工程硕士论文答辩

检测装置 检测装置
1
2
RT
232/458 转换器
检测装置 N
主机与各检测装置的连接方式如图
返回
主单片机系统
地址分配
返回
下位机系统的地制止分配表
模块名称 主弹片机系统 驱动模块接口 转矩控制模块接口 速度控制模块接口
地
址
0000H——1FFFH 4000H
8000H——83FFH C000H——C3FFH
试件4质心检测误差分布图
返回
质心检测误差变化趋势
误差分布（%）
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
1
2
3
试件顺序
质心检测误差趋势图
4
返回
相对误差（%）
转动惯量检测试验
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
检测顺序
试件1转动惯量误差分布图
相对误差（%）
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
检测顺序
试件2转动惯量检测误差分布图
相对误差 （%）
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
检测顺序
试件3转动惯量检测误差分布图
因是采用了无摩擦气体轴承和平衡力矩测量技术。独特的气体轴承
设计可以在一台机器上一次测量动平衡度、转动惯量、质心质量。
质心、称重设备质心转动惯量检测装置转动惯量检测装置
•
国内西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室
采用扭摆振动振幅测试法，对轴向最大负荷为10 kN的转动惯量测试
台磁悬浮系统的电磁阻尼进行了实验研究，结果表明该磁悬浮系统
变 位状 态 7 6 5 43 2 1 0 H SI.3 HS I.2 HS I.1 HS I.0 06H （字 ） SHI - - STA TUS 先读
0
1
2
FIFO
3
4
5
6
7
保持 寄存 器 ( HR )
PINT
7 6 5
4
HRI 1 中断
3 2
0
1
0
09H
HSI -- TIME
04 H
8096高速输入寄存器系统图
返回
被检测工件 支撑驱动轮 摩擦驱动轮
驱动摩擦轮组置位
测力传感器
置位驱动油 缸
测力升降台
摩擦轮置位机 构
驱动摩擦轮组离开
返回
Z Z
z x
X
G
2a
P1+P2
P4+P3
P1+P4
y
G
2b
z
Y
P2+P3
工件质心 Z
被 检 测工 件
Y
X
检测平台
G
P1
P2
测力传感器1 P4
测 力 传 感器 2
P3
测力 传 感 器4
•
参数检测和数据处理系统由两部分组成，即上位机系统和下
位机系统。上位机系统负责复杂的计算和控制；下位机直接负责
各传感器检测的数据处理和对各模块的控制、转矩的控制以及对
检测装置的直接驱动控制。
• 下位机系统--
• 上位机系统--
验证试验和数据分析
• 质心检测试验-• 转动惯量检测试验--
结论
• 试验表明，本文的检测方法是可行的。 在本文中主要创新点如下：
相对误差 （%）
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
检测顺序 试件4转动惯量检测误差分布图
转动惯量检测误差变化趋势
返回
转动惯量检测误差变化趋势
误差分布（%）
4 3.8 3.6 3.4 3.2
3 2.8 2.6 2.4 2.2
2 1.8 1.6 1.4 1.2
返回
速度检测模块
强电电路
速度检测接口
返回
强电驱动控制电路
返回
速度检测接口
P2. 4 P 2.3
IOC0 7 6 5 4 3 2 1 0 15H
HSI.0
1
0
HSI .1
1
0
HSI .2 HS O.4
1
0
1
0
HS I.3
1
0
1
0
HSO. 5
7 6 54 3 2 1 0 H SI.3 HS I.2 H SI.1 HS I.0
中，向心电磁轴承的电磁阻尼起决定性作用．同时还采用有限元法
和级数法对电磁推力轴承和径向轴承中的电磁场进行了计算，理论
计算的结果与实验测量的结果有很好的一致性，转动惯量的计算值
与实测值的误差仅为1.09%
质心自动检测系统功能介绍
• 系统的组成 • 称重• 质心检测• 转动惯量检测-
关于参数检测和数据处理
返回
• 外位机采用了多单片机系统，使各 参数的检测和处理同时进行，克服了程 序顺序执行造成的检测误差；
• 多单片机之间采用双口RAM和FIFO 存储器数据传输技术，解决了单片机通 信接口资源的短缺和检测同步，处理异 步之间的矛盾，同时也避免了传统串行 通信波特率设置造成的数据传送误差。
返回
• 在工件中安装特殊工装，遥控模拟工件内 部可移动部件的实际工作情况，可以进行连续 检测，找出工件实际工作时质心和转动惯量的 变化规律。
形对称分布在支撑平台上（见图），四个称重传感器检测质的总
和就是工件的重量。
返回
检测平台支撑台
被测工件 测力平台
支撑轮 摩擦驱动轮 检测平台 测力传感器
返回
• 工件质心检测基本原理 将工件放置在检测装置中（与转动惯量检测同一装置），启动
质心检测功能，这时检测平台由四个对称分布的测力传感器顶起 脱离平台支撑面（见图） 由摩擦驱动轮组驱动被测工件作定轴 转动。按检测要求，工件每转900 为一个质心检测位置，一个圆 周共有4个检测位置，每个检测位置工件都停下来，摩擦轮组离开 支撑轮组（见图）。一个位置检测完毕后，摩擦轮组在油缸的驱 动下置位，将工件顺着原方向再转过900 ，摩擦轮组重新离开支 撑轮组，周而复始，直到一周3600的4个位置全部检测完毕（见 图）。
