哈工大制造系统自动化大作业-零件检测
哈工大测试大作业——传感器综合运用——题目四全解
传感器综合运用一、设计题目如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
图1.测量工件二、厚度检测传感器的选择电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
与电阻式或电感式传感器相比，电容传感器具有四大优点:(l)分辨力高，常用于精密测量;(2)动态响应速度快，可以直接用于某些生产线上的动态测量;(3)从信号源取得的能量少，有利于发挥其测量精度;(4)机械结构简单，易于实现非接触式测量。
因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。
此外，电容器传感器还具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。
因此，在本题中选择电容传感器作为厚度检测传感器。
三、电容传感器的检测原理电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类，下面将分述其检测原理。
1、面积变化型电容传感器这一类传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。
这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。
测量装置如图2所示。
图2.变面积式电容传感器其电容量计算公式为：002121212()22ln()ln()ln()x l l l l l C C C C r r r r r r lπεπεπε-∆∆∆∆=-=-=-=- 式中 L －外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度21,r r -外圆筒内半径与内圆柱外半径 灵敏度0212ln()C C l r r l πε∆=-=-∆2、极距变化型电容传感器极距变化型电容传感器一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
哈工大机械设计制造及其自动化专业课程介绍
机械设计制造及其自动化专业课程介绍默认分类 2010-04-24 11:35:19 阅读61 评论0 字号：大中小订阅作者：船舶学院时间：2009-6-16 14:40:51“机电系统计算机控制”教学大纲(PUTER CONTROL OF ELECTRICAL MACHINE SYSTEMS)大纲编制：李哲教研室主任：李哲课程编码：课程名称：机电系统计算机控制教学性质：选修课适用专业：机械及近机类专业学时：30（26/4）学分：1.5一、课程的性质、目的与任务本课程是适应机电一体化的发展趋势而设立的，是机械设计制造及自动化专业的一门主干课程，主要讲述直流电机、交流电机控制系统，液压伺服控制系统和气压传动控制系统，通过这门课让学生掌握机电液气系统的设计和应用。
二、课程的基本要求本课程主要讲授内容有直流、交流电机的组成、原理、动态特性及其应用，液压伺服系统设计与气压传动系统设计；要求学生掌握机电液气系统的组成、分类，分析和设计；了解各自的特点和应用场合；具备分析机电液气系统和设计简单的机电液气系统的能力，为进一步学习深造和适应未来的工作奠定基础。
三、本课程与相关课程的联系与分工相关课程有：电工学、模拟电路、自动控制原理、液压传动；电工学、模拟电路、自动控制原理等课程作为本课程的基础课。
液压传动课程侧重于讲述液压传动系统，本课程侧重于液压控制系统。
四、教学大纲内容使用教材与参考教材1、使用教材：（骆涵秀主编机电控制 XX大学 2000年1月）2、参考教材：（李洪人液压控制系统国防工业）（邓星钟机电传动控制机械工业）（朱善君可编程控制器系统原理应用维护清华大学）五、教学大纲内容及学时分配第一章概述（2）本章主要内容有：分别用实例引出机电、液压、气动控制系统的整体组成，功能和特点；要求学生掌握机电液气系统的组成；了解机电液气系统的发展方向和选用原则。
第二章直流电机（4）本章主要内容有：直流电机的原理，动态特性分析和系统应用；要求学生掌握直流电机的机械特性和系统应用；了解直流电机的原理、组成。
零件检验计划内容
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机械工程测试技术基础大作业哈工大
哈尔滨工业大学·机电工程学院机械工程测试技术基础Ⅰ课程大作业设计人：段泽军学号：10院系：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：1208108：目录目录................................................................................ 错误!未定义书签。
题目一：信号的分析与系统特性 ............................... 错误!未定义书签。
机械工程测试技术基础课程大作业任务书............................................... 错误!未定义书签。
一，方波信号的数学表达式......................................................................... 错误!未定义书签。
1，方波信号的时域表达式 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
2，时域信号的傅里叶变换 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
