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三工位汽车活塞环自动检测分选机硬件系统研究ResearchonControllingSystemforThree-positionAutomaticInspectedInstrumentonCarPistonRing学科专业：仪器技术与科学研究生：刘奇指导教师：王仲教授天津大学精密仪器与光电子学院二零一二年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着汽车工业的飞速发展，汽车作为一种交通工具已经被越来越多的人所认可。对于生产厂商来说，如何提高汽车产品的性能是他们的第一关注点。活塞环作为汽车的核心部件发动机的重要组成部分，更是直接影响着发动机的工作效率及其寿命。评价活塞环的合格与否主要是判断其漏光度参数及闭口间隙尺寸这两个方面的参数是否合格。目前用于检测活塞环的手段除了本课题组与铁道部中国南车集团合作的“内燃机车活塞环自动检测分选机”之外，主要是依靠人工检测的办法来实现。而采取人工检测的方法，效率低，精度差，并不能实现对于需求量很大的活塞环进行逐一检测，只能进行抽检，对于人的视力也会有一定的不良影响。因此仅仅依靠人工检测，面对着数以亿计的活塞环产量，显然并不能在效率及精度上保证活塞环的检验质量。本课题是“国家重大专项”课题“基于激光/CCD原理的汽车精密耦件自动化检测共性技术研究”的子课题“活塞环自动检测仪的研究”。本课题在本课题组与铁道部中国南车集团合作的内燃机车活塞环自动检测分选机的研究基础之上，利用工控机，PLC，PCI数据采集卡，增量型编码器等工业元器件结合先进的光电检测技术，计算机视觉技术，研制出了能够多工位并行检测漏光度参数及闭口间隙尺寸两项参数的“活塞环自动检测仪”。本文主要工作如下：1、设计并调试活塞环自动检测仪的硬件控制布局部分，选择合适的执行元器件，确定并执行相应的控制模式。2、根据不同的工作模式要求以及PLC、数据采集卡PCI的不同特点，确定控制方法。并编写PLC以及数据采集卡PCI的相应程序，并建立稳定的PLC与上位机的通信及校验协议。3、设计测漏光度参数工位的总体方案，选择光源照明方案并解决检测过程中的绕线问题。4、分析了影响测量精度的各种因素并给出了处理办法。最后根据实验数据，对测量系统的精度进行了分析并对误差进行了补偿。关键词：活塞环漏光度闭口间隙PLC分选机ABSTRACTWiththedevelopmentoftheautomobileindustryrapidly,theautomobileasameansoftransporthasbeenrecognizedbypeoplemoreandmore.Manufacturersareconcernedabouttheperformanceofautomotiveproductsfirstly.Pistonringisoneoftheimportantpartsforengines.Itsperformancehasdecisiveinfluenceonthequalityandefficiencyoftheengine.Light-gaptightnessdegreeandthepistonringendclearancearethetwomainindicators.Currentlyindomestic,Light-gaptightnessandtheendclearanceofthepistonringareinspectedmanuallybuttheAutomaticInspectedInstrumentonParametersofTrainPistonRingcooperatedwithCSRCorporationLimited.Therearesomeproblemswheninspectedmanually,suchas,lowefficiency,pooraccuracy,affectingtheeyesight.Therefore,relyingsolelyonmanualinspectiondoesnotguaranteethetestqualityofthepistonring.Thisissueissub-topicsofoneofnationalmajorprojectissues-autopartsprecisioncouplingofautomateddetectionofcommontechnologybasedonlaser/CCDprinciples,whichcalled”researchonAutomaticInspectedInstrumentofthepistonring”.Basingonthe“AutomaticInspectedInstrumentonParametersofTrainPistonRing”cooperatedwithCSRCorporationLimited,thegroupdevelopedtheAutomaticInspectedInstrumentofthepistonring,whichcoulddetecttheLight-gaptightnessdegreeandthepistonringendclearanceatthesametimebymulti-position.Theissueusedprogrammablelogiccontrol,PCIdataacquisitioncard,incrementalencoderandotherindustrialdevices,combiningwithadvancedopticaldetectiontechnologyandcomputervisiontechnologytoachievethedetection.Themainworkofthethesisincludesthefollowingaspects:1.DesignedandtestedtheControlSystemofAutomaticInspectedInstrumentonParametersofPistonRing.Selectedtheappropriateimplementationofcomponents.Identifyandimplementappropriatecontrolmode.2.Accordingtothedifferentoperationmodes,wedeterminedthecontrolmethod,whichbasedonthedifferentcharacteristicsofPLCanddataacquisitioncardPCI.WewrotetheprogramofthePLCanddataacquisitioncardPCItoestablishastablecommunicationbetweenPCandPLC.3.DesignedtheoverallprogramforthedetectionstationoftheLight-gaptightnessdegree,selectedthelightsourcelightingsolutionsandresolvedtheproblemofthedetectionprocessofwinding.4.Analysestheexperimentaldevicepositioningaccuracyandrepeatabilityofpositioningprecision,byconstantlymodifytheprogramandtheexternalcircuit,allowingthesystemtoachieveahighpositioningaccuracyandrepeatability.KEYWORDS：Pistonring,Light-gaptightnessdegree,endclearance,PLC,sortingmachine目录第一章绪论....................................................................................................................................11.1活塞环自动检测仪的背景及意义.....................................................................................11.2国内外发展近况................................................................................................................21.2.1内燃机活塞环质量自动检测及其自动分选装置..................................................21.2.2内燃机车活塞环自动检测分选机..........................................................................41.3活塞环自动检测仪的实现所面临的问题.........................................................................61.4本文主要的研究内容........................................................................................................7第二章活塞环自动检测仪总体设计.............................................................................................82.1活塞环自动检测仪总体方案设计.....................................................................................82.1.1工作模式的设计......................................................................................................82.1.2控制方案的设计......................................................................................................82.1.3控制模式的设计....................................................................................................102.2活塞环检测仪工作流程设计....................