轧辊在线非接触检测系统的研究和设计

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厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体己经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范(试行)》。另外，该学位论文为()课题(组)的研究成果，获得()课题(组)经费或实验室的资助，在()实验室完成。(请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。)声明人c签孙翻吁如，≥年多月／／日 L 厦门大学学位论文著作权使用声明本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1．经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。(x／)2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)栅嚣笔：抖才如p年多月／／日 摘要随着制造业的不断发展，汽车、家电等行业对金属薄板的需求日益增加。金属薄板的质量直接影响产品的性能、品质和外观。金属薄板是由一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧制而成，因此轧辊的辊型精度直接影响金属薄板的加工质量。轧辊磨床在线测量(On．1ineProfileMeasurement，简称OPM)是指磨床在磨制轧辊的过程中，对轧辊表面精度进行测量，并将测量数据反馈给轧辊磨床。轧辊磨床可以根据反馈的测量数据，对磨制中的轧辊进行准确的在线辊型磨削量控制，对提高辊型的加工质量和避免废件产生起到关键作用。本论文分析了目前轧辊加工企业使用的轧辊辊型检测方式，主要以在线接触式测量为主。该测量方法虽拥有测量精度高、成本低的优点，但会在轧辊表面留下测量划痕影响轧辊的辊型精度，甚至造成轧辊废品产生。目前的非接触检测方式的研究核心为传感器的设计，比如超声波检测法、光纤检测法、CCD检测法和激光检测法，然而这些检测方法都存在不同程度的缺点，如易于受环境干扰、测量结果不稳定、结构和操作复杂、成本高等，不利于检测装置的推广使用。此外，如果单独使用高精度的非接触传感器测量轧辊辊型，虽然可以保证测量精度高的优点，但由于传感器测量范围有限而被限制应用于凹凸量较大的曲辊辊型检测中。针对非接触传感器测量范围窄的缺点，本论文提出“非接触传感器+滚珠丝杆+光栅尺”检测机构与恒间距检测原理结合的方式测量轧辊辊型。通过标定试验和偏心轮实验，验证了检测系统的性能。实验结果表明：当使用线性度为士O．5％ES的位移传感器时，轧辊在线检测系统的线性度可达IU土O．07％ES；经多次测量，当标定平台在35mm的线性范围内移动时，轧辊在线检测系统的测量误差在土251am之内：此外，根据实验可以证明，轧辊在线非接触检测系统可跟随被测物自动调整传感器的位置，验证了恒间距检测原理的可行性。； 本论文提出轧辊在线非接触检测系统实现了在线非接触式测量、测量范围广、测量精度高、灵敏度高、非接触的特点，具有较好的开发实用前景。关键字：轧辊辊型在线非接触检测 AbstractWiththecontinuousdevelopmentofmanufacturingindustry,automobile，homeelectricalappliancesindustry,metalsheetdemandisincreasing．Thequalityofthesheetmetaldirectlyaffectstheproduct’Sperformance，qualityandappearance．Metalsheetisrolledbyagroupofroll，SOtheprecisionofrollprofiledirectlyinfluencethequalityofsheetmetal．On-lineProfileMeasurementmeansmeasurerollprofileintheprocessofgrindingrollgrinder,andtheMeasurementdatafeedbacktorollgrindingmachine．Rollgrindingmachinecancontrolthegrindingqualityforrollaccordingtothefeedbackdata．Itisveryimportanttoimprovetheprocessingqualityofrolloravoidwaste．Thispaperanalyzestherollertestingwayusedbyrollprocessingenterpriseatpresent．Mostofrollprocessingenterpriseareusingonlinecontactingmeasurement．Thoughthemeasurementmethodhashighaccuracy,lowcostadvantages，butitwillbeleftscratchesontherollerprofileandinfluencetheprecisionofroller,evencausewasteproduce．Thecoreofcurrentnon．contactmeasurementmethodsholdattentionontheresearchofthesensor,suchasultrasonictestmethod，opticalfibertestmethod，testmethodofCCDandlasertest．Howeverthesetestmethodsexistdifferentlevelshortcomings，suchaseasytosufferenvironmentalinterference，measurementresultsinstability,structureandoperationcomplex，highcost，arenotconducivetopromotetheuseofthesedetectiondevice．Inaddition，ifusingthehighaccuracynon-contactsensormeasuringrollerprofilealone，thoughitcanguaranteetheadvantageofhighmeasurementprecision，butbecausesensorsmeasuringrangeislimitedandbelimitedapplicationinlargequantitiesofconvexrollerprofiletesting．