二，频率成分分布情况................................................................................. 错误!未定义书签。
三，系统分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
第2章 制造系统及其自动化 ,机械工程 哈工大
信息流程图 资金流程图 物料流程图 思维型 字句型 描述型
机电学院机械制造及自动化系
2.5.1 机械制造自动化系统模型
（3）模型的重要性
例1 勾 股 定 理 与 模 型 勾三股四弦五 数学模型：x2+y2=z2 力的合成与分解 工业机器人动力学与运 动学分析 ……
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2.5.1 机械制造自动化系统模型
∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨
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2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
试验 序号
１１
投硬币 结 果
正 反 正 反 正 正 正 正 反 正
指示 正确
∨
指 示 不正确
掷骰子 结 果
停止
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2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
试验 序号
１
投硬币 结 果
正 正 反 正 正 反 正 正 反 反
指示 正确
∨ ∨
指 示 不正确
掷骰子 结 果
４ ４
消灭敌人火炮数
０ １ ∨ ∨ ∨ ２
4. 模 拟 结 果
２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ３ ６ １ ２
一个周期存储费: q(t) = C2•T•Q/2 = C2•r•T2/2 一个周期的费用: C’ = C1+q(t) = C1+ C2•r•T2/2 每天费用: C(T) = C’/T = C1/T+C2•r•T/2
求解：dC/dT=0
T 2C1 / rC2 Q 2C1r / C2 C(T ) 2rC1C2
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2.5.2 机械制造自动化系统的计算机仿真
哈工大机械设计大作业轴系部件设计完美版
（4）轴段1和轴段7：
轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业3、4可知轴段1长度 ，轴段7长度 。
（5）计算
， ，
， ，
4、轴的受力分析
4.1画轴的受力简图
轴的受力简图见图3。
4.2计算支承反力
传递到轴系部压轴力
带初次装在带轮上时，所需初拉力比正常工作时大得多，故计算轴和轴承时，将其扩大50%，按 计算。
图2
3.2选择滚动轴承类型
因轴承所受轴向力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于2m/s，齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于该减速器的工作环境有尘，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用唇形圈密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。
3.3键连接设计
齿轮及带轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，齿轮、带轮所在轴径相等，两处键的型号均为12 8GB/T 1096—1990。
4.4画转矩图……………………………………………………………6
五、校核轴的弯扭合成强度……………………………………………………8
六、轴的安全系数校核计算……………………………………………………9七、键的强度校核………………………………………………………………10
八、校核轴承寿命………………………………………………………………11
在水平面上：
在垂直平面上
轴承1的总支承反力
轴承2的总支承反力
4.3画弯矩图
竖直面上，II-II截面处弯矩最大， ；
水平面上，I-I截面处弯矩最大， ；
合成弯矩，I-I截面：
II-II截面： ；
竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图5.4所示
4.4画转矩图
哈工大试题库及答案---机械精度检测技术习题
第六章 机械精度检测技术内容概要：在介绍基本检测原则和常用检测仪器的基础上，论述了各典型参数和零件的测量方法，以及新技术在检测中的应用。
教学要求：学会根据不同精度要求合理选择测量器具和测量方法，能运用最基本的检测原则和方法对各典型参数和零件进行测量，并通过实验教学使学生对精度检测技术能力得到一定的训练。
学习重点：检测的基本原则、孔轴的检测方法、光滑极限量规的设计、形状和位置误差的检测原则与方法。
学习难点：光滑极限量规的设计；形大形状和位置误差的检测原则与方法。
习 题一、判断题（正确的打√，错误的打×）1、光滑极限量规是依据包容原则综合检验光滑工件的尺寸与形状的无刻度的检具。
（ ）2、光滑量规通规的基本尺寸等于工件的最大极限尺寸。
（ ）3、止规用来控制工件的实际尺寸不超越最大实体尺寸。
（ ）4、检验孔的尺寸是否合格的量规是通规，检验轴的尺寸是否合格的量规是止规。
