机械设计制造及自动化专业毕业论文.doc

机械设计制造及自动化专业 毕业设计指导书 （本科） 中国矿业大学成人教育学院 2010年2月 目 录 一、 毕业实习大纲1 二、 毕业设计大纲4 三、 毕业设计（论文）撰写格式及装订要求9 16 一、毕业实习大纲 （一）毕业实习目的 毕业实习是专业教学计划中理论与实际相结合的一个重要实践性教学环节。其目的是结合毕业设计的主要内容，了解有关的研究、生产、使用情况，包括历史、现状、国内外概况，研究手段和方法、研究资料以及存在问题和发展趋势。巩固、加深和拓展已学过的基础理论和专业知识。培养理论联系实际，在生产实际中调查研究、发现问题，并善于运用所学知识分析、解决实际生产技术问题的能力。培养学生文献检索的能力。通过毕业实习为毕业设计打下良好的基础。 （二）毕业实习时间 毕业实习时间根据学院教学计划统筹安排，一般安排在最后一学期的课结束、毕业设计之前进行。历时3周左右。 （三）毕业实习地点及方式 根据毕业设计的内容、特点和要求，可以就近选择一个或两个具有专业代表性的公司或工厂进行实习。实习方式可以采用集中实习和根据学生各自的毕业设计的题目分散实习相结合的方式。 （四）毕业实习主要内容 通过毕业实习，充分了解所设计课题，了解生产实际情况，建立感性认识，开阔视野，在毕业设计中能够充分发挥想象力和创造力，顺利完成毕业设计。对一般性的实习内容主要有 1、了解机电一体化技术的应用及国内外发展水平、动态，尤其是国内特别是毕业实习工厂的机电一体化技术水平及应用情况。 2、了解毕业实习工厂的发展概况和产品结构及发展趋势、前景。 3、掌握典型产品的生产技术要求，生产工艺流程，产品的调试检测手段、方法和有关设备及仪器，对典型的机电一体化产品所采用的有关专业知识及生产过程和生产工艺有一个全面的认识。 4、了解产品从设计、加工、装备、调试到最后合格成品所需的全部技术文件及后备资料，尽可能多地了解这些文件及资料的规范和内容，并认真摘录，以供参考。 5、较详细地掌握典型机电一体化产品的构成，各组成部分的密切联系。包括传感部分，分析运算部分，控制部分,执行部分等。 6、了解生产过程中容易出现的问题，学习用已学过的有关知识解决技术生产中所出现的问题的方法。 在实习过程中，要根据自己设计题目的类型，重点有针对性地进行，主要有 （1）工程设计类课题的实习 了解产品的整机性能，包括整机主要性能参数、整机构造原理、部件间相互关系、作业形式与范围等。了解产品的使用情况及要求、维护保养情况、产品存在问题。了解产品的设计过程、设计构思、设计方案和设计方法。了解零部件的设计、材料及其选用原则，主要零部件的材料牌号及其机械性能。 了解产品出厂时有关运输、包装的要求。 （2）试验研究类课题的实习 了解试验装置的组成及实验方法，主要包括装置组成、控制方式、测量传感器规格、测量电路与传感器、计算机或A/D板等的连接等。在现场进行或观察相关实验过程，观察和记录现场的测试系统、关键的测试元件、仪器或设置和操作程序。了解试验结果的显示、打印方式；实验步骤，实验参数，实验操作，数据记录等。学习数据处理的基本原理、处理结果评价，误差修正方法。了解各元件、组件、系统的标定方式及标定用装置。 （3）软件工程类课题的实习 查阅相关技术资料，了解课题的研究背景、国内外发展现状。了解软件的开发方法和技术。了解软件系统的总体方案，从专业领域和软件编程等方面收集相关的关键技术、先进技术。进行可行性研究，了解软件设计的数据要求及软件测试方法。了解软件质量可靠性、容错性、安全性等的评价方法和软件技术方法的评价指标、方法。 在毕业设计过程中尽可能多地搜集资料，为毕业设计打下良好的基础。。 （五）毕业实习考核方式 毕业实习考核是检查实习效果的有效手段，每个学生都要对实习的全过程进行全面地总结。实习结束后，要提交实习总结报告，教师应对每个学生进行考查，可以口试或笔试的形式进行。 毕业实习成绩的评定，应根据学生在实习期间的表现、实习报告、文献资料收集、外文资料翻译、运用所学知识独立分析、处理、解决实际问题的能力，并结合各阶段的考查成绩综合评价。 成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格评定。 毕业实习不及格者不能参加毕业设计。 （六）毕业实习注意事项 1、自觉遵守纪律，服从指挥，维护学校和班级的声誉。 2、遵守实习单位的各项规章制度，绝对禁止乱模乱动、嘻闹、大声喧哗和擅自脱离集体而自由活动的现象。 3、认真听取有关人员的讲解，做好记录，虚心请教。 4、遵循实习单位的有关技术保密的要求和防范措施。 