Accordingtothelimitedmeasuringrangeofcontactsensor,thispaperusethemeasurementwaywithcombinationof”non-contactsensor+ballscrew+opticaliii gratingscale”detectioninstitutionsandconstantdistancemeasuringprinciple．Throughthecalibrationtestandeccentricwheelexperimentsshowonlinenon-contactdetectionperformanceofthemeasurementsystem．Theexperimentalresultsshowthat：whenusingdisplacementsensorwithlineardegreesof+O．5％ES,thelinearityofmeasurementsystemcanachieve士0．07％ES；Afterrepeatedmeasurement，in35mmwhencalibrationplatformmobilewithin35mm，measurementsystemhasmeasurementerrorwithin士25I_tm；Inaddition，accordingtotheexperiment，itiscanbeproven，measurementsystemcanbemeasuredwiththingsandadjustthesensor 目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1{慨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2轧辊辊型的测量现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2．1国际辊型测量工具⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．2．2国内辊型测量工具⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．2．3轧辊磨床在线检测技术的发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．91．3课题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯91．4本课题研究的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯101．5本课题的主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll1．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l第二章轧辊在线非接触检测系统的方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．1概论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．2检测方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．2．1辊型参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l32．2．2检测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．2．3检测原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142．3．4恒间距测量原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯152．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。16第三章轧辊在线非接触检测系统的硬件平台设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。193．1轧辊在线非接触检测系统的主要硬件选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。19 3．1．1位移传感器的选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯203．1．2光栅尺位移传感器选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯233．1．3执行机构的选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28 5．2．I误差分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．2．2轧辊辊型测量误差产生的原因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．485．3圆度误差评定方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．1传统的四种评定方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．2偏心轮圆度误差计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l5．4标定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯525．4．1实验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．4．2实验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．555．4．3误差产生原因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯565．5偏心轮实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．575．5．1实验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯585．5．2实验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯605．6轧辊在线检测系统性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．605．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61第六章结论和展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．