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內(nèi)容簡(jiǎn)介：: 摘要本文通過對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)有所了解，為身管內(nèi)壁檢測(cè)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。深入剖析該系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其所秉持的工作原理，由此展開科學(xué)合理的綜合分析，達(dá)到極佳的控制效果。本文主要研究的是分析身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的整體性能。在對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的分析中，對(duì)運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行改進(jìn)，為智能物流裝置的進(jìn)步做出實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。關(guān)鍵詞：檢察系統(tǒng)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)AbstractIn this paper, through the structural analysis and design of the video inspection system of inner defects of body tube, we have some understanding of the video inspection system of inner defects of body tube, which lays a foundation for the in-depth study of inner defects detection of body tube.This paper analyzes the composition and working principle of the motion system of the video inspection system of inner wall defects of the body and tube, and makes a systematic analysis of the internal structure of the motion system, so as to carry out control analysis.This paper mainly studies the overall performance of the video inspection system of inner wall defects of body tube.In the analysis of the video inspection system of inner wall defects of body tube, the motion performance is improved, which makes substantial progress for the progress of intelligent logistics device.Key words: Video inspection system of internal defects of body and tube;Mechanical structure;Motor system目錄第1章緒論11.1 研究背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.3目前技術(shù)存在的問題31.3研究的內(nèi)容和方法31.4本章小結(jié)3第2章身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1身管內(nèi)壁檢測(cè)特點(diǎn)42.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.3檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.3.1 攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 2.3.2圖像采集卡的選擇2.3.3照明系統(tǒng)52.4推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.4.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)62.4.2電機(jī)選型72.4.3導(dǎo)軌選擇82.4.4推進(jìn)絲杠的設(shè)計(jì)92.4.5電機(jī)的計(jì)算與選擇132.4.6聯(lián)軸器和鍵的設(shè)計(jì)152.4.7軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算16第3章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)173.1控制系統(tǒng)硬件組成173.2微控制器的選用173.3驅(qū)動(dòng)器件的選擇183.4控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)203.4.1晶振電路設(shè)計(jì)203.4.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)213.4.3顯示電路設(shè)計(jì)213.4.4控制系統(tǒng)電路圖223.5圖像采集233.5.1圖像數(shù)字化233.5.2數(shù)字圖像的類型233.5.3 CDD數(shù)據(jù)接口旋轉(zhuǎn)23第4章控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)254.1 控制系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)254.2 電機(jī)旋轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)264.3 延時(shí)程序設(shè)計(jì)27第5章身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)總結(jié)和展望285.1設(shè)計(jì)總結(jié)285.2未來展望28第6章身管內(nèi)壁視頻檢查系統(tǒng)成本預(yù)算致謝30參考文獻(xiàn)31第1章緒論1.1 研究背景及意義在當(dāng)代社會(huì)中，一國(guó)軍事裝備的測(cè)試水平是測(cè)試其軍事裝備的功能和性能是否能滿足作戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)要求并達(dá)到最佳作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵。它是一個(gè)國(guó)家國(guó)防力量的重要指標(biāo)。由于軍事裝備對(duì)國(guó)家而言十分關(guān)鍵，故而，中國(guó)學(xué)者紛紛圍繞與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射設(shè)備，展開如火如荼的深入探究。對(duì)武器發(fā)射器而言，至關(guān)重要的元件即為身管，可以說身管質(zhì)量的優(yōu)劣，和實(shí)戰(zhàn)能否安全的問題息息相關(guān)，還會(huì)關(guān)系到射擊精度，以及發(fā)射器能否經(jīng)久耐用的問題。當(dāng)其工作時(shí)，將會(huì)點(diǎn)燃藥室當(dāng)中存在的火藥，從而形成高溫氣體，使彈丸極速射擊，并保持良好的飛行姿態(tài)。在此期間，鏡筒所面臨的工作條件不佳，不僅處于高溫高壓條件下，而且還會(huì)受到來源于彈丸移動(dòng)等諸多因素的實(shí)際影響。如果選用的發(fā)射設(shè)備并不一致，則其所表現(xiàn)的磨損程度也會(huì)不盡相同 1。當(dāng)這些缺陷達(dá)到一定程度時(shí)，將嚴(yán)重影響武器的射擊精度和精確度以及使用的安全性。因此，我們需要定期檢測(cè)武器。另外，在武器槍管的維修中，為了提高其槍管的維修質(zhì)量并確定武器的維修范圍和水平，還需要檢查武器孔的表面。武器槍管內(nèi)徑的測(cè)量是武器孔表面檢查的重要組成部分。不僅在武器加工過程中必須測(cè)量武器槍管的內(nèi)徑，而且還需要在武器，彈藥測(cè)試或由射擊臺(tái)準(zhǔn)備的射擊測(cè)試中對(duì)其進(jìn)行測(cè)量2。中國(guó)目前的測(cè)試設(shè)備仍然相對(duì)落后，測(cè)試參數(shù)相對(duì)單一，測(cè)試機(jī)制相對(duì)復(fù)雜，可用于武器槍管綜合參數(shù)測(cè)試的設(shè)備尚未成熟。目前，對(duì)體管的內(nèi)管檢測(cè)傾向于采用光電檢測(cè)方法來通過獲取內(nèi)管圖像來檢測(cè)避難。設(shè)計(jì)管壁缺陷視頻檢測(cè)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和建設(shè)性意義。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀檢查武器槍管內(nèi)壁的傳統(tǒng)方法是使用手動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)。一根長(zhǎng)的空心管放在槍管中，其前邊方位即為凸透鏡，再往前即為白熾燈及其相應(yīng)的反光鏡。在檢查期間，機(jī)構(gòu)將會(huì)由于導(dǎo)管的不斷移動(dòng)而隨之遷移。