5、举止文明，团结协作，注意安全。 中国矿业大学成人教育学院 2010年2月 二、毕业设计大纲 （一）毕业设计目的 毕业设计是本科教育的一个重要教学环节，是学生完成教学计划所规定的全部课程及有关实践环节之后所要进行的一项综合性教学活动。其目的在于综合训练学生运用所学基础理论、基本知识和基本技能、分析问题和解决问题的能力，完成工程师的基本训练和受到科学研究方法的初步训练。通过毕业设计（论文）进一步培养学生的创新能力、调查研究、检索和阅读中外文资料的能力，工程方案的分析能力、论证、计算和设计能力，试验研究和分析处理数据的能力，计算机应用能力，工程制图能力，编写技术文件和从事科学研究的能力等。 （二）毕业设计时间 毕业设计时间根据学期教学计划统筹安排，毕业设计时间安排在最后一学期的毕业实习之后进行，具体时间以每次布置毕业设计时规定为准。根据成人教育本科生的培养目标和实际特点，指导教师可以提前布置设计任务。 （三）毕业设计的基本要求 毕业设计的选题，对能否满足教学要求，保证毕业设计的工作量和水平有着十分重要的意义。为此，选题时应注意以下原则 1、选题必须符合培养目标的要求，对学生进行较全面的综合能力培养和训练；设计内容体现本专业的特色，反映本专业所学的基本理论、基础知识和基本技能要求。 2、设计题目在满足教学要求的前提下，应尽量结合生产实际、工程研究应用等方面内容。题目及内容优先考虑来自各学员的生产实际。如生产设备设计、选用、运行控制、安全、改造。生产系统的过程控制，自动化改造。对实际中遇到的问题进行解决和探讨。 3、选题的难度和工作量适当，不可偏重或偏轻，学生经过努力，可以在规定时间内完成。 4、选题可应适当考虑学生之间知识和能力的差别，因材施教。 5、毕业设计题目由指导教师提出，并对题目的意义、要求、主要内容、前期工作及具备的条件进行说明,经院系组织教师讨论确定，以保证题目的难易程度和设计质量。 6、坚持每人一题的原则，对于较大的题目需要多位学生共同参加的,须明确每个学生应独立完成的部分,以保证每人都受到较全面的训练,又具有各自的特点。 7、设计题目一经确定，指导教师要编写毕业设计任务指导书。 8、毕业设计指导书的主要内容应包括以下方面 （1）设计题目； （2）设计要求； （3）设计参数； （4）设计内容及工作量； （5）应遵守的法规设计中涉及各种标准、政策和法令，须要特别指出的，应在任务书中指明。 （6）己学过的相关理论知识提要以及与本设计题目有关的新知识； （7）指导方式和大致的进度安排； （8）本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系； （9）设计说明书撰写要领； （10）答辩之前学生应作的准备工作提要； 9、毕业设计论文或说明书用计算机打印，在编排、打印的格式上必须严格符合成人教育学院的规范要求。说明书编写一般顺序如下 绪论（概述），包括国内外概况、选题的意义、设计的主要内容及技术参数等。 总体方案论证。包括各种方案的比较、系统的各主要组成部分介绍、准备实现的技术路线和方法等。 详细设计。分若干章详细说明系统各主要部分的设计过程，如选型计算、机械设计、强度、刚度计算，电路设计、器件选择、精度分析、控制过程、经济分析等等。 结束语。对设计内容的总结分析和展望等。 参考文献。 致谢（必要时）。 （四）毕业设计的类型 毕业设计（论文）的课题基本分为工程设计类、工程研究类和软件工程类等，其设计（论文）的成果形式规定如下 1、工程设计类 （1）侧重于设计、计算与绘图能力的培养和工程基本训练。 （2）设计说明书的字数1.5-2.5万字； （3）工程绘图量不少于折合成图幅为A0号的图纸2.5张； （4）积极引导学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 2、工程研究类 （1）侧重于实验、测试能力的培养和科学研究方法的基本训练。 （2）设计说明书包括实验、测试报告或生产、模拟性试验报告及论文正文，撰写字数1.5-2.5万字； （3）工程绘图量一般不少于折合成图幅为A0号的图纸1张； （4）积极引导学生应用计算机进行实验数据处理与实验结果的分析。 3、软件工程类 （1）侧重于软件开发能力的培养。 （2）设计说明书字数在1.5-2.5万字。 （3）软件工程文档应包括软件设计的指导思想、流程，有效程序软盘和源程序清单；软件设计说明书；软件使用说明书；软件测试分析报告，项目开发总结。学生答辩前应申请答辩委员会进行组织软件验收。 （4）软件流程图不少于折合成图幅为A0号的图纸1张。 所有类型的毕业设计均需要300-500字左右的中文摘要和英文摘要。不少于15篇的参考资料。 （五）毕业设计指导 毕业设计是对专业基础知识掌握情况的一次综合检验，又是实际工作能力的锻炼机会，每个同学必须认真对待。 毕业设计要求学生在教师的指导下独立完成，实行指导教师或指导小组负责制，指导教师要注意培养学生独立分析问题和解决问题的能力，鼓励学生的创新精神。 根据毕业设计的内容，在查阅收集资料的基础上，进行总体方案设计及工程计算。总体方案设计要全面考虑，深入分析，详细论证，所选方案合理、可行，并能充分体现出自己独特的见解和创新意识。毕业设计的总体方案必需经过指导教师的审查通过方可继续进行。 毕业设计的机械制图或电原理图等要符合技术规范，机械设计图应采用国家最新的标准进行设计、绘制和标注。电路设计图可采用国家最新的标准进行绘制和标注，也可以用国际上流行的图库标准进行绘制。机械设计图应包括装配图和零件图，总装配图一般不小于１号图纸的大小，部件装配图和零件图根据机构的复杂程度由指导教师批准可完成部分图纸。电路设计一般应有框图和电原理图。图纸量由指导教师决定。 毕业设计说明书（或论文）要论证严密，条理清晰，重点突出，论点鲜明，分析透彻，计算准确，语言规范，字迹工整，要有系统性和逻辑性，结论或结果要合理。对自己新颖的观点和创造要有充分的依据。引用参考资料要有重点。对论文中所采用的机构图或电路图一般应自己画出，不得用复印或誊印图粘帖。但对于较复杂的在概论或总体方案论证中所采用的一些外来的机构图，经指导教师同意后可以采用复印或誊印图。对设计中所编制的软件程序要做必要注释和分段说明。 毕业设计说明书（或论文）论文后面所附的软件程序或者元器件总表和参考文献不计算论文的总字数。 指导教师要应指导学生制定出详细的工作计划，每阶段的任务和要实现的目标，要有细致的安排。在设计过程中，对每一个环节都必须严格要求，检查学生的工作态度、工作进度、工作质量，及时对学生进行指导，检查和记录，作为评定成绩的一个依据。 毕业设计完成后，指导教师要认真审阅，并根据学生的工作态度、工作能力、设计质量等方面对学生在整个设计过程中的表现作出较全面、准确的评价，写出书面评语，给出成绩。 （六）毕业设计评价 毕业设计成绩由答辩委员会根据指导教师给定的成绩、学生答辩成绩和论文质量综合给出毕业设计的建议成绩，报成教院毕业设计领导小组审批。 毕业设计成绩按优、良、中、及格、不及格五个等级评定，其中优秀人数不超过20，良好人数不超过50。 中国矿业大学成人教育学院 2010 年2月 三、毕业设计（论文）撰写格式及装订要求 （一）结构要求 学生毕业设计（论文）完成后，必须经指导教师同意，方可定稿、装订。设计说明书的文字稿单面打印在A4的白色纸上。页边距上、下、左、右均为2厘米；页眉为1.5厘米；页脚为1.75厘米；装订线为左侧0.5厘米。 论文装订成册一般包含12个部分 1、封面 成教院提供的 2、任务书成教院提供的 3、指导教师评语成教院提供的 4、答辩记录成教院提供的 5、中文摘要 6、英文摘要（只本科需要） 7、目录 8、正文 9、结束语 10、参考文献 11、附录（必要时） 12、致谢（必要时） （二）各部分具体要求如下 1、封面、任务书、指导教师评语、答辩记录 此四部分由成教学院统一印制、发放。 任务书页除了指导教师签名栏外,全部由学生填写。任务下达时间为老师第一次布置任务的时间；毕业设计开始时间为老师第一次布置任务的时间；毕业设计结束时间为答辩时间的前5天左右。以上时间全班统一。 指导教师评语页该页由教师填写。 答辩记录页前两行由学生填写。 2、中、英文摘要及关键词 “中文摘要”和“英文摘要”各另起一页，分页打印。 标题“摘要”用黑体三号字居中打印，中文“摘要”两字之间空四格。“摘要”上下各空一行。 英文摘要“ABSTRACT”用Times New Roman、加粗、三号字居中打印。“ABSTRACT” 上下各空一行。 中文摘要内容及关键词的内容用小四号宋体打印，英文摘要内容及关键词内容用小四号Times New Roman打印，行间距18磅。 “关键词”用黑体小四号字顶格打印。 “Keywords” 用Times New Roman小四号字加粗顶格打印。 中文、英文摘内容约300--500字左右，关键词35个。各关键词之间有1个空格及分号。 3、目录 标题“目录”二字用黑体三号字居中打印，二字之间空四格。 目录内容主要包括绪论、正文主体、结束语、参考文献、附录等。