機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)傳感器的綜合運(yùn)用

課程大作業(yè)說(shuō)明書課程名稱：機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題目：傳感器的綜合運(yùn)用院 系：班 級(jí)：設(shè)計(jì)者：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：1題目 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2設(shè)計(jì)步驟 .錯(cuò)誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z2.1選擇傳感器系列 12.2精度分析 1\o"CurrentDocument"3平行度要求 2\o"CurrentDocument"4電渦流傳感器工作原理 2\o"CurrentDocument"5測(cè)試方法 25.1測(cè)量圓周 25.2擬合圓心 25.3計(jì)算直線 35.4計(jì)算誤差并計(jì)算是否滿足設(shè)計(jì)要求 4\o"CurrentDocument"6總結(jié) .4\o"CurrentDocument"7參考文獻(xiàn) .41題目:如圖所示的工件工件厚度60mm，現(xiàn)在需要測(cè)量圖示所標(biāo)注的平行度，選用適合的傳感器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)量方案。排虹6汴3.的2設(shè)計(jì)步驟:1） 選擇傳感器系列選擇合適的傳感器不僅需要滿足測(cè)量精度要求，而且要便于測(cè)量，還要考慮測(cè)量成本。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于工件最小的內(nèi)徑可能僅有25.5mm，故測(cè)量探頭尺寸不能過(guò)大。另外為了能更快獲取足夠多測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，最好采用非接觸測(cè)量方法，提高測(cè)量效率。目前，常用的位移傳感器主要有電感式、電容式、激光式、射線式、渦流式等。其中，激光位移傳感器測(cè)距范圍大、與被測(cè)材料無(wú)關(guān)、響應(yīng)速度快，但是價(jià)格昂貴，且易受灰塵等環(huán)境因素干擾，并且其分辨率受到衍射效應(yīng)的影響。光電式位移傳感器利用激光三角反射法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體材質(zhì)沒(méi)有任何要求，主要影響為環(huán)境光強(qiáng)和被測(cè)面是否平整。電容位移傳感器適用于各種導(dǎo)電材料測(cè)量，具有高分辨率，但是要求使用場(chǎng)合干凈，對(duì)油污、塵埃、水等靜電荷的干擾敏感，在實(shí)際應(yīng)用中很少。超聲波傳感器精度要求達(dá)到1mm時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去，通常應(yīng)用在倒車?yán)走_(dá)，雷達(dá)液位計(jì)等對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。電感位移傳感器靈敏度高、結(jié)構(gòu)可靠、溫度和濕度影響小、分辨率高、但頻響較低，不宜用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。電渦流位移傳感器測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、安裝維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)，適用于金屬材料的測(cè)量，對(duì)油污、塵埃、濕度、干擾磁場(chǎng)不敏感，且價(jià)格相對(duì)低廉。因此擬作為主要測(cè)量元件。2） 精度分析工件公差帶為70|im，測(cè)量精度應(yīng)小于14|im。選擇電渦流位移傳感器的測(cè)量精度為4|im，符合要求。3平行度要求:題目所示工件，以底面A為基準(zhǔn)平面，孔的軸線理論上應(yīng)限定在平行于該基準(zhǔn)平面，間距等于70“m的兩平行平面之間，即認(rèn)為是滿足設(shè)計(jì)精度要求的。4電渦流傳感器工作原理：如圖所示，當(dāng)高頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時(shí)，將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)H1。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流12。I2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，也就是所謂為的趨膚效應(yīng)。