在日本的“京瓷” 、 “TOTO”、“阿德曼”等大公司手中。我國使用該產(chǎn)品，主要依靠進(jìn)口。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6據(jù)了解，香港大陶是全球第 7 大陶瓷插芯生產(chǎn)商，擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)。他們已與深圳中技合作，在深圳建成了 1 條生產(chǎn)線。湖南大陶建成后，該公司的生產(chǎn)能力將上升到全球第 4 位。光纖活動(dòng)連接器是光線通信系統(tǒng)中必不可少的無源器件，是實(shí)現(xiàn)光纖與設(shè)備、光纖與儀表、光纖與光纖之間快速可靠通斷連接的一種手段。用于光纖活動(dòng)連接器（connector）的氧化鋯插針 (ferrule)和套筒(sleeve)由于具有精度高（內(nèi)孔精度為 1 微米）、使用壽命長等特點(diǎn)，正逐步取代金屬件，得到廣泛應(yīng)用。隨著光通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，對用于光纖活動(dòng)連接器的氧化鋯插針和套管的需求也增加很快。2000 年全世界的需求量約為 2 億套，2001 年原預(yù)計(jì)約為 4 億套，但由于 IT 行業(yè)的不景氣及美國“9.11”事件的影響，實(shí)際約為 2.5 億套，估計(jì)以后 10 年的增長率為 25%-30%，2005 年將達(dá)到5 億套。氧化鋯陶瓷插針及套筒已成為市場需求量最大的高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品之一。 2000 年以前只有京瓷（Kyocera ） 、東陶（Toto ）等幾家日本公司掌握氧化鋯陶瓷插針及套管的完整生產(chǎn)技術(shù)。近年來，我國大陸和臺(tái)灣數(shù)十家企業(yè)開始從國外引進(jìn)陶瓷插針生產(chǎn)線，現(xiàn)在已形成了月產(chǎn) 500 萬只的生產(chǎn)能力，但生產(chǎn)插針用用氧化鋯粉料還需從日本進(jìn)口。日本還未向我國轉(zhuǎn)讓氧化鋯陶瓷套筒技術(shù)，國內(nèi)有數(shù)家研究和生產(chǎn)單位在研發(fā)和小批量生產(chǎn)氧化鋯陶瓷套筒，而批量生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷套管還必須采用進(jìn)口，花費(fèi)大量的外匯，并且昂貴的日本原料大大削弱了我國產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。我國已引進(jìn)了陶瓷插針成品及毛坯的生產(chǎn)技術(shù)，但生產(chǎn)插針用氧化鋯粉體及陶瓷套筒還需大量進(jìn)口，這些大大制約的我國光纖連接器的發(fā)展。 我國“八五 ”、 ”九五”國家攻關(guān)計(jì)劃一直支持氧化鋯超細(xì)粉體的研究，但主要是針對氧化鋯球閥、磨介及耐磨部件等產(chǎn)品。2002 年初“ 十五”863 計(jì)劃將“用于光纖接口插針原料的高質(zhì)量 ZrO2 超細(xì)粉體低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)”列題，上海硅酸鹽研究所招標(biāo)拿到這一任務(wù)。我合作企業(yè)某化工有限公司是我國最大的高純氧化鋯粉體生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)能力可達(dá)月產(chǎn) 70 噸，其中 80%以上銷往美國、西歐、南韓及臺(tái)灣等國家和地區(qū)，1999 年開始與清華大學(xué)新型陶瓷及精細(xì)工藝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研究光纖連接器用氧化鋯粉體，2002 年初參加了 863 計(jì)劃這一課題的招標(biāo)。招標(biāo)失敗后，企業(yè)繼續(xù)投入大量資金進(jìn)行研發(fā)，采用全新的工藝路線，終于研究出了可用于光纖連接器的粉體，質(zhì)量達(dá)到了日本 TOSOH 公司的水平，2002 年底建成年產(chǎn) 300 噸的光纖連接器用氧化鋯粉體生產(chǎn)線?，F(xiàn)在粉體已開始批量出口日本及韓國，國內(nèi)主要陶瓷插針廠家已開始批第 1 章 緒論7量試用。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8第 2 章 課題研究任務(wù)要求2.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)具體任務(wù)1、完成攝像機(jī)選型。2、完成光源選擇。3 完成測量頭的設(shè)計(jì)。4、翻譯 2 篇有關(guān)英文文獻(xiàn)。5、根據(jù)設(shè)計(jì)基本參數(shù)，設(shè)計(jì)分析，設(shè)計(jì)陶瓷插芯的檢測（具體檢測陶瓷插芯的外圓直徑，內(nèi)圓直徑，內(nèi)外圓的同心度） ，繪制二維裝配圖及 8-12 個(gè)主要零件的零件圖。6、對 3-5 個(gè)關(guān)鍵件的零部件進(jìn)行工藝分析，編制機(jī)械加工工藝，并填編制機(jī)械加工工藝卡。7、編寫設(shè)計(jì)說明書 6000 字以上。2.2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)1、陶瓷插芯加工材料：氧化鋯（ZrO2）2、陶瓷插芯同心度(內(nèi)孔與外徑)1 微米。3、CCD 高像素?cái)z像機(jī)。