正文中各章、节内容应简明扼要，其中每章题目采用宋体四号字，每节题目采用宋体小四号字。要注明各章节起始页码，题目和页码间用“......”相连，行间距18-20磅。目录只编写到二级就可以了，即章、节。最多用到三级。 4、正文 正文主体内容用宋体小四号打印，行间距18-20磅。正文中各章题目（一级目录标题）采用三号黑体字居中放置，如“1 XXX”；每节题目（二级目录标题）采用四号黑体字居左放置，如“1.1 XXXX”；三级及以后目录标题用小四号黑体字居左放置。文中插图、毕业论文中的图、表要统一编号。表格中文字用五号宋体。表头、图例说明用五号黑体。图、表在页面中的位置应左右居中。图中标注应在图的下方并居中，表中的标注应在表的上方并居中。 5、结束语 标题“结束语”三字用黑体三号字居中打印，二字之间空一格。 内容采用宋体小四号打印。 6、参考文献 参考文献要另起一页，一律放在正文后，不得放在各章之后。标题“参考文献”用黑体三号字居中打印，参考文献内容用宋体小四号字打印。参考文献只列出作者直接阅读过或在正文中被引用过的文献资料。 根据中国高校自然科学学报编排规范的要求书写参考文献，并按顺序编码制，作者只写到第三位，余者写“等”，英文作者超过3人写“et al”斜体。 几种主要参考文献著录表的格式为 ▲连续出版物作者．文题．刊名．年，卷号（期号）起止页码 ▲专（译）著作者．书名（译者）．出版地出版者，出版年，起止页码 ▲论 文 集作者．文题．编者．文集名．出版地出版者，出版年，起止页码 ▲学位论文作者．文题．博士（或硕士学位论文）．授予单位，授予年 ▲技术标准发布单位．技术标准代号．技术标准名称．出版地出版者，出版日期 7、附录（必要时） 附录要另起一页。 标题“附录”用黑体三号字居中打印，二字之间空四格。 附录的有无要根据毕业设计（论文）内容而定，内容一般包括正文内不便列出的冗长公式推导、符号说明（含缩写）、计算机程序等。 （三）毕业论文版面要求及其它 1、毕业设计说明书及毕业论文一律用计算机打印。 2、论文版面一律用A4复印纸，纸张自备。页面上、下边距各2cm,左、右边距各留2cm, 装订线留0.5cm并置于页面左边。页眉为1.5cm；页脚为1.75cm。 3、页码一律位于页面下方并居中，只有阿拉伯数字。 中文摘要、英文摘要、目录、正文等要分别编页，即这四部分的起始页码都是“1” 。 4、页眉“中国矿业大学成人教育学院2010届毕业设计（论文）“,五号楷体、加粗。 5、毕业论文中的图、表要统一编号。图、表在页面中的位置应左右居中；图的编号及其有关图的说明文字为五号宋体，在图的下方。 表编号及其表的说明文字为五号黑体，在表的上方。图或表中的文字为五号宋体。 6、未尽事宜请咨询指导教师。 以下为说明  摘 要 “摘要”之间空四格，采用三号字、黑体、居中，与内容空一行 （内容采用小四号宋体） 关键词小四号、黑体、顶格 （内容采用小四号、宋体、接排、各关键词之间有1个空格及分号） （另一页） ABSTRACT 采用三号字、Times New Roman字体、加黑、居中、与内容空一行 （内容采用小四号Times New Roman字体） Keywords小四号、Times New Roman、加粗、顶格 （内容采用小四号、Times New Roman字体、接排、各关键词之间有1个空格及分号） （另一页） 目 录 （三号、黑体、居中、目录两字空四格、与正文空一行） 内容格式参照后边的举例。 另一页 空一行 1（空一格）（章名称） （三号、黑体、居中） 空一行 1.1（四号黑体）二级目录前后各空0.5行 （内容小四号宋体） 1.2（四号黑体） 1.2.1（小四号黑体） （内容小四号宋体） （空两行,或另起一页空一行） 2 空一行 2.1（四号黑体） 另一页 参考文献（三号、黑体、居中） [1] [2] 另一页 附录X三号黑体，居左顶格，X表示1，2或一，二等 （小四号宋体，行距18磅，下同） 另一页 致 谢 （“致谢”二字中间空四格、小三号字、黑体、居中。内容限1页，采用小四号宋体。段前一行，段后一行） （小四号宋体，行距18磅） 以下为举例 摘 要 随着机械、电子、光学产业的迅速发展，对工件参数的精度要求，也越来越高，传统的测量方法不能够实现各个方面的需要。激光扫描测径仪采用激光扫描方式，对生产线上回转体被测对象实现高速度、高精度、非接触测量。由于非接触的特点，对被测对象无任何干扰，因此非常适合热的、软的和运动的被测对象。 激光扫描测径仪系统是一种基于光学技术、现代激光、电子学、计算机、精密机械等多学科技术于一体在线检测系统。