636．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。636．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．64参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．65霉I[谢。。．。。．．。⋯．．．。。．．．．。．。⋯．⋯．．．．．。．。⋯⋯⋯⋯．。。⋯．．．．．．。．．。。⋯⋯⋯。。。．⋯69硕士期间发表论文和专利⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7l CoNTENTSChapterIIntroduction．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．11．1Overview．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2CurrentResearchofRoliProfileMeasurement⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2．1CommonlyUsedRollerTypeMeasuringToolinForeign⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．2CommonlyUsedRollerTypeMeasuringToolsandMethodsinChina⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．2．3OnlineDetectionTechnologyDevelopmentTrendofRollGrind⋯⋯．．91．3Background⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．101．4MainJob⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．111．5ChapterSummary．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IIChapter2DetectionPrincipleofOnlineNon—contactRollProfileMeasurementSystem．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．122．1Overview．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2Detectionschemedesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．1MainParametersofaRealRollProfile⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．21'estMethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．3DetectionPrinciple⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．2．4MeasuringPrincipleofConstantDistanceMeasuringMethod⋯⋯⋯152．3ChapterSummary．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯16Chapter3RollProfileOnlineMeasurementEquipmentExperimentalModelSettedUp．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．193．1SelectionofKeyMeasuringHardware⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．193．1．1SelectionofOpticalGratingScale⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．203．1．2SelectionofDisplacementSensor．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23二；．1．3SelectionoftheActuator⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28 3．1．4SelectionofSignalDisposalCircuit⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．303．2RollSimulationExperimentPlatformDesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．343．2．1EccentricWheelMechanismDesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．2．2InstallationofOn-lineRollProfileMeasurementEquipment⋯⋯⋯⋯．．353．3ChapterSummary．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36Chapter4SoftwareDesignofOn--lineNon--contactRollProfileMeasurementSystem⋯⋯．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．：；74．1Overview．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．374．2VirtualInstruments⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．374．3LabVIEW．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．384．4InterfaceDesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2384．