4、需要背光源、低角度光源。2.3 課題設(shè)計(jì)途徑與方法1、了解攝像機(jī)成像。 （了解加工對象）2、了解光源的作用。3、了解機(jī)械傳動(dòng)。 （總體構(gòu)思與布局）6、設(shè)計(jì)繪圖。7、設(shè)計(jì)研討會(huì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)。8、編號設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，工藝文件等。 （結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及相關(guān)計(jì)算）9、綜述、參考索引、編制。第 3 章 本章標(biāo)題9第 3 章 CCD 成像原理與測量技術(shù)3.1 CCD 介紹CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件?？梢苑Q為CCD 圖像傳感器。CCD 是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 CCD 上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel） 。一塊 CCD 上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD 的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。CCD 廣泛應(yīng)用在數(shù)碼攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡，和高速攝影技術(shù)如 Lucky imaging。CCD 在攝像機(jī)、 數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣 CCD，即包括 x、y 兩個(gè)方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性 CCD，它只有 x 一個(gè)方向，y 方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來完成。 CCD 的加工工藝有兩種，一種是 TTL 工藝，一種是 CMOS 工藝，前者是毫安級的耗電量，而后者是微安級的耗電量。TTL 工藝下的 CCD 成像質(zhì)量要優(yōu)于 CMOS 工藝下的CCD。CCD 廣泛用于工業(yè)，醫(yī)療、民用產(chǎn)品。3.2 CCD 功能特性CCD 圖像傳感器可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測量外徑的儀器，把 CCD 器件作為光電接收器。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）103.3 CCD 工作原理CCD 從功能上可分為 線陣 CCD 和面陣 CCD 兩大類。線陣 CCD 通常將 CCD 內(nèi)部電極分成數(shù)組，每組稱為一相，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。所需相數(shù)由 CCD 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的 CCD 可滿足不同場合的使用要求。線陣 CCD 有單溝道和雙溝道 之分，其光敏區(qū)是 MOS 電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對較簡單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像(線陣 CCD 如右圖所示)。面陣 CCD 的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣，并以一定的形式 連接成一個(gè)器件，獲取信息量大，能處理復(fù)雜的圖像。3.4 CCD 成像原理大家知道，世界萬千的色彩，可以用三種來最終表述。 紅色綠色和藍(lán)色，這里我們一般用英文的首字母來表示 分別為 R.G.B，計(jì)算機(jī)世界里其中一種顏色的表示方式也是這種 用一個(gè) 8Bit 的數(shù)據(jù)來表示其中一種顏色的灰度值 (十六進(jìn)制的 0xff 等于十進(jìn)制的 255) 所以計(jì)算機(jī)里用 0xff0000 來表示一個(gè)單純的紅色 如果不是純紅色，那就是 f2,34,f1 三個(gè)眼色的灰度值來表示任何一種顏色 這種顏色表示法，可以算出來它可以表示 2 的 24(8bit*3 位來表示顏色)次方種顏色 這就是計(jì)算機(jī)的 RGB 顏色表示法。 。 。 回頭看一下我們的相機(jī)，我們的相機(jī) CCD 或者 COMS 也是用的這個(gè)原理來產(chǎn)生色彩。。 通過上面的原理，我們可以產(chǎn)出，相機(jī)是個(gè)色盲，他不會(huì)辨認(rèn)顏色，只會(huì)辨認(rèn)灰度。 一種顏色的灰度。 。所以我們 CCD 或者 CMOS 上存在著很多感應(yīng)顏色灰度值的點(diǎn)，也就是我們平時(shí)所說的 CCD 上的一個(gè)像素。 。為了顯示彩色圖像。一個(gè)像素就不可能感知所有色彩的灰度，他只能感知 RGB 當(dāng)中的一種。 人們就想出一個(gè)辦法。那就是讓一種像素點(diǎn)專門感知紅色灰度，一種專門感知綠第 3 章 本章標(biāo)題11色，一種專門感知藍(lán)色 這樣，單個(gè)顏色的采樣色階就出來了。