（ ）5、塞规是检验孔用的极限量规，它的通规是根据孔的最小极限尺寸设计的。
（ ）6、环规是检验轴用的极限量规，它的通规是根据轴的最小极限尺寸设计的。
（ ）7、塞规中的止规是按轴的最大极限尺寸设计的，作用是防止轴的实际尺寸大于轴的最大极限尺寸。
（ ）8、用以检验工作量规的量规是校对量规。
（ ）9、塞规的工作面应是全形的，卡规应是点状的。
（ ）10、通规和止规公差由制造公差和磨损公差两部分组成。
（ ）11、给出量规的磨损公差是为了增加量规的制造公差，使量规容易加工。
（ ）12、规定位置要素Z 是为了保证塞规有一定使用寿命。
（ ）13、国家标准规定，工作量规采用内缩极限。
（ ）14、安全裕度由测量器具的不确定度所决定。
（ ）15、验收极限即最大极限尺寸和最小极限尺寸分别减速去一个安全裕度A 。
（ ）二、选择题（将下面题目中所有正确的论述选择出来）1、按极限尺寸判断原则，某轴mm0800240032。
--φ实测直线度误差为0.05mm 时，其实际尺寸合格的有_____________。
哈工大机械制造基础大作业二
题目及要求(1) 机械加工工艺路线（工序安排）① 工艺方案分析 加工重点、难点② 工序编排 加工顺序、内容③ 加工设备和工艺装备(2) 关键问题分析① 加工工艺问题② 装夹问题③ 生产率问题④ 新技术(3) 解决关键问题的工艺措施（参阅资料)一、零 件 的 分 析零件的工艺分析:零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良,但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求需要加工的表面:1。
小孔的上端面、大孔的上下端面；2。
小头孔0.021022+-Φmm 以及与此孔相通的8Φmm 的锥孔、8M 螺纹孔;mm；3。
大头半圆孔55位置要求：小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0。
07mm.由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证.二、零件加工工艺设计（一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200.考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。
选用铸件尺寸公差等级CT9级，该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为:工序适当分散；广泛采用专用设备，大量采用专用工装。
（二)基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。
（1) 粗基准的选择:以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。
（2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合"原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。
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设计说明书
一、设计任务
1、零件结构图
图1.零件结构图
2、设计要求
（1）孔是否已加工？
（2）面A和B是否已加工？
（3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？
（4）凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？
（5）零件质量20±0.01kg是否满足要求？
（6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？
（7）如果不合格将其剔除到次品箱；
（8）对合格产品和不合格产品进行计数。
3、工作量
（1）设计一套检测装置，能完成所有检测内容；
（2）说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何实现；
（3）自动检测流程图一份。
4、设计内容及说明
要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。
二、设计方案
根据设计要求，该自动检测生产线应具备形状识别（检测圆孔和平面是否加工）、孔径检测、凸台外径检测、质量检测、标识检测等功能，故初步设计该生产线应具有5道检测工序。
在每个检测工位上都对应有一个废品下料工位，将不合格品剔除到废品传送带上，同时最后还要对合格产品和不合格产品进行计数，故初步预计该生产线共有12个工位（5道检测工位、5道废品下料工位和2道计数工位）。
所有这些工位均匀分布于检测线上(以便准确定位)。
整个检测线应用机电一体化技术，综合控制各道工序的检测工作，包括零件的搬移、检测设备的动作、数据连接、检测结果处理、不合格工件的下料处理等。
检测生产线线基本结构如图2所示：
图2.零件质量检测系统基本结构图
1、判断孔和平面A、B是否加工的方案
由于设计要求中只要求检测孔和平面是否被加工，而无需检测它们的大小和精度，因而可采用价格相对低廉的光电传感器进行检测，其检测方法如图3所示。
图3.光电开关检测原理图4.面A、B未加工时零件的形状
(a)检测光电传感器检测孔是否加工 (b)检测光电传感器检测平面A 、B 是否加工
图5.检测光电传感器检测孔和平面是否加工原理图
具体的检测原理图如图5.所示。
在图5(a)中，当光电传感器发出的光通过孔时，孔下方的信号接收装置就能够接受到光信号，进而转换为电信号，从而判断是否孔是否已加工。