1 0.8
1
2
3
4
试件顺序
试件
平均检测误差（%）
转动惯量检测误差变化趋势图
返回
• 工件直接放在检测台上，进行静态 检测，避免了动态误差（如速度稳定性 等）对检测精度的影响；
• 采用四点对称检测方式，克服了工 件本身园度误差对检测精度的影响。
返回
采用了两点旋转的检测方法，抵消 了摩擦对转动惯量检测精度的影响。因 此，不必采用复杂的气动轴承系统或电 磁悬浮技术也能达到检测的精度要求。
•主单片机系统-
•速度检测模块--
•转矩检测模块--
•检测装置驱动模块-- 通信接口
主单片机系统
通信接口
速度检测 控制系统
通信接口
通信接口 检测装置驱动系统
转矩检测 控制系统
下微机系统结构框图
返回
上位机系统
VCC
上
232/
位 机
485 A 转 换 RT
器
B
R
232/458
232/458
转换器
转换器
返回
Ⅲ缸 （测力平台缸）
压力传 感器 1
压力传 感器 2
压力传
KP
感器 3
K2
K3
K1
K4
D
液压系统图
返回
下位机系统
下位机系统由主单片机模块（包括称重模块）、速度检测模块、
转矩检测模块和检测装置驱动模块的四部分组成，通过双口RAM、
FIFO存储器和各单片机的外中断接口引脚将它们有机地结合起来，
共同完成检测任务。
返回
转矩检测模块
返回
检测装置驱动模块
返回
质心检测试验
• 采用四个标准试件，每个试件检测十次，检测结果如下：
相对误差（%）
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 检测顺序 试件1质心检测误差分布
相对误差（%）
0.25 0.20
0.15 0.10 0.05
非均匀圆柱形工件质 心自动检测系统
课题内容介绍
本课题包含以下两部分内容： • 研究圆柱形工件的质心、质量和转动惯
量的检测方法 • 初步设计自动检测系统
课题背景及其研究的意义
• 本课题是中物院计测中心的预研课题 • 研究的目的是要解决长径比较大的非均匀质量
分布圆柱形工件（使用专用工装，还要能用于 其他形状工件的检测）的质心、质量和转动惯 量的检测问题和变质心（变转动惯量）工件的 连续检测问题。同时提出多设备同时检测的数 据通信网络的构建方法，为今后的多检测设备、 多参数同时检测并且进行产品的整体系统动态 测试和混合仿真试验分析打下基础
HSI - - MOD E
RST
定 时器 2
C LK
（ 16位 ）
IOS1 76
16H （读）
HSO. 4 H SO.5
HSO
沿 检测器 （四 路）
XTAL 1 (12M )
3
IO C1 76 4
1 6 H（ 写 ）
8 2μ s
定 时器 1 （1 6位）
00
18
01
10
11
03H
某路 的当 前电 平
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 检测顺序
试件2质心检测误差分布图
相对误差（%）
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 检测顺序
试件3质心检测误差分布曲线图
误差变化趋势
相对误差（%）
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 检测顺序
JR J1 r1
TMZ1 TLZ ( J g J0 ) g1 TMZ 2 TLZ ( J g J0 ) g 2
将前式减去后式整理得：
J2 r2
r3
r7
J7
r5
J 4 r4
r6 J 6
Jg
TMZ1 TMZ 2
g1 g2
J0
系统传动简图
返回
Ⅰ缸
（前摩擦轮组缸）
Ⅱ缸
（后摩擦轮组缸）
国内外现状
•
目前国内外普遍使用的质心检测方法主要有三点测量法，四点
测量法等；常用的转动惯量检测方法主要有三线摆法、能量法、转
动法和扭摆振动振幅测定法等。
•
美国Space Electronios公司目前是航天大尺寸物体质量性能测量
的领先者。所销售的转动惯量测试仪大约是世界上其它公司销量的
总和。其质心测量仪是目前世界上最准确的。其成功的一个主要原
* 质心检测— * 转动惯量检测— * 下位机系统— * 可进行连续检测--
谢谢
质心、重量检测装置
返回
转动惯量质心、检测装置
返回
转动惯量检测装置
返回
•
质心检测系统由检测平台、摩擦驱动轮组、同步轮传动系统、
工件旋转驱动系统、检测换位液压驱动系统、参数检测传感器组、
下位计算机系统和上位计算机系统组成。
测 力 传 感器 3
返回
转动惯量检测状态
检测装置传动系统图 液压系统图
返回
支撑轮 摩擦轮
压带轮
被检测工件
上同步带 轮
同步带
大齿轮 速度传感器 小齿轮
下同步带 轮 交流电动机 扭矩传感器
检测原理
检测装置传动系统简图
返回
对同一工件，分别施加两个不同的
驱动转矩 TMZ1 和 TMZ2 ( TMZ1 >TMZ2 ), 分别获得两个加速度 g1 和 g2 ,
检源自文库平台支撑台
被测工件
支撑轮 摩擦驱动轮 检测平台
测力传感器
测力平台
返回
•
工件的重力检测是由四个相同的测力传感器在测力传感器顶
起装置驱动下进行的。测力传感器顶起装置在升降液压缸的驱动
下，将测力传感器支撑平台托起或放下，完成检测工件的重量检
测（同时也可以进行检测工件的质心和检测转动惯量的位置转
换）。测力传感器支撑平台由四根导柱导向，测力传感器成四边