一個(gè)像素可以理解為一個(gè)采樣精度為 255階的 AD 口，負(fù)責(zé)采樣紅色灰度值的得到當(dāng)前光線中紅色部分的灰度信息，其他顏色的同樣 既然 CCD 上存在這三種采樣不同顏色灰度的像素點(diǎn)。 。那么就存在著他們在 CCD 上如何排布的問題。實(shí)際上他們是交叉排布的如下圖 上圖可以看到，紅色和藍(lán)色點(diǎn)是一個(gè)隔一個(gè)。而綠色點(diǎn)則占了一整行~也就是說RGB 三種顏色的點(diǎn)數(shù)量比是 1:2:1 為何呢，為何感應(yīng)綠色的點(diǎn)特別多呢？ 這是因?yàn)槿藢G色信息特別敏感，所以刻意加多了綠色灰度數(shù)據(jù)的收集，這樣做的目的是更好的為以后差值放大做準(zhǔn)備 CCD 如何得到這些顏色的灰度信息講完了，我們回到圖像上來，當(dāng)你拍攝圖像完畢后，得到的就是 這些小型 AD 采樣灰度值,也就是我們所說的相機(jī)原始圖像信息，可以說是數(shù)碼相機(jī)的底片。 。在專業(yè)機(jī)器上，我們把這種數(shù)據(jù)輸出的文件叫做 RAW 格式文件~~ 他存的就是這些顏色的灰度信息,當(dāng)然 RAW 文件是將數(shù)據(jù)壓縮過的。比理論文件大小要小一些 下面實(shí)際計(jì)算一下。 。假設(shè)我們買了一臺(tái) 1200W 像素的相機(jī) 也就是說，你的 CCD 上有 1200W 個(gè)感光點(diǎn)。 。他們 R，G，B 感光點(diǎn)比值是 1:2:1 也就是說這個(gè)最終生成的 RAW 文件包含 300W 個(gè) R（紅色信息）灰度值,600W 個(gè)G,300W 個(gè) B (原文有誤,林峰注~) 他的文件大?。ú粔嚎s）應(yīng)該是 8bit*1200W=96000000bit=96000000/8/1024/1024約等于 11.444Mbytes（一個(gè)灰度值用一個(gè) 8bit 的數(shù)來表示所以要*8） 就是這個(gè) 1200W 像素相機(jī)最后生成一個(gè)未壓縮的 RAW 格式文件應(yīng)該是 11M 左右。 。 然后，我們將這個(gè) RAW 文件轉(zhuǎn)換成普通格式文件(TIFF)，有條件的朋友可以自己試驗(yàn)一下，看看它有多大 我們這里計(jì)算一下。 。1200W 像素的 TIFF 文件應(yīng)該是多大。 。 個(gè)顏色計(jì)算機(jī)用一個(gè) 24 位的數(shù)來表示，這個(gè)我前面講解過 那么他的文件大小應(yīng)該是 12,000,000*8bit*3=34.3323Mbtyes 也就是說一個(gè)只有 11M 的相機(jī)產(chǎn)生的圖像文件最后轉(zhuǎn)換以后變成了一個(gè) 34M 的圖像文件,中間沒有任何壓縮操作。 。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12那么他多出來的那將 2 倍的數(shù)據(jù)是哪里來的？ 其實(shí)答案很簡單，多出來的那么多信息由相機(jī)里的或者電腦上的 CPU 算出來的，這里就涉及到一個(gè)插值算法的問題 你想想，相機(jī)上的 1 個(gè)像素只是一個(gè) 8 位的數(shù)來表示，而你最終看到的圖像一個(gè)像素是一個(gè) 24 位的數(shù)來表示的。CPU 就負(fù)責(zé)插值算出這不足的 16bit 位。他怎么算的呢~當(dāng)然這種算法是各個(gè)廠商高度保密的因?yàn)檫@將最終影響到輸出 jpg 文件的圖像質(zhì)量。但大致上是通過這個(gè)像素周邊的顏色灰度值來計(jì)算出這個(gè)點(diǎn)的 RGB 值，比如你這個(gè)點(diǎn)記錄的是 R 的灰度，那么插值的時(shí)候程序就會(huì)去找這個(gè)像素點(diǎn)周邊 G 和 B 點(diǎn)的值，這樣可以為他補(bǔ)足他的 24 位做貢獻(xiàn)。這樣也從根本上解釋了為何數(shù)碼相機(jī)會(huì)有紫邊？就是因?yàn)橛羞@樣一個(gè)插值算法存在，你才會(huì)在數(shù)碼相機(jī)上看到紫邊，所以紫邊是鏡頭這個(gè)導(dǎo)因和插值算法最終導(dǎo)致了紫邊的出現(xiàn)，所以紫邊的罪魁禍?zhǔn)资遣逯邓惴?。所以紫邊產(chǎn)生的原因可以總結(jié)為三點(diǎn)相機(jī)鏡頭的色差、CCD 成像的局限性、照片放大倍數(shù)。CCD 圖像測量由圖像傳感器、攝像控制器、像素檢測器三個(gè)主要單元組成。光學(xué)成像裝置是光學(xué)圖像的采集部分，它將被測物體成像在 CCD 器件的光敏面上。攝 像控制器的時(shí)基單元由晶體振蕩器通過分頻電路產(chǎn)生多種時(shí)序脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器為 CCD 器件提供電路工作條件，同時(shí)控制圖像數(shù)據(jù)的傳輸率和調(diào)整曝光時(shí)間。3.5 CCD 圖像測量流程初始的圖像信號經(jīng)放 大、鉗位和取樣等預(yù)處理后，獲得瞬時(shí)幅度正比于各像素所接收的圖像光強(qiáng)的電平信號，然后進(jìn)一步通過 AGC 自動(dòng)增益控制來補(bǔ)償照明條件的起伏。用做測量的圖 像信號經(jīng)二值化處理后進(jìn)入像素檢測器，在這里通過像素計(jì)數(shù)確定二值化圖形脈沖的間距值，并在乘以脈沖當(dāng)量數(shù)值后得到實(shí)測的物體尺寸。3.6 CCD 圖像測量測量公式（1）光學(xué)成像關(guān)系設(shè)被測物高為 Y，像高為 y，則y=βY第 3 章 本章標(biāo)題13式中，β=f/(L-f)，β 為光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)。