在图5(b)中，若工件面A 或面B 未加工(即零件下部为圆盘形状，如图4.所示)，则光电传感器发出的光信号无法被工件下方的传感器接收到，从而判断工件面A 或面B 未加工，若工件的表面A 及面B 都已加工，则工件A 、B 两侧下方的传感器都能够接收到光信号，从而转换为电信号，进而判断面A 、B 都已加工。
因此，在检测工位1上按一定的位置要求放置3个光电传感器，就可以检测孔和平面A 、B 是否已加工。
2、孔径精度的检测方案
图6.三点式平均直径测定原理
孔径精度的测量原理如图6所示，采用三点式平均直径测定原理进行测量。
具体的测量方法如下所述：设计一个类似于塞规的测定杆，在测定杆的圆周上沿半径方向放置三个电感式位移传感器，通过测定孔内径上的三个被测点W 1、W 2、W 3测出平均圆直径。
在测定杆处相隔、Ф角装上三个电感式位移传感器，用该检测器可测出间隙量y 1、y 2、y 3。
已知测定杆的半径r ，则可求出：
11Y r y =+
22Y r y =+
33Y r y =+
根据三点式平均直径测定原理，平均直径D 0可由下式求出。
12302()1Y aY bY D a b
++=++ 式中a 、b 为常数，由传感器角度、Ф决定，该测定缸最佳配置角度为=Ф=125°，取a=b=0.8717。
该测量方式测量精度比较高，同时可消除室温变化引起的误差，其精度可达到±2um ，而内孔的公差要求为±10um ，故该测量装置可以满足检测要求。
3、凸台外径精度的检测方案
凸台外径精度可以用CCD 传感器来检测，其检测原理如图7.所示。
CCD ，即电荷耦合器件，是一种特殊的半导体器件和新型的固体成像器件，由一系列排列紧密的MOS 电容器组成，其突出特点是以电荷作为信号。
CCD 芯片上有许多光敏单元，它们可以将不同的光信号转换成电荷输出，从而形成对应原始光图像的电荷图像。
当被测工件放置在线阵CCD 前端时，光学系统会把被测工件成像在CCD 的光敏面上。
在CCD 驱动信号的作用下，被测工件与背景在光强分布上的变化被反映在CCD 输出的视频信号中。
利用线阵CCD 测量工件直径的原理框图如图8所示，测量装置简图如图9.所示。
图D 成像过程
图D 测量直径原理框图
图9.用CCD测量零件直径装置简图
在视频信号中，每一个离散电压信号的大小均对应该光敏元接收到的光强，被测工件的影像大小反映在CCD输出信号中电压的高低上，即在CCD中间被工件遮挡部分对应的光敏元输出电压为低，两侧未被遮挡的光敏元输出电压为高。
CCD输出的电压信号经过差动放大和滤波处理二值化后，可提取出表示影像d'大小的脉冲信号。
该脉冲信号送入单片机，测出脉冲宽度，即可求得被测尺寸的大小，从而判断是否满足精度要求。
由于CCD传感器能够达到比较高的测量精度，故该测量装置能够实现检测要求。
4、零件质量的检测
零件的质量可以直接采用称重传感器进行检测。
称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广，此处即采用电阻应变片式称重传感器，其测量原理如图10.所示。
图10.电阻应变片式称重传感器测量原理图
将工件置于测量台上，在重力的作用下，电阻应变片发生应变，电阻发生变化。
通过测量点电桥，可将力信号转换为电信号，受到不同压力或拉力时产生的电信号也随之变化，而且力与电信号的关系一般为线性关系。
由于称重传感器一般的输出范围为0～20 mV，对于A/D转换或单片机的工作参数来说，不能使
A/D转换和单片机正常工作，所以需要对输出的信号进行放大。
由于传感器输出的为模拟信号，所以需要对其进行A/D转换为数字信号，以便单片机接收。
单片机根据称重传感器输出的电信号和速度传感器输出的速度信号计算出物体的重量。
5、产品标签的检测
考虑到标签是白色的，因而反射性能良好，可以采用反射式光电传感器，检测标签是否贴正或漏贴。
图11.工件标签检测原理
工件标签的检测原理图如图11所示。
当工件标签贴正时时，所有的光电传感器都能够接收到反射回来的光信号；当工件标签漏贴或者贴歪时，总有传感器未接收到光信号，根据光电传感器接收到的信号就可以判断标签是否漏贴或贴歪。
6、不合格产品的剔除与产品的计数
当检测工件不合格时，则应该剔除，同时要求计算合格数与不合格数。
每过来一个工件，若在上述5个检测工位有一处不满足要求，则工件不合格，该工件在废品下料工位被剔除到废品传送带上运送到废品箱；当所有的检测指标都满足要求时，则认为工件合格，合格工件从自动检测生产线一直被运送到正品箱。
废品剔除装置简图如图12.所示，自动检测生产线一共有5个检测工位（下方传送带），若在某个检测工位上零件检测不合格，则在该检测工位的下一个废品下料工位，由垂直运动方向的推杆将该零件推至废品传送带（上方传送带）上运送到废品箱；反之，则由与运动方向平行的推杆推至下一个检测工位。
推杆运动可由液压缸控制，如图13.所示。
图12.废品剔除装置简图
图13.液压缸控制推杆
合格产品和不合格产品的计数可以通过涡流传感器进行计数，将两个涡流传感器分别放置在两条传送带的末端，每过一个合格零件或每过一个不合格零件，两个涡流传感器分别计一次数。
检测装置简图如图14.所示。
图14.涡流传感器计数装置简图
三、自动检测流程图
自动检测流程图如图15所示。
参考文献
1.孙彦萍, 孙小飞, 王子豪. 传送带重量检测的远程显示与处理[J]. 自动化控制与装备, 2014, (23): 23-26
2.王彩霞. 线阵CCD非接触直径测量系统设计[J]. 自动化仪表, 2012, 33(4): 41-44
3.卢泽生. 制造系统自动化技术[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2012. 156-189。