值得一提的是，導(dǎo)管當(dāng)中含有光纖，和目鏡緊密銜接。檢查時(shí)，導(dǎo)管被人緩慢推入鏡筒，此時(shí)借助白熾燈的作用，可清晰觀察到鏡筒內(nèi)壁，而反射光將會(huì)射至廣角鏡，目鏡則基于光纖進(jìn)行成像。這種傳統(tǒng)的武器檢測(cè)方法是用肉眼通過光學(xué)系統(tǒng)觀察武器室內(nèi)的情況并將其扎根。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出主觀判斷，其并未充分自動(dòng)化，在精準(zhǔn)性等方面還有待于進(jìn)一步提高。當(dāng)前時(shí)期，各種類型的計(jì)量測(cè)試技術(shù)如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)，過去主要借助于人工方式，圍繞各種類型的計(jì)算數(shù)據(jù)展開較為深入的細(xì)致剖析，然而現(xiàn)如今，處理和處理的手動(dòng)計(jì)算的測(cè)量過程已逐漸被現(xiàn)代計(jì)量測(cè)試過程所取代2-3。當(dāng)選用攝像法圍繞管道內(nèi)壁展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)時(shí)，需要將安裝方式細(xì)致劃分為兩大類別，其中包含內(nèi)置，此外還涉及外置。由于受到來源于設(shè)備尺寸等諸多因素的種種局限，一般情況下，當(dāng)展開系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，往往選用外置的基本方式。在此情況下，攝像機(jī)之中的光軸，往往和身管本身的軸心線彼此平行，為得到身管當(dāng)中存在的表面信息，需要借助反射鏡的作用，促進(jìn)光軸發(fā)生折轉(zhuǎn)，但是，對(duì)多樣化反射元件而言，可能呈現(xiàn)出并不一致的視覺效果。因?yàn)樯砉軆?nèi)膛往往表現(xiàn)為圓柱形，故而，如果從光學(xué)元件入手進(jìn)行綜合考量，即能夠得到管壁的基本結(jié)構(gòu)示意圖。1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀為了適應(yīng)現(xiàn)代國(guó)防工業(yè)的發(fā)展，“提高檢測(cè)技術(shù)水平”，長(zhǎng)春光機(jī)所完成了武器“槍管無損檢測(cè)技術(shù)”預(yù)研項(xiàng)目的研究工作。 “第九個(gè)五年計(jì)劃”。該主題包括對(duì)人體管的筆直度，表面粗糙度等進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。2000年，曾有學(xué)者圍繞中國(guó)范圍內(nèi)的127家工廠，展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑頇z驗(yàn)，由此得到，此原理完全滿足可行性的根本要求，而且極具前沿性4。2002年，學(xué)者付延軍圍繞鋼管之中的內(nèi)表面，展開較為深入的細(xì)致探究，并指出極富創(chuàng)新性的某特定檢測(cè)法。該學(xué)者選用的鋼管直徑表現(xiàn)為94mm，主要運(yùn)用到CCD傳感器，此設(shè)備秉持的基本原理詳細(xì)如下：首先，借助激光器的作用發(fā)射一定的激光束，再以45持續(xù)撞擊平面鏡。其次，借助于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的力量，平面鏡執(zhí)行旋轉(zhuǎn)掃描，并且掃描區(qū)域通過透鏡在區(qū)域陣列CCD上成像，并且在旋轉(zhuǎn)一圈之后形成圖像。如果某機(jī)械設(shè)備基于電動(dòng)機(jī)的持續(xù)作用下，順著中心軸不斷前移，則此情況下，即能夠掃描內(nèi)表面，從而實(shí)現(xiàn)成像5。學(xué)者白慶本曾經(jīng)設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的火炮膛，該設(shè)備秉持的測(cè)量原理詳細(xì)如下：首先，借助計(jì)算機(jī)的作用，使電機(jī)持續(xù)驅(qū)動(dòng)CCD不停旋轉(zhuǎn)，從而得到火炮膛所對(duì)應(yīng)的圖像，再將其徑直轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，而后基于圖像采集卡的作用，將其實(shí)時(shí)傳遞至計(jì)算機(jī)，以待于科學(xué)處理6。1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前時(shí)期，某些西方發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者，正試圖借助光電設(shè)備的作用，對(duì)炮膛之中存在的問題進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)的檢測(cè)。1988年，三菱企業(yè)曾經(jīng)研發(fā)出可精準(zhǔn)測(cè)量鋼管之中內(nèi)表面的設(shè)備，此設(shè)備能夠精準(zhǔn)檢測(cè)不存在膛線體的鋼管的實(shí)際內(nèi)徑。而AVL企業(yè)所研發(fā)的圓管規(guī)，能夠圍繞直徑處于25-155mm區(qū)間中的鏡管內(nèi)徑，展開科學(xué)精準(zhǔn)的接觸檢測(cè)，與此同時(shí)，檢測(cè)精度表現(xiàn)為0.05mm。除此之外，美國(guó)主要借助激光準(zhǔn)直技術(shù)的作用，圍繞炮管本身的直線度進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)的檢測(cè)。因?yàn)楦鞣N類型的火炮管加工設(shè)備如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)，故而，多樣化領(lǐng)域?qū)鹋谒_(dá)到的精度，愈加提出較為嚴(yán)苛的各項(xiàng)需求，故而，全部西方發(fā)達(dá)國(guó)家均致力于持續(xù)更新火炮的核心元件。研究議程。更多資金。在這方面，“與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)還有很大差距”，因此，提高中國(guó)炮管的質(zhì)量和在線檢查水平，圍繞各種在線檢測(cè)設(shè)備展開如火如荼的深入探究，顯得十分關(guān)鍵7-9。1.2.3目前身管檢測(cè)存在的問題現(xiàn)如今，多樣化控制技術(shù)紛紛處于迅猛前進(jìn)當(dāng)中，在此背景下，圍繞身管檢測(cè)技術(shù)所展開的測(cè)試，愈加趨于智能化。為達(dá)到預(yù)先擬定的目標(biāo)，當(dāng)前時(shí)期，該技術(shù)必須切實(shí)解決下述各項(xiàng)問題。（1）檢測(cè)系統(tǒng)所表現(xiàn)的光機(jī)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中并不科學(xué)，難以適用于工廠等條件下。（2）通常情況下，均自現(xiàn)場(chǎng)得到身管之中存在的內(nèi)騰圖片，其次，對(duì)其展開系統(tǒng)的檢測(cè)，但這種方式無法達(dá)到良好的實(shí)時(shí)性要求，而且難以充分自動(dòng)化。（3）并未構(gòu)建科學(xué)完善的智能檢測(cè)系統(tǒng)，從而借助計(jì)算機(jī)的作用，對(duì)相機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)、對(duì)系統(tǒng)精準(zhǔn)標(biāo)定、對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)存儲(chǔ)等。1.3研究的內(nèi)容和方法本文所致力于研發(fā)的系統(tǒng)，需要先查詢一系列前期資料，再對(duì)相關(guān)案例進(jìn)行科學(xué)合理的綜合分析，才可達(dá)到極佳的優(yōu)化效果，其次，需要深入剖析所獲得的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，通過分析將身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)，細(xì)致劃分為若干部分，其中本文主要選用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同時(shí)輔以十分經(jīng)典的步進(jìn)電機(jī)方式，當(dāng)設(shè)計(jì)結(jié)束之后，還需要展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目煽啃苑治?，再?duì)產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)致闡述，最后繪圖10。提出設(shè)計(jì)思路和問題與老師和同學(xué)們進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，認(rèn)真學(xué)習(xí)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)資料，明確需要分析的成功案例，了解身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，力求于各階段提前結(jié)束諸多任務(wù)，與此同時(shí)多了解一些身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)和最新的技術(shù)發(fā)展。