5Moduledesign⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．5．1SignalAcquisitionandAnalysisModule⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．414．5．2MotorControlModule⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．434．5．3GraphicsDrawingModule⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．6ChapterSummary．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46Chapter5ExperimentalDesignandDataAnalysis⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯⋯．475．1Overview．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．2RollGrindingMachineMeasurementErrorAnalysis⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．475．2．1ErrorClassification⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一475．2．2TheCausesofMeasurementErrorsforRollerProfile⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．3RoundnessErrorEstimationMethod⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。495．3．1TraditionalMethod⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5l5．4CalibrationTest⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．525．4．1ExperimentalResult⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．535．4．2ResultAnalysis⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．555．4．3SourceofError．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．56 5．5EccentricWheelExperiment．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．5．1ExperimentalResult⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯585．5．2ResultsAnalysis⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯605．6PerformanceAnalysisofOn-lineRollProfileMeasurementSystem⋯．．615．7ChapterSummary．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61Chapter6ConclusionandProspected⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．⋯⋯．636．1conclusion⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．ti36．2Prospected⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．64Reference．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．61；Acknowledgements⋯⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．．．．．．67Publications⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯⋯．．．．．⋯⋯．．．．．⋯．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．t；9 1．1概论第一章绪论薄板是制造汽车、家电以及相关产品的重要材料，薄板的质量直接影响产品的性能、品质和外观。薄板的主要性能指标是指其几何尺寸和形状精度，比如板的厚度差、板厚的均匀性、平整性及表面缺陷等【l】。薄板是由一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧制而成。故薄板的这些质量指标能否达到要求与轧辊辊型是否符合要求有密切关系。轧辊按辊身形状分为圆柱形和非圆柱形，前者主要用于板材、带材、型材和线材生产，后者主要用于管材生产。有时为了满足对板形控制的工艺要求，轧辊辊面母线需按照不同的工艺要求，加工成具有复杂母线形状的轧辊，如圆柱面，凸凹面、正弦曲线、圆弧面、CVC、梯形等曲线辊面。这要求轧辊磨床不仅要能够磨削轧辊，还要根据实际需求控制磨削精度、效率、完成辊面形状较为复杂的轧辊加工【21。轧辊磨床在线测量(On．1ineProfileMeasurement，简称OPM)是指磨床在磨制轧辊的时间间隙，对轧辊表面形状进行测量。轧辊磨床根据在线测量的轧辊辊型曲线，对磨制中的轧辊进行准确的在线辊型修磨，将对提高轧辊辊型的加工精度，避免废件的产生，起到关键作用【31。1．2轧辊辊型的测量现状轧辊辊型检测包括：轧辊的总长；辊身长度与直径；轧辊轴颈的长度、锥度与直径；轧辊两端轴头的各台阶长度与直径；轧辊辊身与轧辊轴颈及各台阶圆柱的同轴度等，是认识轧辊辊型精度和几何形状的基本手段。它可以判断轧辊辊型是否符合精度要求，并根据测量值计算误差值，分析产生误差的原因，进而决定是否需要采取措施改善轧辊辊型精度或改进轧辊磨削工艺。对于正在磨削的轧辊(本文论述的重点)，需要实时测量轧辊磨损量，确保轧辊加工质量。对于磨削中的轧辊重点测量：轧辊辊型、辊身直径、轧辊同轴度l 等【41。1．2．1国际辊型测量工具目前国际主要的轧辊加工企业为RollTestOy公司和SBA公司。