電渦流I2引起載流線圈阻抗Z的變化。也就是說(shuō)，金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率J、磁導(dǎo)率|J、幾何形狀、線圈的集合參數(shù)、激勵(lì)電流的強(qiáng)度和頻率及線圈與金屬導(dǎo)體間的距離有關(guān)。線圈的阻抗Z可用如下函數(shù)來(lái)表示：Z=F（p、。、r、d、x、I、f、N）5測(cè)試方法:1） 測(cè)量圓周垂直于孔理論軸線取一測(cè)量截面，電渦流傳感器測(cè)量頭繞理論軸線旋轉(zhuǎn)一周，并使測(cè)量頭與被測(cè)截面間距保持在其線性范圍內(nèi)。根據(jù)初始的傳感器距離標(biāo)定值和測(cè)量信號(hào)的變化量得出每一測(cè)量點(diǎn)與理論軸線之間的距離。根據(jù)傳感器的旋轉(zhuǎn)位置，得到該測(cè)量點(diǎn)與初始位置間的夾角。將距離值和角度值描繪于極坐標(biāo)中，并將相鄰點(diǎn)連接，即認(rèn)為是該被測(cè)截面的實(shí)際形狀。2） 擬合圓心坐標(biāo)變換將各點(diǎn)在極坐標(biāo)系位置變換成直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值：x=r*cos0,y=r*sin0估算圓心取邊界極值(xmax，ymax)和(xmin，ymin)估算圓心位置xC':xC'=(xmax+xmin)/2，yC'=(ymax+ymin)/2順序選取不共線的三點(diǎn)：A(xA，yA)，B(xB，yB)，C(xC，yC)，確定外接圓，設(shè)圓心(x0，y0)，有：(xA—x0)”2+(yA—y0)”2=(xB—x0)”2+(yB—y0)”2(xA—x0)”2+(yA—y0)”2=(xC—x0)”2+(yC—y0)”2解得：x0=[(xB"2—xA"2+yB"2—yA"2)(yA—yB)/2—(xA"2—xC"2+yA"2—yC"2)(yA-yC)/2]/[(xA—xB)(yA—yC)—(xA—xC)(yA—yB)]y0=[(xA"2—xC"2+yA"2—yC"2)(yA—yB)/2—(xA"2—xB"2+yA"2—yB"2)(yA—yB)/2]/[(xA—xB)(yA—yC)—(xA—xC)(yA—yB)]擬合圓心將邊界點(diǎn)數(shù)據(jù)代入公式：(x—x0)”2+(y—y0)”2=R"2設(shè)：al=Zxi，bl=Zyi，a2=Zxi"2,b2=Zy「2，a3=Zx「3，b3=Zy「3cll=Zxi*yi，c12=Zxi*y「2，c21=Zx「2*yi設(shè)￡(x0，y0，R)=Z[(xi—x0)”2+(yi—y0)”2—R"2]”2。求導(dǎo)得：TOC\o"1-5"\h\z—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]( xi —x0) = 0—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]( yi —y0) = 0—4Z[(xi— x0)”2+( yi —y0)”2—R”2]R= 0整理得：a1(x0”2+y0”2) —2a2*x0 — 2c11*y0+a3+c12 — R”2*a1 = 0b1(x0”2+y0”2) —2c11*x0—2b2*y0+c21+b3 — R”2*b1 = 0n(x0”2+y0”2)—2a1*x0—2b1*y0+c2+b2—n*R”2=0解得圓心(x0，y0)及半徑R：x0={(2a1b1/n—2c11)[b3+c21—b1(a2+b2)/n]—(2b1”2/n—2b2”2)[a3+c12—a1(a2+b2)/n]}/{(2a1”2/n—2a2)(2b1”2/n—2b2)—(2a1b1/n—2c11)”2}y0={(2a1b1/n—2c11)(a3+c12—a1(a2+b2)/n)—(2a1”2/n—2a2”2)[b3+c21-b1(a2+b2)/n]}/{(2a1”2/n—2a2)(2b1”2/n—2b2)—(2a1b1/n—2c11)”2}R=sqrt{[Z(xi—x0)”2+Z(yi—y0)”2]/n}將計(jì)算得到的新圓心坐標(biāo)代回第二步中計(jì)算的圓心位置，進(jìn)行下一次迭代處理，最后得到計(jì)算結(jié)果。計(jì)算直線根據(jù)上一步求得的圓心坐標(biāo)，以及測(cè)量時(shí)傳感器所測(cè)截面相對(duì)基準(zhǔn)平面的位置，得出該圓心的空間坐標(biāo)。設(shè)孔內(nèi)所測(cè)兩圓心。1(xQ1，yQ1，zQ1)，Q2(xQ2，yQ2，zQ2)。將Q1,。2代入直線方程：A1x+B1y+C1z+D1=0解出A1,B1,C1。4）計(jì)算誤差并計(jì)算是否滿足設(shè)計(jì)要求設(shè)基準(zhǔn)平面底面A的方程為Z=0又由于工件厚度為60mm，則所求的孔的圓心所在的直線在60mm的長(zhǎng)度內(nèi)，在Z方向上的間距應(yīng)小于70“m,即可滿足精度要求。6總結(jié)：采用電渦流傳感