結(jié)合真實(shí)的生產(chǎn)調(diào)查過程，并且查閱諸多資料，可持續(xù)改善成功案例的優(yōu)勢(shì)之處以及劣勢(shì)之處，利用匯集的技術(shù)資料設(shè)計(jì)一款滿足要求的身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)11。1.4本章小結(jié)本章主要是對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的研究背景、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和需求分析進(jìn)行了初步的研究6，對(duì)此系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際情況進(jìn)行充分的認(rèn)識(shí)，與此同時(shí)，深入領(lǐng)會(huì)該設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，以及需要選用的研究方式，由此擬定研究計(jì)劃，通過上述分析讓自己對(duì)后期的資料研究、問題發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)分析更加的有信心。36第2章身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1身管內(nèi)壁檢測(cè)特點(diǎn)若想要獲得科學(xué)完善的了身管內(nèi)膛檢測(cè)系統(tǒng)，必須對(duì)身管內(nèi)壁所表現(xiàn)的檢測(cè)特征，和系統(tǒng)必須滿足的諸多功能進(jìn)行綜合考量，與此同時(shí)，輔以十分前沿的技術(shù)手段，獲得這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)等方面。（1）身管內(nèi)壁所表現(xiàn)的檢測(cè)特征1）對(duì)身管而言，其所表現(xiàn)的軸向尺寸相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)管內(nèi)較為昏暗，難以細(xì)致查看；2）其內(nèi)壁空間往往不大，難以安裝各種類型的攝像設(shè)備；3）必須選用十分經(jīng)典的在線無損檢測(cè)法，才不會(huì)降低身管本身的表面質(zhì)量。（2）系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)1）該系統(tǒng)需要適合工廠等條件下，同時(shí)可靠性佳，便于后期維護(hù)，此外，工作流程需要相對(duì)簡(jiǎn)潔，便于使用；2）此系統(tǒng)必須可精準(zhǔn)檢測(cè)內(nèi)壁之中鍍絡(luò)層存在的待完善之處，還需要靈活改變?nèi)舾捎布Y(jié)構(gòu)，以使得系統(tǒng)適合口徑趨于多樣化的身管內(nèi)壁；3）本系統(tǒng)所含有的實(shí)時(shí)檢測(cè)軟件，需要適用于PC系統(tǒng)，而且理應(yīng)便于使用，界面也需要極具友好性；4）此系統(tǒng)需要十分迅猛的采集身管內(nèi)壁所對(duì)應(yīng)的圖片，還應(yīng)即刻對(duì)其進(jìn)行科學(xué)得當(dāng)?shù)奶幚?，看清其中的劣?shì)之處，再將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)存儲(chǔ)；5）缺陷尺寸所應(yīng)滿足的測(cè)量精度要求如下：其一，外切矩形尺寸需要達(dá)到0.5mm的精度標(biāo)準(zhǔn)，而軸向定位需要滿足5mm的標(biāo)準(zhǔn)，此外于圓周方向所進(jìn)行的定位，需要達(dá)到10的標(biāo)準(zhǔn)。2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)包含兩部分：身管內(nèi)壁檢測(cè)系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)，身管內(nèi)壁檢測(cè)需要完成內(nèi)壁360檢測(cè)，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，CCD攝像機(jī)固定在傳動(dòng)軸上，完成360視頻檢察，檢測(cè)時(shí)傳動(dòng)軸帶動(dòng)攝像機(jī)在身管內(nèi)移動(dòng)；推進(jìn)系統(tǒng)將檢測(cè)系統(tǒng)精確的推送到所需檢測(cè)的位置，如圖2-1所示。圖2-1 身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)2.3檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)深入探究身管內(nèi)壁所表現(xiàn)的檢測(cè)特征之后，需要圍繞當(dāng)前存在的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行細(xì)致調(diào)研，才可以成像技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建科學(xué)完善的系統(tǒng)。對(duì)本文所致力于研發(fā)的系統(tǒng)而言，其基本框架示意圖，詳見圖2-2，此系統(tǒng)主要包含身管以及計(jì)算機(jī)等基本部件。圖2-2 總體框圖2.3.1 攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)CCD相機(jī)方法是使用CCD相機(jī)以特定方向捕獲在人體管的孔中的孔的投影，然后在實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)人體管的孔被損壞等時(shí)，信息例如，光圈的傾斜度和所拍攝圖像的強(qiáng)度等也會(huì)隨之變化，并且檢查人員會(huì)通過分析適當(dāng)?shù)膱D像處理方法來獲得鏡筒的損壞。該方法的精度可以達(dá)到鏡筒內(nèi)徑的0.2，并且處理速度也很快。但是，為了確保精度，必須在成像范圍內(nèi)對(duì)整個(gè)光圈成像。因此，通常需要更大的相機(jī)鏡頭，極短的焦距8?，F(xiàn)在的相機(jī)，關(guān)鍵的設(shè)備將可細(xì)致劃分為兩大類別，其中主要包含CCD圖像傳感器，此外，還涉及到CMOS傳感器，兩者均負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換，然而，后者所表現(xiàn)的靈敏度較差，正因如此，CCD傳感器才獲得相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用，在本次設(shè)計(jì)中，主要將CCD攝像機(jī)與工件的距離設(shè)置為550mm，選用的型號(hào)為TN-8030，分辨率可以達(dá)到752x528。攝像系統(tǒng)主要的目的就是能對(duì)內(nèi)壁不同深度位置進(jìn)行成像檢測(cè)工作，獲取到的圖像需要是360的視角，也就是需要內(nèi)部平面鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描來進(jìn)行成像，獲取圖像。本次設(shè)計(jì)就需要兩種反射鏡來相結(jié)合達(dá)到360成像效果，一種是45的平面鏡，另外一種是錐臺(tái)反射鏡，為了在成像的過程中，所成的圖像不會(huì)出現(xiàn)變形，所以設(shè)計(jì)的錐角的角度位120，設(shè)計(jì)的鏡面長(zhǎng)度為10mm，這種短軸會(huì)比身管口徑小，是為了檢測(cè)內(nèi)壁局部位置的時(shí)候，并不會(huì)產(chǎn)生圖像變形的問題，利用了錐面的中心區(qū)域。具體設(shè)計(jì)如下圖所示。圖2-3 成像示意圖2.3.2圖像采集卡的選擇圖像采集卡旨在使相關(guān)的CCD攝像機(jī)圖片，徑直傳遞至相應(yīng)的計(jì)算機(jī)，以清晰顯示。當(dāng)處于機(jī)器視覺領(lǐng)域中，涉及的圖像采集卡均可對(duì)圖像進(jìn)行科學(xué)得當(dāng)?shù)奶幚恚€可發(fā)揮出模數(shù)轉(zhuǎn)換的功效，也就是在不同的檢測(cè)采集圖像系統(tǒng)中，所選用的圖像采集卡是不同的，一般來說，圖像的處理好壞也是取決于圖像采集卡的選擇。圖像采集卡是對(duì)CCD攝像機(jī)采集的圖像信號(hào)進(jìn)行了高速采樣和實(shí)時(shí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，這樣之后，計(jì)算機(jī)能獲取到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息。一般是先多路切換，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行圖像的格式轉(zhuǎn)換，在一定緩沖之后，接入PCI接口，如下圖2-4所示。圖2-4 圖像采集卡工作原理圖圖像采集卡的選擇主要考慮三個(gè)因素，其中主要包含對(duì)攝像機(jī)的控制等。需要注意，圖像采集卡必須對(duì)攝像機(jī)發(fā)揮科學(xué)有效的跟蹤控制效果，不僅要保證采集時(shí)間的確定，還需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集的圖像質(zhì)量很高，只有高質(zhì)量的圖像才能保證檢測(cè)的正確性和精度。在完成采集工作的同時(shí)還需要具備數(shù)據(jù)處理能力，能夠處理I/O，在響應(yīng)的時(shí)候能產(chǎn)生中端，只有這樣才能提高效率。最后圖像采集卡的運(yùn)用需要成熟的軟件開發(fā)包，也就是在選擇圖像采集卡的時(shí)候要與開發(fā)包匹配，才能有效完成工作，這樣采集到的圖像才能傳入計(jì)算機(jī)，再進(jìn)行后期處理。本次設(shè)計(jì)主要選用的圖像采集卡為PC15299。