RoUTestOy公司是北欧最大的轧辊测量仪器和轧辊控制系统生产厂，拥有50多种专业的接触式轧辊测量仪器，并配有专门的控制系统。RollCalTM2为RollTestOy公司中销量最好的产品，其运用多点测量的原理，测量轧辊表面的各项参数。RollCalTM2除可测量轧辊的圆度误差、同轴度外，还可分析轧辊磨床的机床误差等，是一款多功能轧辊检测装置【51。SBA公司主要生产便携式和特殊用途式的两种轧辊检测装置，前者精度较高但须手动检测效率低，后者精度相对较低但可适用于对检测空间有限制的场合。SBA公司生产的便携式轧辊检测装置，如图1．1所示，被广泛应用于轧辊测量中，其鞍状设计，测量传感器始终保持居中，测量精度高于固定式测量装置。仪器可与PC机相结合使用，运用PC图形软件WMS2．00可以分析轧辊数据、打印数据报告和对理论的轧辊外形数据存档【6】。图1．1SBA公司生产的便携式轧辊检测装置SBA公司生产的IMMD特殊用途轧辊检测装置，由铝和钢组合而成，拥有高精度圆柱辊轮和碳纤维的测量臂，可在非常狭小的空间使用。仪器通过蓝牙与PC机进行数据传输，通过PC机的图形软件WMS2．00可实现四个单独的显示层2 簋=童绪i金川o1．2．2国内辊型测量工具(1)接触式检测接触式检测，测量头与被测物表面接触，通过测量轧辊与测量头之间的靠压力或测量磨辊接触压力的变化来确定辊型的方法。这种方法是一种粗略地间接测量工作轧辊磨损量与辊型的方法，具有抗干扰能力强、测量精度相对高、成本低的优点，但测量效率低，且容易在被测表面留下划痕影响轧辊表面精度。目前市面上主要应用的接触式检测装置有：千分尺、马鞍式辊型测量仪和ZDC系列轧辊多参数测量仪等。①千分尺测量千分尺测量辊型需单点多次测量，测量的是离散点，操作简便。千分尺主要有弓形架、固定测量砧和测微螺旋读数装置组成。生产工艺简单，测量设备成本低，测量范围常在1000mm以下，测量精度最高可达0．01mm。但千分尺测量不仅速度慢、精度低，且无法实现动态测量，其测量结果也常因操作人员不同而不同。②马鞍式辊型测量装置马鞍式辊型测量装置(马鞍仪)测量轧辊辊型是一种比较传统的接触式测量方法，如图1．2所示，测量范围为300mm～2300mm，测量精度最高可达0．001mm。仪器放置在被测轧辊的正上方，鞍座上的四滚轮都与被测轧辊的辊面接触，其中定位重锤固定不动。当仪器沿轧辊轴向移动时，测量表变化的数值，即为轧辊直径变化值。这种仪器测量，需要使用者拥有较高的使用技能，成本较高，对于曲线轧辊(CVC轧辊)则无法测量。生产工艺相对复杂，需使用专用设备，成本较高【81。 图1．2马鞍式辊型测量装置③ZDC系列轧辊多参数测量装置ZDC系列轧辊多参数测量装置适用于动、静态情况下轧辊辊型的测量，能准确迅速测量轧辊的多种参数，如锥度测量、凸凹度测量、辊型曲线测量、椭圆度测量等。它大小可根据被测件而定，能适应被测直径变化范围为甲lS'--2000mm的轧辊，合成总误差≤士6．61am。目前已有上百家轧辊加工企业使用该仪器。主钒啊左规叠图1．3ZDC系列轧辊多参数测量装置④接触式位移传感器测量辊型这种辊型检测装置的检测方法是将一个接触式位移传器安装在一个与轧辊平行的基准梁上，传感器沿轧辊轴向移动，传感器与轧辊接触，其读数直接反映轧辊辊型。这种检测方式为接触式测量，抗干扰性好，成本低，但其精度较低，4 因而目前只是一项专利技术，未实际应用。2008年上海大学闫利文提出一种针对大型轴类零件的在位测量方法，采用接触式方法用三个光栅位移传感器和一个涡流探伤传感器获取轧辊表面信息，能将轧辊安装偏心、机床主轴误差和机床导轨误差用两点误差分离法分离掉，获得了较好的效果f91。⑤轧辊多参数测量装置该系列测量仪的测架体为整体铸造的弓型架，其大小根据被测件而定，结构与马鞍式辊型测量仪类似，分为左右测量臂，上端安装有测量表(也可安装电测量传感器，配置计算机，可实现数据处理、显示辊型曲线、打印和数据存储功F～ig)，测量臂内部的导向传动杆与测量头相连。测量臂安装在测架体上中部的圆孔内，根据被测件的大小可上下调整。轧辊多参数测量仪是一种专利产品，测量速度快，可部分替代千分尺，经济实用，但却不适用于曲辊(CVC轧辊)检测【lo】。⑥框架式结构自适应表面形貌装置该仪器由一块组装平台和三根以上立柱组成框架，并由X—Y—Z三个方向的直线运动模块组成的三轴工作台，Z轴上装有微位移传感器，及控制该传感器在框架的三维空间里作任意曲线移动的计算机及存贮在其中的自适应测量程序。它也是一种专利产品，体积小、重量轻，适用于对轧辊等大型或超大型部件的二维、三维表面形貌的检测【11】。(2)非接触式检测非接触式检测是指测量头不与被测物体接触的前提下，以光电、电磁等技术为基础，得到被测物表面精度的检测方法。非接触检测，因检测头不与被测物表面接触，可防止在线检测过程中的轧辊振动以及辊型变化对传感器造成损坏，且不会在检测过程中留下划痕影响轧辊的表面精度。在磨制过程中的轧辊，其表面温度较高且分布不均匀使得辊面电磁特性不稳定，采用电磁方式的检测精度较差，因此目前对轧辊检测的研究主要集中在光电技术方面。①超声波检测超声波检测是一种传统的非接触测量方法，是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波，利用超声波在介质中传播遇到声阻抗有差异的界面时产生反射的丐 现象实现超声波检测。超声波检测不受光及电磁场、粉尘等外界因素的影响，适用于恶劣环境。超声波测距公式为：J=vt／2(1．1)式中：J—距离；y一水中声速：f一收发信号的时间差。发射信号被测轧辊反射后由被换能器接收，根据声波传输的速度和收发信号的时间差，即可算出探头到辊面的距离，测量原理如图1．4所示。图1．4超声波检测原理图水传感器安装在磨轮的内部，采用高压喷水法，超声波在高压水中发射出去，确保了辊面和传感器之间介质的均一化，有效地解决了高温和耦合的问题，且超声波在水中的衰减小于空气中的衰减，降低了对发射强度的要求。这种检测方式首先由日本三菱重工开发研制，其原理是沿轧辊轴向排列多个超声波测距仪，传感器可在一定范围内作轴向移动，通过测量辊面与传感器之间的距离来反映辊型。为了使辊面与传感器之间的介质均一化，提高检测精度，采用了喷水方式，然而此检测装置并未考虑到轧辊震动对检测精度的影响【12】。1999年，燕山大学的尚丽平提出采用两个不同频率的超声波测量轧辊表面精度的方法。该方法只使用第一次回波，可以消除由于介质吸收造成的多次反射回波在时域上的差异对刚量精度的影响，以达到高精度测量的目的，系统综合误差为+30pm[13】，此外，2001年，燕山大学的胡艳玲利用超声波测距的原理对轧辊6 辊型进行检测，对采集到的数据进行非线性滤波，提高了检测系统的实时性、可靠性和精度i14】。2002年，燕山大学王文生做了超声波辊型检测系统的研究，使用面向对象的编程语言VB6．0设计系统的软面板，并使用VB的MSComm控件实现上位机与单片机的串行通信，其系统分辨率达至lJ+lgm，静态测试情况下最大静态误差为7lxm【151。②激光检测激光检测是一种目前正处于研究开发阶段的轧辊磨损度在线检测技术，尚无应用实例。