哈工大复杂机械系统设计大作业

2013年6月1

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滚珠自动分选机测控系统设计

摘要：本设计是针对滚珠按直径自动分选的难题，提出一种采用CCD光电传感器来实现对滚珠直径进行测量的方法。通过对CCD中被挡光部分的像元个数的计数，从而获得滚珠的实际直径，经过系统中单片机的自动分析判断，启动分选装置，将符合条件的滚珠分选出来。该方案可较好的实现滚珠的自动分选，是光电技术在滚珠分选行业的典型应用。

关键字：滚珠；分选机；CCD-TCD142D传感器；89C52单片机；误差分析

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成都学院学士学位论文（设计）

目 录

1 绪论 ...........................................................................1

1.1 滚珠分选机研究的现状 .....................................................1 1.2 研究内容 .................................................................1 2 方案设计 .......................................................................2 3 分选机模块设计 .................................................................3

3.1 上料装置 .................................................................3 3.2 送料装置 .................................................................4 3.3 测量部分 .................................................................6

3.3.1 测量装置 ...........................................................6 3.3.2 激光发射端 .........................................................7 3.3.3 CCD光电传感器 ......................................................8 3.3.4 CCD-TCD142D传感器 .................................................10 3.4 分选部分 ................................................................11

3.4.1 分选原理 ..........................................................11 3.4.2 分选装置 ..........................................................12

4 系统软件设计 ..................................................................13

4.1单片机 ..................................................................13

4.1.1 AT89C52简介 .......................................................13 4.1.2 引脚介绍 ..........................................................13 4.2 CCD-TCD142D电路 ........................................................16 4.3 二值化电路处理 ..........................................................17 4.4 输入模块 ................................................................18 4.5 显示模块 ................................................................19 4.6 分选模块电路设计 ........................................................20 4.7 总体电路设计 ............................................................21 4.8 系统程序设计 ............................................................21 5 测量误差分析及误差消除方案 ....................................................22

5.1 误差分析的要素 ..........................................................22 5.2 随机误差 ................................................................23

5.2.1 滚珠热胀冷缩引起的随机误差 ........................................23 5.2.2 被测滚珠尺寸产生的测量误差 ........................................23 5.2.3 被测滚珠表面粗糙度引起的误差 ......................................24 5.3 系统测量误差 ............................................................25

5.3.1 测量环境中杂质引起的误差 ..........................................25 5.3.2 传感器定位引起的误差 ..............................................25 5.4 本章小结 ................................................................26 6 结论 ..........................................................................27 附录一 ..........................................................................28 附录二 ..........................................................................29 附录三 ..........................................................................30 参考文献 ........................................................................31 致 谢 ..........................................................................32

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成都学院学士学位论文（设计）

1 绪论

1.1 滚珠分选机研究的现状

调查资料表明，国内外对轴承滚珠的分选装置的研究经历了很长的一段时间，它作为轴承制造业中重要的专用设备，对提高轴承质量，提高生产效率，减轻工人的劳动强度，具有十分重要的意义。根据测量方式的发展过程将分选装置分为以下几个阶段[1]：

第一阶段：采用千分表对滚珠进行测量，这种方式出现最早，也是应用时间最长的一种测量方式，在我国大多数的轴承生产厂家依然沿用该分选方式，它虽然能够在一定程度上满足生产的需要，但由于采用该方法必须投入大量的人力资源，严重的浪费了劳动力，对于人口密集型的地区来讲尚可以适用，但对于劳动力稀缺的地方就存在着人力资源浪费的现象。

第二阶段：采用接触式的测量方式，根据不同的滚珠，设计不同类型的滚珠分选机，设计的目的是为了能够实现自动上料、自动送料、自动测量以及依类别分选等过程。

第三阶段：采用非接触式的测量方式，将计算机强大的数据处理能力和庞大的分析能力有机地结合起来，以满足人们对于工业自动化程度不断提高的需要。采用非接触式的测量方式不仅能够解决测量过程中由于磕碰产生的误差，而且测量精度也非常高 。

综上所述，滚珠分选机因轴承行业的兴起而发展，随着工业发展的程度的不断递进，研制自动化程度更高的分选设备对我国工业自动化水平的提高有强劲的推进作用。 1.2 研究内容

（1）研发一种能够取代传统检测方式的测量设备，其作用对象是轴承滚珠。 （2）寻求一种不同于当前分选机的测量方式，提出利用CCD光电传感器实现非接触式测量的方式来获得被测滚珠的直径的思路，并在结构中合理运用。

（3）测量后的滚珠要按照一定的尺寸进行分级存放，如何进行分类筛选是该装置的一个需要重要考虑的问题。

（4）对测量过程中由随机误差、系统测量误差引起的对测量结果可能产生误差的原因进行分析，找出主要误差和次要误差，对可能产生的误差值进行量化，并提出避免和减少误差产生的方案。

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