2.3.3照明系統(tǒng)因?yàn)樯砉墚?dāng)中較為昏暗，故而，當(dāng)借助光學(xué)測(cè)頭的作用，圍繞其內(nèi)騰逐步成像的過程中，需要為其提供科學(xué)合理的照明方式，才可切實(shí)保障已采集的圖像，表現(xiàn)出極佳的亮度。對(duì)比度：毋庸置疑，檢測(cè)時(shí)，照明系統(tǒng)需要為檢測(cè)系統(tǒng)提供十分理想的對(duì)比度，才可將關(guān)鍵的圖像特征完全分離于其余特征。而某系統(tǒng)所表現(xiàn)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，往往和其能否突出核心特征息息相關(guān)。亮度：一般情況下，恰當(dāng)適宜的光源亮度，能夠提高所需要特征的對(duì)比度，不斷削弱來源于其余部分的實(shí)際影響。如果光源亮度相對(duì)較低，則也許會(huì)發(fā)生下述情況：其一，即相機(jī)自身的信噪比顯著減少：這是因?yàn)?，光源亮度和圖片所呈現(xiàn)的對(duì)比度息息相關(guān)，如果亮度相對(duì)較低，則圖片對(duì)比度也會(huì)隨之下降，很可能引發(fā)噪聲；其二，即景深會(huì)不斷減小：如果光源亮度相對(duì)較低，則為達(dá)到理想的進(jìn)光量，必須持續(xù)提高鏡頭光圈，這必然會(huì)降低景深；其三，隨機(jī)光將會(huì)影響到系統(tǒng)成像的優(yōu)劣：如果光源亮度相對(duì)較高，將很可能出現(xiàn)圖像發(fā)白的情況。故而，當(dāng)選定光源之后，需要基于系統(tǒng)所表現(xiàn)的圖像顯示狀態(tài)，對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，才可達(dá)到系統(tǒng)預(yù)先擬定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。魯棒性：光源應(yīng)該契合檢測(cè)部件方位的改變。對(duì)本文所研究的系統(tǒng)而言，當(dāng)實(shí)時(shí)采集多樣化方位的圖像時(shí)，即便改變光源方位，也不會(huì)降低圖像質(zhì)量。過去主要選用白熾燈，圍繞身管內(nèi)騰展開科學(xué)精準(zhǔn)的檢測(cè)。白熾燈主要秉持熱致發(fā)光的基本原理制造，屬于十分典型的傳統(tǒng)電光源之一，已經(jīng)獲得相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用，其所具備的優(yōu)勢(shì)之處及劣勢(shì)之處詳細(xì)如下：優(yōu)點(diǎn)：無需耗費(fèi)相對(duì)高昂的成本，即可達(dá)到十分理想的集光性標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行速度較高。缺點(diǎn)：難以達(dá)到極佳的發(fā)光效率標(biāo)準(zhǔn)，而且存在一定的紅外轄射，功耗顯著，很可能受到來源于振動(dòng)的實(shí)際影響，不夠經(jīng)久耐用。為達(dá)到預(yù)先擬定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本文在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，決定將照明光源選定為L(zhǎng)ED燈。相較于常規(guī)的白熾燈而言，這種光源不僅實(shí)際體積相對(duì)較小，而且不會(huì)耗費(fèi)較高的功率，不僅如此，其還選用冷發(fā)光技術(shù)，能夠有效規(guī)避散熱問題，經(jīng)久耐用。2.4推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)一般情況下，進(jìn)給傳動(dòng)方案將可細(xì)致劃分為若干類別，其中包含齒輪傳動(dòng)，鏈條傳動(dòng)等。在此之中，十分經(jīng)典的方案即為齒輪傳動(dòng)，在工業(yè)領(lǐng)域獲得較為廣泛的多方位應(yīng)用?；邶X輪類別的多樣性，齒輪傳動(dòng)設(shè)備將可細(xì)致劃分為若干類別，其中主要包含蝸輪式、圓柱式、齒條式等，然而，若選用齒條式，也許達(dá)不到預(yù)先擬定的精度要求。對(duì)齒輪傳動(dòng)過程而言，其基本特征詳細(xì)如下：（1）時(shí)刻一致的瞬時(shí)傳動(dòng)比；（2）傳動(dòng)比區(qū)間較廣，可適合各種機(jī)構(gòu)；（3）速度區(qū)間較廣，能夠不超過1r/min，也可超過20000r/min；（4）表現(xiàn)出極佳的傳動(dòng)效率，便于進(jìn)行后期維護(hù)。除此之外，螺桿傳動(dòng)也屬于十分典型的一種進(jìn)給傳動(dòng)方式。基于傳動(dòng)設(shè)備秉持的工作原理，能夠?qū)⑵浼?xì)致劃分為若干類別，其中主要包含滑動(dòng)螺旋，靜壓螺旋等。在此之中，滾動(dòng)絲杠于加工中心等處，獲得相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用。主要特點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.90.98；（2）傳動(dòng)無間隙，精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行；（3）具有良好的高速性能，可實(shí)現(xiàn)線速為120m / min的高速行駛（4）表現(xiàn)出較為良好的傳動(dòng)可逆性，可將本來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，徑直轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)，反之亦然，效率基本一致；（5）使用壽命長(zhǎng)，平均可達(dá)滑動(dòng)螺旋的10倍。當(dāng)對(duì)身管檢測(cè)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，適用范圍，市場(chǎng)定位等諸多因素進(jìn)行綜合考量后，本文決定選用科學(xué)完善的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。2.4.2電機(jī)選型步進(jìn)電機(jī)主要將本來的電脈沖信號(hào)，徑直轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的執(zhí)行元件。當(dāng)實(shí)時(shí)輸入某特定電脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子將會(huì)隨之調(diào)節(jié)步距角。其中，轉(zhuǎn)子角的實(shí)際位移往往和實(shí)時(shí)輸入的電脈沖數(shù)量呈現(xiàn)出一定的正比例關(guān)系。僅需要實(shí)時(shí)把控電脈沖頻率等各項(xiàng)參數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速等數(shù)值。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)而言，而所含有的基本特征詳細(xì)如下：1、其于實(shí)際工作過程中，往往不會(huì)受到來源于諸多因素的種種影響，其中包含電壓波動(dòng)、波形變化等； 2 、此電機(jī)的步距角存在一定的誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)先擬定的步數(shù)闕值后，將會(huì)發(fā)生累積誤差，然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一圈后，此數(shù)值將為0；3、因?yàn)槟軌蚪柚跀?shù)字信號(hào)，達(dá)到理想的控制效果，故而相對(duì)簡(jiǎn)潔；4、控制性能極佳，初始以及反轉(zhuǎn)時(shí)基本不會(huì)出現(xiàn)丟步的情況；5、不必借助傳感器的作用反饋，能夠達(dá)到極佳的開環(huán)控制效果；6、然而，其無法達(dá)到極為良好的的能量效率。2.4.3導(dǎo)軌選擇（1）滑道概述導(dǎo)軌是僅將移動(dòng)部件限制為一個(gè)自由度的裝置，被廣泛用于精密設(shè)備。導(dǎo)軌的精度，承載能力和使用壽命直接影響加工中心的工作質(zhì)量。在身管檢測(cè)推進(jìn)裝置中，檢測(cè)位置的配置將影響加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)是否能夠按照正確的軌跡運(yùn)動(dòng)，并且和此系統(tǒng)表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)特征息息相關(guān)14?；趯?dǎo)軌所秉持的工作原理，能夠?qū)⑵浼?xì)致劃分為兩大類別，其中，包含滑動(dòng)導(dǎo)軌，此外，還涉及滾動(dòng)導(dǎo)軌。而前者又可細(xì)致劃分為若干類別，例如：動(dòng)壓滑道等。與此同時(shí)，基于導(dǎo)軌所呈現(xiàn)的截面形狀，能夠?qū)⑵浼?xì)致劃分為兩大類別，其中包含V形導(dǎo)軌，此外，還涉及到矩形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的基本特征在于，制造過程相對(duì)簡(jiǎn)潔，導(dǎo)向性極佳，便于隨時(shí)調(diào)節(jié)。其滾動(dòng)引導(dǎo)件可引導(dǎo)表面之間的摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。