它的主要优点是：不受电磁场干扰，检测精度高，工作间隙大，无论被测体是否导磁、是否导电都能测。它的主要缺点为：激光的产生装置相对比较复杂且体积较大，因此对激光位移传感器的应用范围要求较苛刻。③电耦合器件CCD检测其检测原理是利用沿轧辊轴向排列的电荷耦合器件CCD，借助反光式与遮光式相结合的方法，利用图像进行调制，测出辊面到CCD屏的距离来反映辊型，检测原理如图1．5所示。燕山大学的郭景峰利用激光照射到轧辊表面，再用透镜将轧辊表面成像到CCD屏上，通过观察CCD屏上产生的暗区，来判断轧辊辊型【16】。西安建筑科技大学的彭云同样利用CCD成像的原理检测轧辊辊型，用激光器照射辊轴，透过放大镜使辊轴轮廓的像放大并呈现在CCD光敏面上，受到光照的光敏元件输出高电平，未受光照的光敏元件则输出低电平。于是CCD输出信号端可得到与辊轴平行度成比例的光电脉冲信号，通过计算脉冲的个数就可得出测量结果【171。根据CCD成像原理测量轧辊辊型的主要优点是：不受周围电 图1．5CCD检测原理图测物理量的变换而变换，测出这些变化，就可以求得被侧物理量的大小(181。与【19】。燕山大学郭媛等，提出用光纤传感器检测轧辊辊型的方法，通过对轧辊表抗电磁干扰性好和易与计算机连接实现智能化等优点【201。幸／黉n率=兹㈠ ⑤电涡流检测法德国赫施钢铁公司设计并制造了应用电涡流传感器组成的检测系统，应用该系统对热连轧机精轧辊的辊型进行测量，其精度达到士20pm，但目前对于该系统的报道还较少。电涡流式轧辊磨损度测定仪的主要优点是：长期工作可靠性好、测量范围广、灵敏度高、分辨率高，对恶劣环境有较强的适应性，冷却水、汽等介质对其影响较小，非接触测量，测试电路较简单等。其主要缺点是：受周围电磁场、环境温度的干扰较大，氧化铁皮等介质对其精度产生影响，工作间隙小，必须与辊面靠的很近才能拥有较高的测量精度。综上所述，轧辊非接触检测装置除要求检测装置具有较高检测精度的同时，还要求其对环境有很强的抗干扰能力。1．2．3轧辊磨床在线检测技术的发展趋势随着新技术的发展，对轧辊的表面精度提出了越来越高的要求，然而通过上面的信息，可以发现目前市面上的轧辊辊型检测装置以在线接触式检测为主。对于接触式检测，检测过程中存在不足因素很多，如对轧辊加工表面造成划痕。为解决这一问题，越来越多的研究机构正致力于研究在线非接触式检测，如超声波检测法、光纤检测法、CCD检测法和激光检测法，然而这些检测方法都不同程度的存在缺点，如易于被环境干扰、测量结果不稳定、结构和操作复杂、成本高等，不利于检测装置的推广使用。基于以上原因，本课题提出了一种新的在线非接触轧辊辊型检测系统，拥有测量范围广、测量精度高、结构简单、操作容易和成本低的特点。1．3课题背景随着目前汽车、制造行业的不断发展，对曲辊的辊型精度和凹凸度要求越来越高。曲辊的辊型精度和凹凸度能否达到要求是保证轧制产品质量的重要因素。目前轧辊加工企业主要采用接触式探头检测法，即将探头与轧辊相接触的测量方法检测轧辊的加工质量。测量时，测量仪器会与轧辊表面相接触，测量结束9 后往往会在轧辊表面留下划痕，严重影响轧辊的辊型精度。在生产轧辊时，其生产过程是首先对轧辊坯料进行磨制，先磨去2ram厚度的坯料，然后将检测装置放置于轧辊上进行表面精度测量，将测量结果记录下来，再根据测量结果决定下一步的磨削量，这种测量轧辊表面精度的方式会在轧辊表面留下划痕。避免影响轧辊加工质量的方法，是在最后一次轧辊磨削加工后不对轧辊表面进行精度测量。然而这样就无法确定最后轧辊的加工质量是否符合要求。某企业因业务要求需要加工凹凸量为4ram的曲辊，为保证加工质量，企业决定采用非接触式检测，然而4ram的变化量超过目前大多数的非接触式传感器的测量量程。为解决这一问题，本课题提出一种利用非接触式传感器与滚珠丝杆和光栅尺相结合的方式，解决非接触传感器测量范围窄的缺点。检测装置与控制系统相结合，实现在线分析轧辊辊型。本课题为轧辊辊型的在线检测提供新的手段和方法，同时也为今后进一步推进在线非接触式检测打下基础。1．4本课题研究的意义轧辊磨床上实际使用的测量装置都使用接触式检测方式，即检测头与轧辊表面相接触的检测方式。该方法测量精度高，对环境的抗干扰能力强，但该测量方法同时存在很多缺点，首先多次测量后，测量头会磨损影响测量结果；此外测量头在与轧辊表面接触的过程中，会再轧辊表面留下测量划痕，影响轧辊的加工质量。为防止以上问题，应采用非接触式传感器进行检测。其次，轧辊磨床在线测量，是指磨床在磨制轧辊的时间间隙，对轧辊表面精度进行测量。相较于离线测量方法，在线测量方法可以实时测量轧辊辊型，并将测量结果反馈到轧辊磨床中，测量效率高、节约人力物力，且可以及时控制轧辊磨床的磨削量，提高轧辊的加工质量。此外，目前研究中的轧辊在线检测方法，都处于理论研究阶段，没有在轧辊磨床中应用的实例。在1．2章节讨论的多种检测方法中，超声波传检测法和光纤检测法都具有抗干扰能力差、测量精度低的缺点，需要进行多种补偿才能获得较10 高精度。CCD检测法除对测量环境要求高以外，其还需要占用较大的测量空间安放CCD检测屏。以上几种测量方法都不利于今后在轧辊磨床中的推广使用。如解决测量头磨损、测量划痕和抗干扰能力差这三个主要问题，最好的办法就是开放出一套在线的非接触式测量系统，与轧辊磨床的控制系统相结合，在磨床磨制轧辊的过程中，实现对轧辊辊型的监控。检测系统应具有以下几个优点：(1)测量精度高，测量范围广；(2)采用在线非接触测量方式，不会在轧辊表面留下划痕影响加工精度；(3)结构简单易于应用在轧辊磨床中；(4)测试系统模块化，可以嵌入到轧辊磨床的控制系统中，独立完成测量工作。相信该检测系统会更容易被轧辊加工企业所接受，应用于轧辊的实际加工检测过程中。1．5本课题的主要工作本论文以作者攻读硕士学位期间承担的课题工作为基础，研究内容主要包括：(1)轧辊辊型在线检测方案研究现状；(2)设计检测方案；(3)设计一套轧辊辊型在线非接触检测模型实验平台(主要包括硬件设计和软件设计)；(4)在模拟实验平台上进行实验，验证检测方案的可行性。1．6本章小结本章总结了轧辊辊型的检测现状以及轧辊磨床在线检测技术的发展趋势，并阐述了轧辊在线检测系统的课题来源、研究背景，在此基础上，给出本论文主要的研究工作。 12 2．1概论第二章轧辊在线非接触检测系统的方案设计轧辊通过压力来轧制薄板，轧辊的表面精度直接影响被加工薄板的质量。传统的轧辊辊型离线检测方式效率低下，测量精度低。轧辊在线检测是在轧辊磨床磨制轧辊的过程中，将检测结果反馈到轧辊磨床控制系统中，控制系统通过分析反馈结果来决定是否修改加工轨迹，对提高轧辊加工质量具有重要意义。接下来主要说明轧辊在线非接触检测系统的方案设计。2．2检测方案设计2．2．1辊型参数以某企业加工的轧辊为模型，本课题研究为实现具有以下辊型参数的轧辊奠定理论基础。(1)轧辊主要参数：①直径：800mm-1600mm；②圆度：0．0015～0．004mm；③辊身长度：3000-5000mm：④最大凹凸量：4mm。(2)轧辊精度要求：①圆度：O．0015mm～0．004mm；②圆柱度：0．