它是用半导体激光器作为光源，把被测对象的几何尺寸经过扫描光学系统和光电变换系统转变成电信号，由单片机实时采集数据。本论文完成了激光扫描光学系统基本参数的确定；精密机械结构设计中，提出采用微调精度在um级的二维微调透镜架及微调反射镜镜架结构；可自定义细分数的步进电机斩波细分驱动器设计，基于LPC932信号采集、显示及通讯的最小系统设计；采用可视化编程工具VB实现单片机系统和PC机的接口控制和数据处理功能；最后分析产生测量误差的原因，提出进一步改善系统精度的方法。 本测量系统成本低，可以与计算机相联，可进行测量数据的集中采集和分析，以便进行质量分析和统计，并在生产过程中如出现质量问题进行报警和提示，便于实现控制和生产过程自动化。 关键词激光扫描测径仪；非接触测量；斩波细分；LPC932 摘要字数300500. 关键词35个 1 本科需要英文摘要,专科不需要 ABSTRACT With the rapid development of mechanics electronics and optics industries, the precision requirement of work piece’s parameters is increased. The traditional inspected instruments cant achieve some new requirement. Laser-scanned Measuring for the Diameter can measure circular objects on production line in high speed, high precision, and this measurement is untouched. Because of untouching, there is no interference with the objects being measurered. So it is fit for the moving or vibrating objects that may be hot or soft. Laser-scanned Measuring for the Diameter system involved optics,laser, electronics、computer and mechanics etc, In the systern,a visible laser is taken as its light source, the geometric parameter of the measured object is transed into the electrical signals by a scanning optical system and an optic-electronic transation system,the measured result is given and displayed by the computer real time data processing. In the paper we expound the total structure design of the diameter measurement, In precision mechanical structure design, about the use of fine-tuning the accuracy of the 2D-um fine-tuning and fine-tuning-lens reflector mounts; can be broken down since the definition of several sub-Chopper Stepper Motor Driven Design, based on LPC932 signal acquisition, showed the smallest and communications system design; using visual programming tools VB SCM system and the PC interface control and data processing functions; At last, the accurate of laser beam on line measuring instrument has been analyzed. The