目前，其于數(shù)控機(jī)床等處，已獲得相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用，基本特征詳細(xì)如下：（1）可達(dá)到十分理想的運(yùn)動(dòng)靈敏度要求，當(dāng)其處于低速運(yùn)行的情況下，相對(duì)穩(wěn)定；（2）精準(zhǔn)性極佳，不會(huì)出現(xiàn)顯著的導(dǎo)軌磨損；（3）表現(xiàn)出極為良好的承載能力，經(jīng)久耐用；（4）潤(rùn)滑相對(duì)簡(jiǎn)潔，能夠借助油脂進(jìn)行潤(rùn)滑。相較常規(guī)的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，本文選用的滾動(dòng)導(dǎo)軌，基于高速運(yùn)行的條件下，不會(huì)由于動(dòng)壓效應(yīng)而對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生不利的影響，其基本示意圖，詳見圖2-3。圖2-3 直線導(dǎo)軌（2）導(dǎo)軌選擇當(dāng)對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)際選擇的過程中，需要秉持下述基本準(zhǔn)則：（1）各導(dǎo)軌彼此間需要存在較大的預(yù)緊力；（2）多樣化精度彼此獨(dú)立；（3）各導(dǎo)軌彼此間需要于中間位置，設(shè)有性能優(yōu)良的彈性連桿；（4）可以補(bǔ)償熱和熱的變形。身管檢測(cè)推進(jìn)設(shè)備，主要選用雙邊直線滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，同時(shí)還輔以科學(xué)完善的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，切實(shí)保障良好的進(jìn)給精度。此導(dǎo)軌對(duì)含有的優(yōu)勢(shì)之處詳細(xì)如下：運(yùn)動(dòng)快捷、功耗較低、能夠基于高速條件下保持直線運(yùn)動(dòng)，可持續(xù)優(yōu)化上述設(shè)備，便于后期安裝，縮短加工機(jī)的制造周期并降低生產(chǎn)成本。但是它對(duì)灰塵更敏感，必須得到很好的保護(hù)。2.4.4推進(jìn)絲杠的設(shè)計(jì)1.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力2.滾珠絲杠的導(dǎo)程與直徑估算（1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程式中：-主要代表移動(dòng)部件所達(dá)到的移動(dòng)速度極大值，單位為mm/min；i-主要代表傳動(dòng)比，如果滾珠絲桿緊密銜接于電動(dòng)機(jī)，則此參數(shù)值為1；-電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速r/min初步選用為5 mm。（2）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑1)基于各種精度標(biāo)準(zhǔn)，將可得知，滾珠絲杠可達(dá)到的軸向變形量極大值，需要秉持下述基本公式：重復(fù)定位精度從定位精度的角度考慮，規(guī)定滾珠絲杠允許的最大軸向變形量必須滿足下式：定位精度m已知定位精度為20，重復(fù)定位精度為10，則取上述計(jì)算結(jié)果較小的值，=3.33m。2)滾珠絲杠可表現(xiàn)的螺紋底徑極小值為。滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，則式中：L-滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離。3)初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)根據(jù)計(jì)算所得的、和結(jié)構(gòu)的需要，按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷C0大于，d2m2.55mm的原則，以及老師和前輩的經(jīng)驗(yàn)，初步選擇HIWIN精密研磨級(jí)內(nèi)循環(huán)雙螺母FDI40-5T4 型滾珠絲杠，其公稱直徑為、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)負(fù)荷，其具體參數(shù)如下表2.1:表2.1 絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)型號(hào)公稱直徑mm導(dǎo)程mm珠徑mm珠圈數(shù)動(dòng)負(fù)載kgf靜負(fù)載kgfFDI40-5T44053.175415995280其中導(dǎo)程P：5mm、螺紋長(zhǎng)度為250mm、負(fù)載，故滿足要求。3.滾珠絲杠螺母副的承載能力校荷因?yàn)闈L珠絲杠實(shí)則為細(xì)長(zhǎng)桿，其所表現(xiàn)的螺紋長(zhǎng)度等于400mm，其長(zhǎng)徑比。表2.2 螺桿支撐方式和系數(shù)螺桿支承方式螺桿支承簡(jiǎn)圖長(zhǎng)度系數(shù)系數(shù)（1）壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算。兩端固定0.54.730一端固定，一端不完全固定0.64.730一端固定，一端鉸子0.73.927兩端鉸子1.03.112一端固定，一端自由2.02.875本絲杠采用2端固定方式取=0.5得，長(zhǎng)徑比如果40，則必須圍繞壓桿展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆€(wěn)定性計(jì)算，因?yàn)榻z杠已經(jīng)過淬火處理，故而，能夠基于下述公式進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算：Fc/Famax4，所以達(dá)到預(yù)先擬定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（2）校驗(yàn)副臨界轉(zhuǎn)速nc。這種螺母在實(shí)際旋轉(zhuǎn)過程中，不發(fā)生共振的轉(zhuǎn)速極大值即為臨界速度nc。若面向數(shù)控機(jī)床，則此螺母對(duì)所表現(xiàn)的速度極大值，即為迅速移動(dòng)過程的實(shí)際速度。因此，只要速度不超過此時(shí)的臨界速度。出于安全原因，最大速度為滾珠絲杠螺母對(duì)應(yīng)低于臨界速度。臨界轉(zhuǎn)速可以按公式計(jì)算：在上述公式中：L2-主要代表臨界轉(zhuǎn)速長(zhǎng)度；E-主要代表滾珠絲杠所表現(xiàn)的彈性模量，單位為Mpa，通常將其設(shè)定為E=2.1105MPa；-主要代表滾珠絲杠的實(shí)際密度，單位為g/mm3，一般取=7.810-5N/mm3；g-重力加速度（g/mm3），g=9.8103g/mm3I-滾珠絲杠的最小慣性矩（mm4），一般取A-滾珠絲杠的最小截面積（mm2），一般取K1-主要代表安全系數(shù)，本文將其設(shè)定為K1=0.8-主要代表和支承方式相關(guān)聯(lián)的系數(shù)，表2.3螺桿支撐方式有關(guān)的系數(shù)支撐方式K2f一端固定,一端自由0.251.8753.4一端固定,一端游動(dòng)23.92715.1兩端固定44.7321.9本文所選用的絲杠表現(xiàn)為兩端固定的形式，其和固定端相隔極大值為400mm。對(duì)滾珠絲杠而言，其所對(duì)應(yīng)的慣性矩極小值如下：滾珠絲杠的最小截面積為：則-安全系數(shù)，取=0.8；-與支撐有關(guān)的系數(shù)，由表3-16得取本文所選用的絲杠，可達(dá)到的轉(zhuǎn)速極大值為3000r/min，并未超過其臨界轉(zhuǎn)速，所以達(dá)到預(yù)先擬定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（3）校驗(yàn)螺母副額定壽命。此類螺母副的實(shí)際壽命，往往表現(xiàn)為疲勞點(diǎn)蝕。即尺寸、精度等參數(shù)完全一致的若干滾珠絲杠，基于某特定條件下進(jìn)行回轉(zhuǎn)。而壽命時(shí)間等參數(shù)秉持的計(jì)算公式詳細(xì)如下：式中：-額定動(dòng)負(fù)荷（N），查滾珠絲杠樣本得-軸向載荷（N），取-滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)速（r/min），取-運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)；一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)取；一般來講，本設(shè)計(jì)壽命為3年24小時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲杠螺母副的總時(shí)間壽命20000h，故滿足要。2.4.5電機(jī)的計(jì)算與選擇1.計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載慣量（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。式中：-材料密度（），取 D-主要代表回轉(zhuǎn)體的實(shí)際直徑，單位為； L-主要代表回轉(zhuǎn)體的實(shí)際長(zhǎng)度，單位為； J-主要代表回轉(zhuǎn)體的具體序號(hào)。（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。在上述公式中：m-主要代表執(zhí)行部件的實(shí)際質(zhì)量，單位為kg，本文將其設(shè)定為15kg；L-主要代表電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈之后，抓手所表現(xiàn)的軸向位移，本文將其設(shè)定為0.5。