0015-4)．004mm／1000mm；③表面粗糙度：Ra0．1～0．2pm。2．2．2检测方案目前对高精度非接触位移传感器的研究广泛，比如激光位移传感器、电涡流 位移传感器、光纤位移传感器、电容位移传感器等。其中测量精度较高的是激光位移传感器、电涡流传感器和电容位移传感器，并成为实现高精度测量的研究热点。然而激光位移传感器和电容位移传感器存在对环境的抗干扰能力差、测量范围窄、结构复杂等缺点，不利于应用在实际轧辊辊型检测系统[21,22]。电涡流传感器可静态和动态地用非接触式方式测量金属导体(必须是金属导体)距探头表面的距离。它的优点是对被测物表面无磨损，结构简单、灵敏度高、测量精度高，对环境适应性强，即便在有水、油、灰尘及电磁场的干扰下，仍然能够准确测量【23，24】O轧辊在磨制的过程中，生产现场存在铁屑、粉尘等干扰，环境干扰大，加之辊形测量精度要求高，于是电涡流传感器成为本课题研究的首选，然而电涡流传感器只能在较窄的测量范围内，维持高精度测量结果。鉴于非接触传感器测量范围小的缺点，本课题提出“非接触传感器+滚珠丝杆+光栅尺”的检测方法，利用高精度的非接触传感器测量轧辊表面精度，通过滚珠丝杆间接增加传感器的测量范围，光栅尺作为丝杆移动量的反馈器件，测量滚珠丝杆的真实移动量，测量系统通过将传感器和光栅尺的测量数据相结合的方法得到轧辊的辊型精度。光栅尺作为反馈器件可将电机、丝杆产生的误差排除在测量系统之外，与传感器构成一个全闭环测量系统，保证检测系统的测量精度。2．2-3检测原理目前轧辊磨床测量装置主要可以分为双点测量和单点测量两大类，其中双点测量居多。在本论文中，以双点测量为例，分析检测系统【251。在实际轧辊检测中，两个位移传感器分别相对于轧辊轴线对称安装于轧辊两侧，如图2．1所示。轧辊在磨床的带动下匀速运转，两个位移传感器实时采集轧辊某截面圆信息，并建立动态两点圆度误差分离方程，实现对轧辊圆度和机床主轴运动误差的在线测量。此外，两测量仪还可沿与轧辊轴线相平行的方向匀速移动，测量轧辊表面的素线信息。最后将测量的，1个截面信息拟合成被测轧辊的三维图形，获得轧辊的圆柱度误差。14 2．2．4恒间距测量原理图2．1轧辊辊型测量原理图恒间距测量法，即在测量过程中，轧辊在线非接触检测系统的测量头与被测轧辊表面保持恒定的测量范围。当被测轧辊表面到传感器距离变化量为x时，传感器在径向方向同时移动距离x，使传感器距离被测轧辊表面的距离保持恒定测量范围。传感器的移动量x即为被测轧辊辊型变化量。图2．2轧辊在线检测系统测量原理图轧辊在线非接触式检测系统结构如图2．2所示，分别由传感器、光栅尺、滚珠丝杆和电机组成，其中光栅尺分为读数头和标尺。在机构设计时，为防止粉尘掉入尺身内损坏光栅尺，将读数头安装在测量台上，尺身和非接触式传感器并联安装在滚珠丝杆上。滚珠丝杆与电机通过联轴器连接起来，则电机的旋转运动转化为滑台的直线运动。假设非接触式传感器的测量量程为三，则传感器的测量15 量程可表示为：三=k觚一Lmin=砜耐式中：厶嗽一传感器的最大量程；kin—传感器的最小量程；(2．1)厶llid一传感器的一半量程。非接触式传感器与被NCL辊表面的距离保持恒定测量距离值d，其值可根据需求改变。轧辊在线非接触检测系统中，设传感器距离轧辊表面的距离d值等于传感器量程的中间值，即d=‰(2．2)当被测轧辊表面相对传感器的距离变化量为x时，PC控制系统会控制电机运转，带动传感器移动使其距被测轧辊表面距离重新变为d值。假设光栅尺测量传感器移动的距离为△，，则有等式：X=d+A／(2．3)在实际测量中，为减少机构的往返多次运动而带来的部件磨损，将恒定测量距离值d改为允许的测量范围。则当被测表面的变化量石在允许测量范围内时，电机将不带动滑台移动。反之，当变化量x超过允许测量范围时，电机将带动传感器回到d处。轧辊在线非接触检测系统的测量过程为：(1)在运行程序前，控制系统会调整非接触式传感器回到允许测量范围内；(2)如果测量距离变化，控制系统会判断变化量是否超过允许测量范围；(3)如果距离变化量超过允许测量范围，电机带动传感器使其重新回到允许测量范围内。反之，电机将不会带动传感器移动；(4)当传感器停止移动后，光栅尺的测量值等于被测轧辊的辊型变化量。2．3本章小结本章针对非接触传感器测量范围窄，不适合测量凹凸量较大的轧辊，这一缺16 点，提出“非接触传感器+滚珠丝杆+光栅尺”检测机构与恒间距检测原理结合的方式测量轧辊辊型，并细阐述了检测装置的结构特征和检测原理以及测量过程，为之后的检测平台的搭建提供理论支持。 18 第三章轧辊在线非接触检测系统的硬件平台设计3．1轧辊在线非接触检测系统的主要硬件选择轧辊在线非接触检测系统主要由光栅尺和传感器、信号调理器、执行机构、驱动电路和计算机主机组成，如图3．1所示。图3．1轧辊在线检测系统原理图在该系统中，传感器负责测量轧辊的表面精度，光栅尺负责测量滚珠丝杆的真实转动量。信号调理器的作用是将传感器和光栅尺输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号。在该系统中，传感器和光栅尺的信号通过数据采集卡加工和处理后输送给计算机。执行机构是接受计算机发出的控制信号，并将其转换成执行机构的动作，使被控对象按预先规定的方式运动。在该系统中，电机作为执行机构带动传感器等移动。驱动电路为执行机构提供其必须的驱动信号，以带动其正常运动。计算机主机为整个控制系统的核心，它根据预先设计好的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策或调节，及时的发出控制命令。19 3．1．1位移传感器的选用位移传感器的种类很多，按测量方式可分为接触式测量和非接触式测量；按位移传感器的材质划分可将其分为电感式、光电式、金属膜式、导电塑料式、金属玻璃铀式和磁致伸缩位移传感器等。常见的非接触式位移传感器包括：激光位移传感器、电涡流位移传感器、电容式位移传感器、光纤位移传感器等。为在验证原理可行性阶段降低成本，本课题采用测量精度和成本相对低的激光位移传感器，主要原因有三点：首先，涡流传感器的成本较高，不适合试验验证阶段。其次，相对于其它的位移传感器，激光三角传感器具有测量范围长、操作简单、精度高、抗干扰能力强，价格低的特点。最后，在实验室环境中，不会有磨削、冷却液等环境因素干扰激光位移传感器的测量结果。综上所述，在试验验证阶段，本课题采用激光位移传感器验证恒间距检测原理。(1)激光位移传感器原理激光位移传感器是一种利用激光技术进行测量的光电式传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成，其主要优点包括可实现非接触式远距离测量，测量速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等，常见的如激光三角传感器。激光三角传感器是采用激光三角原理和回波分析原理，进行非接触式位置、位移测量的精密传感器。激光传感器由激光器、会聚透镜、接收透镜、位置探测器(如PSD、CCD)组成。