（2）空問變換關(guān)系在 CCD 像面上，有確定尺寸的像素按線陣排列，相當(dāng)于光電刻尺和被測像高比對。若像高占據(jù)的像素?cái)?shù)為 N，則有y＝NIo式中，凡為像素沿線陣方向的尺寸，凡通常為 7～13μm。3.7 CCD 圖像測量原理示意被測對象的光信息通 過光學(xué)系統(tǒng)，在 CCD 的光敏面元上形成光學(xué)圖像，CCD 器件把光敏元上的光信息轉(zhuǎn)換成與光強(qiáng)成比例的電荷量。用一定頻率的時(shí)鐘脈沖對 CCD 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在 CCD 輸出端得到被測對象的視頻信號。視頻信號中每一個(gè)離散電壓信號的大小對應(yīng)著該光敏元所接收的光強(qiáng)強(qiáng)弱，而信號輸出的時(shí)序則對應(yīng) CCD 光敏元位置的順 序。通過后續(xù)處理線路對 CCD 輸出的視頻信號進(jìn)行二值化或者量化處理后，將被測目標(biāo)從背景中分離出來，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和分析做準(zhǔn)備。圖（a）是典型的線陣 CCD 測長系統(tǒng)的原理示意圖。整個(gè)測量過程包括：光學(xué)成像、圖像信號輸出、二值化處理確定圖形輪廓、測定輪廓間的像素?cái)?shù)、通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定脈沖當(dāng)量并按測量公式計(jì)算被測尺寸。整個(gè)系統(tǒng)的工作波形如圖（b）所示。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14第 4 章 攝像及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)4.1 CCD 攝影頭的選型根據(jù)課題任務(wù)對攝影頭的要求測量精度：±0.1 微米，測量速度：1 秒/只,能自動(dòng)標(biāo)識不合格產(chǎn)品。CCD 攝像頭的性能詳細(xì)技術(shù)講解科學(xué)級 CCD 支持神經(jīng)系統(tǒng)和腦成像；生物自發(fā)熒光和冷光成像；熱成像；夜視成像；空氣動(dòng)力學(xué)成像；Cortical 成像；真空成像； Raman 顯微鏡成像；化學(xué)發(fā)光成像；風(fēng)洞測試成像；核子成像；科學(xué)目標(biāo)跟蹤及遠(yuǎn)程偵察。數(shù)字化ProgRes CCD 攝影機(jī)支持及控制(選項(xiàng))：灰階數(shù)量決定圖片的素質(zhì)和對比。8 位 - 256 灰階 (28)10 位 - 1024 灰階 (210)12 位 - 4096 灰階 (212)14 位 - 16384 灰階 (214)14+x 位 > 16384 灰階 (214+x) 較多的位 - 增加資料深度 (data depth)，因此可提供更豐富的信息。 第 4 章 本章標(biāo)題15注：bit 是 BInary digiT 的縮寫，稱為"位"，也稱為"比特" ?；鹁€ (firewire) 與 萬用串行總線 (USB) 之優(yōu)缺點(diǎn)比較所有 ProgRes CCD 攝影機(jī)都備有火線 (IEEE1394a) 技術(shù)?！EEE1394a 火線的優(yōu)點(diǎn)保證頻寬 400Mbps，其中之320Mbps 可用作數(shù)據(jù)傳輸電源提供可達(dá) 8W 電壓范圍為 8 到 32V只需一條傳輸線可同時(shí)裝置多臺(tái)攝影機(jī)對等式 (P2P) 連結(jié)可用遠(yuǎn)距離光纖延伸線與 IEEE1394b 兼容USB2.0 的優(yōu)點(diǎn)大部份現(xiàn)有計(jì)算機(jī)都會(huì)備有 USB2.0接口IEEE1394a 火線的缺點(diǎn) 不是所有計(jì)算機(jī)都會(huì)備有火線接口加裝火線適配卡USB2.0 的缺點(diǎn)典型頻寬為 150 到 200Mbps理論頻寬 480Mbps 不保證頻寬電源提供最大 2.5W寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16傳輸線最長 10m主仆式 (Master to slave) 連結(jié)，沒有對等式 (P2P) 連結(jié)沒有升級計(jì)劃注：USB ( 萬用串行總線)的英文全名是 Universal Serial Bus。對等式 Peer-to-Peer (P2P) 技術(shù)能讓使用者「直接互相分享」 。 1394a 火線是當(dāng)今較強(qiáng)的解決方案，因?yàn)樗商峁┛旖莸膫鬏斔俣纫约白銐虻碾娫矗m合 ProgRes 專業(yè) CCD 攝影機(jī)應(yīng)用 。下一代的火線擁有更快的傳輸速度：1394b 將擁有 800Mbps 的頻寬。CCD 與 CMOS 影像感光組件之特點(diǎn)與效能比較特點(diǎn) CCD CMOS畫素輸出訊號 電子封包 電壓芯片輸出訊號 電壓 (模擬) 位 (數(shù)字 )相機(jī)輸出訊號 位 (數(shù)字 ) 位 (數(shù)字 )充填因子 (Fill factor) 高 中系統(tǒng)噪聲 低 中系統(tǒng)復(fù)雜性 高 低感光組件復(fù)雜性 低 高相對的系統(tǒng)價(jià)格 較高 較低效能 CCD CMOS響應(yīng)度 (responsitivity) 中 稍好動(dòng)態(tài)范圍 高 中一致性 高 低至中統(tǒng)一快門 (unifrom shuttering) 快，普通 拙劣的速度 中至高 較高窗口變化 (windowing) 有限 廣泛第 4 章 本章標(biāo)題17抗模糊 (anti-blooming) 高至無 高注：CCD 是 Charge-Coupled Device 的簡稱，是電荷藕合組件，也稱為"數(shù)字?jǐn)z影頭"或"數(shù)字?jǐn)z影機(jī)"。