（4）加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。2.計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩（1）摩擦負(fù)載力矩的計(jì)算。式中：-軸向負(fù)載力，（2）由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩的計(jì)算。式中:-滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力（N），取=94.2N-滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，取-滾珠絲杠螺母副的效率，取。（3）計(jì)算轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸的負(fù)載力矩T。3.計(jì)算電機(jī)軸上所需的各種扭矩（1）線形加速力矩式中：-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）-坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量（）-進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益（Hz）-加速時(shí)間（s），?。?）電機(jī)軸所需的扭矩。力矩的計(jì)算有：4.選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)基于上述計(jì)算，本文決定選用110ST-M06030型號(hào)的交流伺服電機(jī)。表2.4 110ST系列電機(jī)技術(shù)參數(shù)2.4.6聯(lián)軸器和鍵的設(shè)計(jì)（1）連接伺服電機(jī)和聯(lián)軸器的上部鍵，選擇C型普通平鍵。查表GB/T1095-2003選鍵：b=4mm,h=4mm,L=20mm，對(duì)其擠壓強(qiáng)度進(jìn)行精準(zhǔn)校核，基于查閱有關(guān)表格，將可得知，其所對(duì)應(yīng)的許用壓應(yīng)力為。鍵的工作長(zhǎng)度（2）連接聯(lián)軸器和滾珠絲桿鍵校核：此鍵需要選用長(zhǎng)度完全一致的A型鍵，這也可以滿足相同負(fù)載扭矩的設(shè)計(jì)要求。初選YL1式凸緣聯(lián)軸器，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)煽讖剑篸1=14mm,d2=14mm軸孔長(zhǎng)度:L1=32mm,L2=52mm 外徑:D=71mm選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器YL1其公稱許用轉(zhuǎn)矩符合強(qiáng)度要求。2.4.7軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）軸承的支反力計(jì)算（2）滾動(dòng)軸承的壽命校核根據(jù)軸承壽命計(jì)算公式為(1)查機(jī)械零件手冊(cè)6203軸承所具有的徑向基本額定動(dòng)載荷 C=7500N(2)由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證，取N(3)對(duì)于球軸承=3(4)轉(zhuǎn)速n=457.69r/min故軸承合適。第3章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)硬件組成由于控制系統(tǒng)必須滿足各種穩(wěn)壓要求，故而，需要引入電源設(shè)計(jì)電路。與此同時(shí)，CPU控制電路旨在對(duì)一系列電機(jī)信號(hào)，進(jìn)行科學(xué)有效的精準(zhǔn)把控，同時(shí)接收來源于外部限位所發(fā)出的信號(hào)，再基于信號(hào)步進(jìn)。一般情況下，CPU電路均表現(xiàn)為TTL電平狀態(tài)，相異于外部信號(hào)電平，故而，有必要借助光電耦合器的作用，有效降低源自外部因素的種種干擾。3.2微控制器的選用本次設(shè)計(jì)選用的的是微機(jī)控制系統(tǒng)，身管內(nèi)壁疵病視頻檢察設(shè)備所選用的控制系統(tǒng)，必須達(dá)到十分理想的計(jì)算精度、極為迅猛的處理速度；與此同時(shí)，需要切實(shí)降低不必要的經(jīng)濟(jì)成本、選用相對(duì)簡(jiǎn)潔的程序進(jìn)行編制，正因如此，本文才選用AT89C51型號(hào)的單片機(jī)，選擇此微處理器能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求15。AT89C51單片機(jī)主要性能參數(shù)及功能特性AT89C51在實(shí)際工作過程中，表現(xiàn)的各項(xiàng)特征如下： 8031CPU； 8KB的Flash存儲(chǔ)器，能夠重復(fù)擦寫高達(dá)1000次； 256字節(jié)的RAM； 32個(gè)數(shù)量的可編程I/O端口； 2個(gè)數(shù)量的可編程定時(shí)器；含有性能優(yōu)良的中斷系統(tǒng)；數(shù)據(jù)指針DPTR；能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工串行通信； 3級(jí)程序鎖定位；電源電壓處于50.2V的區(qū)間中；振蕩器可達(dá)到的頻率極大值為24 MHz；編程電流為1mA；AT89C51當(dāng)中主要包含CPU、若干I/O接口等。其中的CPU表現(xiàn)為8位字長(zhǎng)，通?？杉?xì)致劃分為兩大部分，其中包含運(yùn)算器，此外，還涉及到控制器。當(dāng)對(duì)其芯片進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，可將其ROM和RAM均拓寬至64KB。本文主要選用8KB FLASH程序存儲(chǔ)器等基本元件。AT89C51當(dāng)中存在4個(gè)表現(xiàn)為并行形式，同時(shí)能夠編程的I/O接口，即為P0P3，而任何接口電路均存在自身的鎖存器及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器，這些接口和RAM進(jìn)行統(tǒng)一編制。AT89C51主要借助I/O接口的作用，緊密銜接于外圍電路，在此次設(shè)計(jì)過程中，主要選用8255A芯片，以擴(kuò)展I/O口，P0P3口在開機(jī)或復(fù)位時(shí)均呈高電平。3.3驅(qū)動(dòng)器件的選擇對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)而言，其所進(jìn)行的脈沖分配可表現(xiàn)為若干種形式，其中包含硬件環(huán)分，此外，還涉及到軟件環(huán)分。一般情況下，硬件環(huán)分主要包含集成芯片等基本元件，例如：L297芯片即適用于兩相步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)選用這種形式時(shí)，電機(jī)的通電節(jié)拍主要取決于硬件電路，當(dāng)對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)際編程的過程中，可不對(duì)其進(jìn)行綜合考量。而控制器僅需要借助于脈沖線等，即可緊密銜接于硬件環(huán)分電路。在此次設(shè)計(jì)過程中，本文經(jīng)由綜合考量，決定選用硬件環(huán)分的基本形式，基于AT89C51電機(jī)相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器BD28Nb，能夠?qū)崟r(shí)輸入電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖等，還可借助于其中的環(huán)分電路作用，實(shí)時(shí)輸出相應(yīng)的步進(jìn)脈沖，以對(duì)電機(jī)進(jìn)行科學(xué)有效的精準(zhǔn)把控，從而發(fā)揮諸多功能。BD28Nb所涉及的各項(xiàng)指標(biāo)，詳細(xì)如下：表3.1 BD28Nb電氣特性（Ti=25）項(xiàng) 目指標(biāo) 電源電壓AC40V、AC18V輸入輸出電流2.5A/3A/3.5A/4A可選步進(jìn)脈沖頻率BD28Fb：0200KHz；BD28Nb：010KHz 邏輯信號(hào)電流510mA 絕緣電阻500表3.2 BD28Nb使用環(huán)境及參數(shù) 冷卻方式自然冷卻使用環(huán)境溫度 10+50 濕度 40%90%PH 外形尺寸 64x153x117.5mm 重量約 Kg方向控制：（1）鍵入面板之中的第三位開關(guān)，即可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向。（2）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)外部輸入信號(hào)所表現(xiàn)的電平狀態(tài)，也可達(dá)到極為良好的控制效果。注：電機(jī)剛剛啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行方向，往往緊密關(guān)聯(lián)于電機(jī)接線，僅需要調(diào)節(jié)兩相即能夠跟蹤調(diào)節(jié)此方向。步進(jìn)脈沖輸入信號(hào)Cp:可經(jīng)過的頻率極大值為200KHz。而脈沖所經(jīng)歷的低電平時(shí)間也需要超過500nS。