low-cost measurement system can be linked with the computer, the measured data can be centralized collection and analysis, for the quality of analysis and statistics, and in the production process as a result of quality problems for the police and tips facilitate the achievement of the production process control and automation. Keywords Laser-scanned of the diameter; Non-contact measurement ; Fine-tuning agencies；LPC932 2 目 录 1 绪论1 1.1前言1 1.2 激光扫描测径仪的背景及国内外的发展状况1 1.3 研究的目的和意义4 2 总体方案设计5 2.1激光扫描测径仪基本原理5 2.2扫描法的特点7 2.3光学系统设计9 2.4主体精密机械系统设计方案10 2.5单片机实时控制与数据采集系统设计10 2.6回转体其它参数测量方案11 3 光学系统设计12 3.1光源的选择12 3.2多面体反射镜13 3.3 透镜的设计16 4 精密机械结构设计19 4.1激光扫描测径仪机械结构的设计思路19 4.2 二维微调透镜架设计19 4.3 反射镜的微动结构23 4.4 机械结构中电机的选择25 4.5 箱体及底座的设计26 5 硬件电路设计28 5.1光电接收器件28 5.2模拟信号分析29 5.3 前置放大电路30 5.4 低通滤波电路31 5.5 比较电路设计31 5.6 步进电机斩波细分驱动硬件实现33 5.7 LPC932 数据采集模块36 5.8 电源电路40 5.9 超差报警电路42 6系统软件设计45 6.1 主程序设计45 6.2 数据通讯模块设计54 6.3步进电机驱动模块设计63 6.4 软件抗干扰模块设计66 6.5 系统仿真调试67 7 仪器误差分析68 7.1基本参数对测量精度的影响68 7.2 误差分析69 7.3改进方案72 结束语74 参考文献75 附录一77 附录二83 致谢106 中国矿业大学成人教育学院2010届毕业设计（论文） 1 绪 论 1.1前言 随着现代科学技术以及复杂的自动化控制系统和信息处理理论技术的提高，光电信号变换与检测技术的不断涌现，综合性的自动化、智能化的光电系统得到了进一步发展，形成了包括光学、精密机械、电子学和计算机科学技术的高度知识集中的新学科光学精密机械电子学Optomecharonics 。这种跨学科的边缘技术就是光电技术，现在己经广泛应用于工业、农业、国防、科研以及家庭生活等各个领域。 光电检测技术[1]是光电技术的核心和重要组成部分，它是一种非接触式测量的高新技术，以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，输入到单片机中运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是计量检测技术的一个重要发展方向。光电检测技术作为现代测试技术的一种最具代表性的高新技术，它具有某些其它检测技术无法比拟的特点。 现代生产要求具有柔性、非接触性、高速度和高精度的检测技术，而光电检测技术由于与计算机和新型传感器的紧密结合，恰好能满足现代生产的要求。目前，国内对回转体零件同一截面不同方向直径的检测多数采用接触式方法进行测量。为确保生产出的回转体零件合乎要求并达到高精度在线检测的目的，迫切需要研制一种用于回转体零件同一截面多个方向的径向尺寸和椭圆度等参数尺寸的快速自动检测设备，从而有必要进行多向激光扫描检测系统的研究。 1.2 激光扫描测径仪的背景及国内外的发展状况 目前，高新技术产业逐渐向技术密集型转轨，测试技术面临着越来越多的复杂问题，不但要有较高的测量速度及可靠性，而且还要向自动化、数字化、智能化方向发展。这势必将使原有的静态、接触测量转向动态、非接触、在线测量.激光扫描尺寸检测技术作为一种非常有效的非接触检测方法在国外被广泛地应用于工件尺寸的在线检测[2]. 在单向激光扫描方面，日本Kenyence公司生产的产品，扫描式Ls-7000系列其测量范围为0.3mm～30mm,测量精度为3um，外型尺寸为325.5x91x38mm，取样速度为2400次/s，当测量范围为0. 