CMOS 是 Complementary Metal-Oxide Semiconductor 的簡稱，是互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。提高 Fill Factor (單一畫素中可吸收光的面積對整個(gè)畫素的比例)，可有效做到提升敏感度、放大面積(全片幅) 和降低噪聲的影響。響應(yīng)度 (responsitivity) 為感光組件每單位光的響應(yīng)。ProgRes 制冷 (散熱) - cooled CCD 適當(dāng)?shù)呐帕袃?nèi)建零組件。- "兩塊電路板" 解決方案。- 適當(dāng)?shù)南鄼C(jī)組裝。- 制冷組件、風(fēng)扇及金屬外殼。 內(nèi)建零組件。- 可感測熱電。- 高品質(zhì)。- 有利的尺寸 (零組件并非一定要用到極限)。 - 電源管理。 相機(jī)內(nèi)部電源管理。- 沒有產(chǎn)生的熱能不需排出。 整個(gè)感光面積都擁有一致情況。- 對稱的電路板提供良好數(shù)據(jù)再現(xiàn)性。 穩(wěn)定的制冷。- 擷取的影像可再現(xiàn)。- 短時(shí)間與長時(shí)間曝光都穩(wěn)定。 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18模擬增益 (Analogue Gain)模擬增益最多增加八倍的敏感度。短時(shí)間曝光也行 (螢光及暗視野)。經(jīng)過查閱相關(guān)資料,我們選取一種飛利浦系列的 CCD 攝像頭 SPC900NC/97.第 4 章 本章標(biāo)題194.2 自動(dòng)檢測機(jī)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。4.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量 δp 是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于定位精度為±0.01mm 因此選擇脈沖當(dāng)量為 0.01mm。4.2.2 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡圖，估算 X 向和 Y 向工作臺(tái)承載重量 WX 和WY。取 X 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?410mm,Y 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?400mm,設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡圖如下:X 向拖板(上拖板) 尺寸為:長*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為 := xW324201507.816.58N?????Y 向拖板(下拖板) 尺寸為: 重量 =Y32.0.??上導(dǎo)軌(含電機(jī)) 重量為寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2023(90482035)7.810487.9N??????夾具及工件重量:約 155NX-Y 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為: 487.965.271.8520W???4.2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL=C0/P，式中：C0 為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)） 。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26CfP413.94.?根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠 HJG-D 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25基本參數(shù)如下:額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長度動(dòng)載荷 aC靜載荷 oATBCTgK/gmL(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760滑座個(gè)數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù)M Sl n4 0.6 4導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 N1750aC?依據(jù)使用速度 v（m/min ）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽aC命 Ln：第 4 章 本章標(biāo)題21額定行程長度壽命:()HTCaWffSFTK?2045MF1,,.81,,oTWCHRdffffK??導(dǎo)軌的額3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km??