使能信號(hào)En：（1）若使得En端表現(xiàn)為低電平狀態(tài)，則電機(jī)將會(huì)及時(shí)響應(yīng)Cp端當(dāng)中的輸入脈沖，確保其正常運(yùn)行，如果Cp端不存在信號(hào)時(shí)，則電機(jī)將表現(xiàn)為半流鎖定狀態(tài)；（2）當(dāng) En端懸空時(shí)，電機(jī)軸將表現(xiàn)為自由狀態(tài)，在此情況下，Cp端不會(huì)獲得響應(yīng)。輸出信號(hào)A1、A2，B1、B2:接二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的出線。3.4控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖3-1 CPU控制P0作為L(zhǎng)CD顯示控制信號(hào)；P1口作為電機(jī)脈沖控制輸入信號(hào)接收端，給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)；P2口是外部平臺(tái)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)檢測(cè)信號(hào)口；P3口作為矩陣鍵盤控制口，控制外部信號(hào)命令。3.4.1晶振電路設(shè)計(jì)高頻時(shí)鐘有助于更快地執(zhí)行程序，而且可達(dá)到十分理想的信號(hào)采樣率，發(fā)揮諸多功能。并且消耗更多的功率，并且操作環(huán)境惡劣。由于單片機(jī)旨在發(fā)揮控制作用，并非采樣高速信號(hào)，故而，能夠選用恰當(dāng)適宜頻率的晶體，以確保信號(hào)的精準(zhǔn)性。在此設(shè)計(jì)過程中，將頻率為12.0MHz的某特定無源晶體，緊密銜接于XTAL1、XTAL2引腳。再借助容量為30pF的兩個(gè)陶瓷電容器作用，進(jìn)行啟動(dòng)。圖3-2 晶振電路3.4.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)需要徑直轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的PWM信號(hào)，再自P3.0等口進(jìn)行輸出，以科學(xué)把控電機(jī)的得電情況。在此之中，P3.0口主要負(fù)責(zé)電機(jī)正轉(zhuǎn)，而P3.1口主要負(fù)責(zé)電機(jī)反轉(zhuǎn)?；趯?shí)時(shí)調(diào)節(jié)脈沖所對(duì)應(yīng)的占空比，能夠及時(shí)調(diào)節(jié)速度。此電路的基本結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)如下。圖3-3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.4.3顯示電路設(shè)計(jì)在電路設(shè)計(jì)中，STC89C51的P0端口連接到LCD的714引腳，并發(fā)布顯示地址和要顯示的內(nèi)容。連接STC89C52的引腳P2.0和4，以控制LCD的數(shù)據(jù)寄存器和命令寄存器的切換。LCD的引腳P2.1和5連接以控制對(duì)LCD的讀寫切換。P2.2和LCD 6引腳連接以控制LCD使能。液晶顯示電路見圖3-4所示圖3-4顯示電路3.4.4控制系統(tǒng)電路圖電路設(shè)計(jì)完成后，本節(jié)中將各個(gè)電源電路進(jìn)行整合，將各個(gè)單元電路的控制腳連接到對(duì)應(yīng)的單片機(jī)腳上。這樣便構(gòu)成了實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件真題電路。硬件總體電路見圖3-8所示。圖3-5控制系統(tǒng)電路圖3.5圖像采集3.5.1圖像數(shù)字化圖像實(shí)則屬于十分典型的模擬信號(hào)之一，能夠借助于某特定的二維函數(shù)進(jìn)行表示，當(dāng)處于某坐標(biāo)位置，函數(shù)幅值即表示此位置所對(duì)應(yīng)的圖像灰度?；叶瓤梢泽w現(xiàn)出黑白圖像的顏色深淺，此外，彩色圖像主要包含若干二維圖像。模擬圖像所呈現(xiàn)的坐標(biāo)，往往表現(xiàn)為連續(xù)狀態(tài)，但數(shù)字圖像所呈現(xiàn)的坐標(biāo)，通常表現(xiàn)為離散狀態(tài)，如果想將某特定的模擬圖像，徑直轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字圖像，必須將其坐標(biāo)等參數(shù)進(jìn)行必要的數(shù)字化，這即為取樣及量化過程，在此之后，即可獲得相應(yīng)的數(shù)字圖像。3.5.2數(shù)字圖像的類型色彩深度主要表示在某特定數(shù)字圖像當(dāng)中，存儲(chǔ)像素所對(duì)應(yīng)的顏色值，而必須占據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。若此項(xiàng)參數(shù)值較高，則意味著圖像可以代表的顏色數(shù)量相對(duì)較多，也可形成多樣化圖像文件，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，一般情況下，涉及到二值圖像、彩色圖像等，詳細(xì)如下。二值圖像：即全部像素所對(duì)應(yīng)的亮度值非0即1?；叶葓D像：其中的全部像素均表現(xiàn)為某特定的采樣顏色，所有像素均占用8位，主要代表色彩深淺，而灰度值則處于0-255的區(qū)間中，主要表示灰度級(jí)。彩色圖像：當(dāng)處于RGB空間當(dāng)中，彩色圖像主要包含三大彼此獨(dú)立的分量圖像，其中，單基色分量主要占用8位。依次處理彩色圖像當(dāng)中的分量圖像，即可達(dá)到十分理想的灰度化處理效果。在本文所研究的系統(tǒng)中，圍繞身管內(nèi)膛所對(duì)應(yīng)的彩色圖像，即選用這種處理方式，此舉可切實(shí)降低計(jì)算量，使當(dāng)前的圖像檢測(cè)效率顯著提高。3.5.3 CDD數(shù)據(jù)接口旋轉(zhuǎn)本文基于綜合考量決定選用大恒CCD相機(jī)，其所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)接口為IEEE1394a，不必進(jìn)行圖像采集。IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)于多樣化領(lǐng)域之中，均已獲得較為廣泛的多方位應(yīng)用。其可細(xì)致劃分為兩類標(biāo)準(zhǔn)，其中包含IEEE1394a，此外，還涉及到IEEE1394b。本文經(jīng)由綜合考量，決定選用IEEE1394a接口，其所含有的優(yōu)勢(shì)之處詳細(xì)如下：1）IEEE1394a接口所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率為400Mbps，適宜傳輸相對(duì)復(fù)雜的視頻影像。2）相較于模擬視頻接口而言，此接口實(shí)時(shí)采集信號(hào)時(shí)，不會(huì)存在損失。3）基于LabVIEW軟件的作用，NI-IMAQ軟件不必和IEEE1394等協(xié)同使用，僅需驅(qū)動(dòng)CCD相機(jī)，即可將有關(guān)圖像轉(zhuǎn)移至LabVIEW程序之中。4）相較于并行總線而言，這種接口相對(duì)簡(jiǎn)潔，表現(xiàn)為輕量級(jí)，能夠達(dá)到十分理想的軟件控制相關(guān)，而且無需耗費(fèi)相對(duì)較高的經(jīng)濟(jì)指出。5）相較于USB2.0接口來看，IEEE1394所表現(xiàn)的速率極其迅猛，這是由于，并未所有接口均占用100%帶寬，但該接口卻如此。選用恰當(dāng)適宜的信號(hào)采集方式，可切實(shí)保障測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性?；谕耆恢碌挠布到y(tǒng)，選用多樣化方式所獲得的測(cè)量結(jié)果并不一致。而本文所致力于研發(fā)的系統(tǒng)，需要于測(cè)量區(qū)間當(dāng)中，達(dá)到極佳的線性以及靈敏度要求。第4章控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)（1）使用的IO: 電機(jī)用P1口,鍵盤使用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7（2）按鍵功能：K1；正轉(zhuǎn) K2；反轉(zhuǎn) K3；低速轉(zhuǎn)動(dòng) K4；高速轉(zhuǎn)動(dòng) K5：電機(jī)切換 K6；停止 K7；進(jìn)給 K8；退出（3）設(shè)計(jì)要求: 按下K1鍵，順時(shí)針轉(zhuǎn)，按下K2鍵，逆時(shí)針轉(zhuǎn)，按下K3鍵，低速，按下K4鍵，高速。按下K5鍵，切換電機(jī)。按下K6鍵，電機(jī)停止。