04-6mm时，测量精度达O.5um，重复性精度为0.06um。 美国BetaLaserMike公司为了满足不同用户的使用要求，设计了不同测量范围和测量精度的单向激光扫描产品，如型号510-195，其测量范围为0. 38-5 O mm，重复性精度0. OOO5mm，如图1-1所示;英国Scantron Industrial Products Ltd也有多种激光扫描产品，如表1-1所示。 图1.1 510-195型激光扫描仪 美国TSI公司研制了一种新的检测仪表SA5050，其测量范围为1.0-48. 0mm，测量速度达1167次/秒/轴，重复性精度为土0.76um,线性度达到0. 0l。其采用了全息激光扫描技术以快速精确地测量物体的尺寸。其核心部件是专利号为4, 329, 326的全息光碟。全息光碟里包含了许多全息光单元HOE ，每一个HOE单元都起一个折射透镜的作用。激光束通过光碟和HOE产生折射，第一束折射光以大约22离轴角折射，当光碟旋转时，HOE形成的栅角也同时旋转，使光束从测量域的一边扫描到另一边。 这种仪器的测量基本原理与激光扫描系统基本一致，同样采用激光二极管，产生激光束并投射到全息光碟上，产生扫描光束。扫描光束通过校准透镜，产生测量域，最后由聚焦透镜聚焦并被接收器件接收。光接收器接收的光信号转变为电信号并进行数模转换，并通过复杂的边缘探测法的分析，从而测得每一次扫描时物体的确切位置。 在双向激光扫描方面，美国BetaLaserMike公司的直径测量仪器达到了当今激光扫描的最高水平之一，测量范围为0-25mm时，测量精度为1lum，外型尺寸为380 x360 x80mm。美国TS工公司现在制造出了名叫holix量具的双直径激光扫描器，其所采用的全息激光扫描检测技术处于世界领先水平，使这种仪器成为世界上最好的直径测量量具，而不受已存在技术的限制，这种量具能达到每轴每秒2833次测量，采用这种专利技术，holix量具可以在每次扫描时提供如今所能达到的最高精度。而其它量具必须在平均多次测量之后才能得出一个精确的量值。 图1.2 双向激光测径仪 我国在光电检测技术研究方面起步较晚，但发展迅速，从八十年代末、九十年代初国内一些单位开始研究激光扫描直径测量技术，到目前为止，北京、上海、南京等地的一些单位均采用激光扫描法研制出测量直径的设备。如河北激光研究所研制的JCJ-1激光测径仪[3]，其测量范我国对一些关键技术已取得进展，并研制了多种激光、光电检测仪器和设备。 激光扫描测径仪的研究代表了非接触测量的发展方向。近年来利用光学原理设计的测量仪器非常多，随着大量非接触测量仪器的出现，21世纪测量技术的发展方向大致如下随着标准化体制的确立。 总之，测量技术必须实现高精度化，同时也要求实现高速化和高效率化，因此，非接触测量和高效率测量也就必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。而激光扫描测径仪的发展正适合了这种新的趋势。 1.3 研究的目的和意义 在查阅分析国内外多种直径在线检测方法的基础上，提出了激光扫描法检测直径的方案，解决了许多生过程中工件需要在线测量的问题。 2.1激光扫描测径仪基本原理 激光扫描测径系统是集激光技术、光学技术、计算机技术、精密机械技术、电子技术于一体光机电系统。由激光器，棱镜，反射镜透镜，光电接收器，信号处理电路，单片机，键盘，数码显示组成。直径测量大都是接触测量，而其非接触测量主要是基于计算机视觉的测量。但对于小直径、非回转工件的直径检测，例如采用拉制技术生产的电线电缆类等，这些测量技术就不能解决了。 图 2.1 激光扫描法测径系统原理 1.半导体激光器 2. 反射棱镜 3.八面体反射棱镜 4.前透镜 5.聚焦透镜 6.光电二极管 从激光器1发出的激光光束，经反射镜2射向扫描转镜3，再经扫描转镜3的反射面反射经过准直透镜4后，光束成为平行于光轴的平行光束对工件7进行扫描，经聚光镜5聚光后进入光电接收器6，最后经光电变换和电子学数据处理系统处理，便可得到被测工件的测量结果。 从图2.1中可以看出激光扫描法。系统工作的理论扫描速度V2wf，w扫描转镜角速度;f为扫描光学系统焦距。 用此原理测量被测工件的直径D,此时被测工件直径值D可由2-2式给出 DVT 2-1 式中V为扫描速度，T为扫描时间。 假设采集系统的脉冲周期为，频率为，则在T时间内被测件的被测直径所包含的高频脉冲个数A为 2-2 由式（2-2）可得 2-3 从