定工作時(shí)間壽命: 3102SoTHln??3 310249.58104971506SoTln hTh?????導(dǎo)軌的工作壽命足夠.4.2.4 滾珠絲杠計(jì)算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn 鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力： (N))(,,maxyxzyxWFfKF??其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f=0.003~0005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz 計(jì)算。取 f=0.004, 則:40Z?maxXF0.5.2161..(67.58)104.6042YZNN????壽命值： ，其中絲杠轉(zhuǎn)速 (r/min)61nTL0maxlvn寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22max0615240/in31ThvnrlL???最大動(dòng)載荷： FfLQWH式中： fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為 1.2~1.5； fH為硬度系數(shù)，HRC≥58 時(shí)為 1.0。查表得中等沖擊時(shí) 則:1.2,ff?360.4568709.5.4XY NQ??根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM 系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:其額定動(dòng)載荷為 14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙yQ螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表第 4 章 本章標(biāo)題23名稱 計(jì)算公式 結(jié)果公稱直徑 0d―― 20mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 3.175mm螺紋滾道法向半徑 R0.52bd?1.651mm偏心距 e()sine???0.04489mm螺紋升角 ?0tarcgd??0'43螺桿外徑 d0(.2~5)bd?19.365mm螺桿內(nèi)徑 11eR??16.788mm螺桿接觸直徑 220cosb?17.755mm螺母螺紋外徑 Dd?23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 10(.~5)bd?20.7mm（1） 傳動(dòng)效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： )(?????tg式中：φ=10’，為摩擦角；γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt???????（2） 穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。（3） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： (cm)ESFll01???Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計(jì)算寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2460622 21.5615.80.241.5.(/)3.40YFNlcmECMSRL????????絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差 Δ 為E 級精06 4110.5. 2.102.[]l um????????度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。4.2.5 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2 21013())()180pq bzJJJM??????式中： 為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載； 為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為齒輪１的qJ 0J1J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為齒輪２的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ｍ為移動(dòng)部件的質(zhì)量。2 3J對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算： 340.781JDL????式中 為圓柱零件直徑， 為圓柱零件的長度。D所以有： 34221234 2230.782..56.710.0..3.4.J kgcm? ?? ??????電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：第 4 章 本章標(biāo)題2522 2224 0.16.4710()16.537.)10()0.793.3458dJ kgcm? ??????
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