程序如下：/#include reg52.h/電機(jī)IO#define GPIO_MOTOR P1 /宏定義操作端口，接口為P1/sbit F1 = P10;/sbit F2 = P11;/sbit F3 = P12;/sbit F4 = P13;/sbit F5 = P14;/sbit F6 = P15;/sbit F7 = P16;/sbit F8 = P17;/位操作，接口為P1.0p1.7/按鍵IOsbit K1=P20; /正轉(zhuǎn)sbit K2=P21; /反轉(zhuǎn)sbit K3=P22; / 減速sbit K4=P23; / 加速sbit K5=P24; / 電機(jī)切換sbit K6=P25; / 停止unsigned char code FFW_A8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9; /A反轉(zhuǎn)順序unsigned char code FFZ_A8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1; /A正轉(zhuǎn)順序unsigned char code FFW_B8=0x1f,0x3f,0x2f,0x6f,0x4f,0xcf,0x8f,0x9f; /B反轉(zhuǎn)順序unsigned char code FFZ_B8=0x9f,0x8f,0xcf,0x4f,0x6f,0x2f,0x3f,0x1f; /B正轉(zhuǎn)順序unsigned char Direction,Speed,X_Y=0,stop=0; / Direction 轉(zhuǎn)向標(biāo)志位，Speed 延時(shí)函數(shù)的參數(shù)，通過改變它大小來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 /A_B 電機(jī)的參數(shù) A_B=0為B電機(jī) A_B=1為A電機(jī)void Delay(unsigned int t); /stop控制電機(jī)停止，當(dāng)其等于1時(shí)，電機(jī)停止void Motor(); /電機(jī)旋轉(zhuǎn)函數(shù)4.2 電機(jī)旋轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)/void Motor() unsigned char i; for(i=0;i8;i+) if(Direction=1&A_B=0&stop=0) /正轉(zhuǎn)&B電機(jī)&電機(jī)沒按下停止 GPIO_MOTOR = FFW_Bi&0xf0;/取數(shù)據(jù),&按位與 if(Direction=2&A_B=0&stop=0) /反轉(zhuǎn)&B電機(jī)&電機(jī)沒按下停止 GPIO_MOTOR = FFZ_Bi&0xf0; if(Direction=1&A_B!=0&stop=0) /正轉(zhuǎn)&A電機(jī)&電機(jī)沒按下停止 GPIO_MOTOR = FFW_Ai&0x0F;/取數(shù)據(jù) if(Direction=2&A_B!=0&stop=0) /反轉(zhuǎn)&A電機(jī)&電機(jī)沒按下停止 GPIO_MOTOR = FFZ_Ai&0x0f; Delay(Speed); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速4.3 延時(shí)程序設(shè)計(jì)/void Delay(unsigned int t) unsigned int k; while(t-) for(k=0; k80; k+) 第5章身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)總結(jié)和展望5.1設(shè)計(jì)總結(jié)本文基于機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，以設(shè)計(jì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)為目標(biāo)，為質(zhì)量要求高，生產(chǎn)效率需要提高，降低勞動(dòng)成本，還克服當(dāng)前因?yàn)閲?guó)外身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)價(jià)格高昂普通公司難以承受的問題，與此同時(shí)，切實(shí)滿足技工學(xué)校對(duì)案例提出的講解需求，有助于工人嚴(yán)謹(jǐn)操作，強(qiáng)度也更低。通過本次設(shè)計(jì)研究，為身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的研究提供了一定的思路，希望可以讓車間操作工人在以后的生產(chǎn)中能夠更輕松、更安全的工作，擁有一個(gè)更適合工作的環(huán)境?；诖舜卧O(shè)計(jì)，本人受益頗多，不僅培養(yǎng)自身極佳的邏輯思維能力，而且學(xué)習(xí)到求真務(wù)實(shí)的求學(xué)精神，這實(shí)為對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的科學(xué)歸納。此次身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅使我夯實(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的相關(guān)知識(shí)，而且接觸到極富創(chuàng)新性的內(nèi)容。毋庸置疑，本次設(shè)計(jì)對(duì)本人后期的工作而言十分關(guān)鍵，而在此設(shè)計(jì)過程中，我雖然時(shí)常面臨種種困境，然而在將其逐一解決之后，又倍感充實(shí)和快樂。通過本次設(shè)計(jì)我可以更加系統(tǒng)的了解身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的知識(shí)；能夠了解身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以及應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)；可檢驗(yàn)自身運(yùn)用知識(shí)的能力，以及培養(yǎng)本人良好的自主思考能力。除此之外，此次設(shè)計(jì)過程還極大提高本人查閱有效資料的能力，基于繪制科學(xué)合理的設(shè)計(jì)圖紙，本人學(xué)會(huì)使用CAD等繪圖軟件，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學(xué)和老師獲得了許多解決問題的方法和方式。設(shè)計(jì)過程雖然較為艱辛，然而，將其解決之后的體驗(yàn)也十分快樂，筆者認(rèn)為，僅需要時(shí)刻保持正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，即可迅速成長(zhǎng)。5.2未來展望本論文完成了對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本上滿足了身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)結(jié)果能否完全的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要大量的計(jì)算、分析等工作才能知曉。要想實(shí)現(xiàn)這款身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)達(dá)到完全實(shí)用的目的，讓身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)完全與實(shí)驗(yàn)環(huán)境匹配，還應(yīng)當(dāng)持續(xù)優(yōu)化本文所致力于研發(fā)的系統(tǒng)。例如：尺寸比例等，才可切實(shí)滿足一系列生產(chǎn)需求。故而，必須進(jìn)行較為深入的細(xì)致探究，而可優(yōu)化之處具體如下:根據(jù)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究過程，對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的人機(jī)關(guān)系和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)通用化設(shè)計(jì)。對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真要求進(jìn)行更見詳細(xì)的計(jì)算、分析和研究，保證此身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。對(duì)零部件之間的精密配合要進(jìn)行詳細(xì)的研究，實(shí)現(xiàn)各零部件之間完美的配合。對(duì)身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)的功能和美觀的兼容性問題還有待于以后的繼續(xù)研究25。一款多功能、安全的身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)在未來的社會(huì)發(fā)展中必然會(huì)受到廣大武器檢測(cè)人員的青睞，但要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還需要做大量的工作，由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間緊迫，所以對(duì)于計(jì)算部分沒有做詳細(xì)的研究，在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)進(jìn)行這一部分的研究，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)出一款經(jīng)濟(jì)效益比較高的身管內(nèi)壁疵病視頻檢察系統(tǒng)。第6章身管內(nèi)壁視頻檢查系統(tǒng)成本預(yù)算在上述章節(jié)中，筆者已經(jīng)圍繞工件選材等方面，進(jìn)行較為深入的細(xì)致參數(shù)，在此之后，還需要科學(xué)把控成本，才可切實(shí)保障項(xiàng)目的極佳質(zhì)量，所得成本預(yù)算表詳見表6-1。表6-1預(yù)算表工件選用型號(hào)價(jià)格（元）CCD攝像機(jī)TN-80301960圖像采集卡PC15299200LED燈CL2125020電機(jī)110ST-M060302660軸承6203軸承60單片機(jī)AT89C5150驅(qū)動(dòng)器BD28Nb600總成本5550致謝本設(shè)計(jì)是在老師

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