激光器发出光线，经会聚透镜聚焦后形成一个直径极小的光束，垂直照射到被测物体表面上，光线经被测物反射后再经过接收透镜照射到分辨率极高的位置探测器上【26】。激光三角因其结构简单、响应快、抗干扰能力强、工作距离大、被广泛应用于车辆检测、板材厚度检测、木材尺寸检测和工件检测中。山西农业大学的刘琪芳为用激光位移传感器测量圆度误差提出了理论依据【27】，测量原理如图3．2所示。 图3．2激光三角位移传感器原理图当光线由点0变化到点刀时，屏幕上的点相应地由点0’移动到刀’。Anbi≈An’b’inb=Onsin9n'b7=Or／7’sin矽(3．1)(3．2)(3．3)根据以上三个公式，可以推导出物体的位移变化量为：2面瓦xl焉sin万(oY砑(3·4)2丙而j面可万面ⅢJ(2)激光传感器的选用在模型试验中选用的是型号为欧姆龙Z4M-N30V的正反射式激光三角位移传感器，该型号的传感器采用的是正反射检测方式，可适用于检测有光泽的金属表面。它还可用于多种高精度、短距离的测量场合。星星图3．7正反射式激光三角位移传感器测量方式2l 表3．1激光三角位移传感器Z4M．N30V主要的技术指标项目参数性能分辨率4岬(1ms时)／0．4岬(100ms时)测量距离30d：2mm测量范围士2mm测量中心距离30mm电源电压DCl2-24V：t：10％，脉动(p—p)10％以下消耗电流20mA以下直线度土0．5％FS模拟输出形态4-30mA／28～32mm，负载阻抗为300fl以下输出应答时间lms／100ms切换变位量／r、●一—◆应答时间图3．3传感器直线度示意图应答时问 变位量[)她寄●●——一———●-应答时间图3．4传感器应答时间示意图3．1．2光栅尺位移传感器选用(1)光栅尺原理光栅尺位移传感器简称为光栅尺，常被用于机床、加工中心以及测量仪器等方面，时常安装在机床导轨上用于测量平台的移动精度。光栅尺位移传感器分为标尺光栅和光栅读数头两部分，其中读数头固定在床身上，而标尺光栅一般固定在机床的工作台上，随机床走刀而动。在安装时要尽可能注意使读数头安装在主尺下面，可避免切削、切削液及油液溅落到主尺里面损坏光栅尺。读数头是由光源、透镜、标尺光栅(主光栅)、指示光栅(副光栅)，光敏传感器，光电信息处理系统组成，其中光栅尺的光源采用红外发光二极管。当标尺光栅和指示光栅发生相对移动时，在干涉和衍射共同作用下会产生明暗相间的规则条纹，经过光电转换，使明暗相间的条纹转化成电信号输出。因为光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离的传输过程中会被各种信号干扰造成传输失真，故光栅尺信号的处理方法一般是光电转换、信号滤波放大、细分辨向、脉冲计数四个部分，如图3．5所示。 放整计锁大形数存电器路图3．5传统的光栅信号检测方法经过长距离的信号传输，信号中存在失真现象，为保证计数的准确性，需要首先对传输信号进行功率和电压放大，然后进行滤波去噪。辨向和细分是光栅尺波形处理的第二步，其过程通常为：通过逻辑运算对波形相同但相差1／4周期的A／B信号进行处理，另一方面比较两组波形判断光栅尺运动方向【2引。(2)光栅尺分类光栅位移传感器：分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式为高精度型，输出波形为正弦波，主要用于精密仪器中，最高分辨率可达O．19m。封闭式光栅尺则主要用于普通机床、车床、铣床、镗床、磨床等，输出波形为方波，光栅尺位移传感器的长度可按照需求定做，最长可做到3000mm，分辨率有0．5p,m、1I,tm、2pm、51．tm、10pro。封闭式光栅位移传感器又分为增量式和绝对式两种。增量式光栅尺通过扫描等间距的栅线来进行计数，每次开机后都不会保留上次的测量位置，故每次都需要执行参考原点回零操作。而绝对式光栅尺因其以不同宽度、不同间距的栅线组成，开机后可立刻得到绝对位置数据，故无须执行回零操作。绝对式光栅尺制造工艺较增量式复杂，因此价格相对增量式光栅尺高。工程中普遍应用增量式光栅尺，其输出信号分为两种”rL方式和EIA422A方式。图3．6是常用的增量式光栅尺输出信号图。图3．6(a)所示为TTL信号，其输出为三路信号，分别为A、B、Z。图3．6(b)所示为EIA422A信号，其输出为六路信号，分别为A、A、B、B、Z、Z。TTL信号结构相对简单，但其抗干扰能力差，会存在共模干扰，故不适合长距离测量。EIA422A信号结构相对复杂，需用专门的通信接口芯片，但其可有效消除通信信号的共模干扰，适合长距离测量。当机床的运动量超过3m时，为保证信号传输质量，工程中常采用EIA422A通信方式。24 ．厂]厂]广]厂]‘]厂]厂]厂]厂：几2]厂————一图3．6(a)TTL信号输出图图3．6(b)EIA422A信号输出图(3)光栅尺信号处理方法①光栅尺信号细分方法本论文给出目前控制系统中常见的四种光栅尺信号细分方法：第一种方法是使用专门的光栅尺信号采集卡，具有细分辨向功能，可插在PC机上直接使用。这种方法的缺点是对芯片功能过于依赖，不利于二次开发。第二种方法是使用带计数器口的数据采集卡，将信号与计数器口相连接，然而这种方法存在缺点，由于计数器只对上升沿或下降沿计数，则当光栅尺在局部位置发生振动时将产生误差。如图3．7所示，当光栅尺在a点发生振动时计数器将不断计数引发误差。尽管如此，由于其只需一个计数／定时器而不需要其他辅助硬件等优点，因此当测量系统运动较稳定的情况下依然可采用此方法。a⋯L．厂]厂]厂]厂]s厂]厂]I]厂]图3．7光栅尺振动原理图oD—B^B2 第三种方法是使用逻辑编程器件编程实现对光栅尺输出的信号进行细分辨向分析，常用的逻辑器件如CPLD[29,30]、DSp[31,32]、FPGA。其中较为容易实现的是一种使用CPLD进行辨向细分电路，通过逻辑编程，将A和B信号转换成(0，0)、(O，1)、(1，O)和(1，1)状态输出，通过判断状态输出顺序就可确定光栅尺前进方向。这种方法优点是编程简单，所需成本较低【33】。最后一种是将光栅尺信号做简单的处理后送入PC机，主要由软件对信号进行分析。这种方法可按照要求独立编写程序，灵活性大。轧辊在线非接触检测系统采用的就是该种检测方案，通过软件处理的方法实现对光栅尺信号的辨向细分处理(第四章详细介绍)。②光栅尺的两种辨向方法：第一种方法，通过分析其中一路A或B信号和方向信号Z。当Z信号为高电平时，光栅尺为正向运动，反之为反向运动。光栅尺移动的距离通过记取A或B信号的脉冲个数可得到光栅尺走过的周期个数，再用周期个数乘以栅距即为光栅尺移动的距离。第二种方法，通过A和B信号来判断光栅尺的前进方向。当A信号超前于B信号时，此时光栅尺为正方向移动。反之，当B信号超前于A信号时，光栅尺为反方向移动。记取A或B信号的脉冲个数再乘以光栅尺栅距，便得到光栅尺移动距离。光栅尺移动距离：S=11矿(3．5)式中：，为电压信号周期；形为栅距。(4)光栅尺选型考虑到以上因素，轧辊在线检测系统选用广州信和生产的型号为KA．300的增量式光栅尺，其输出为TTL信号，如图3．8所示。A和B信号为相差90度的5V方波信号。A和B信号变化一个周期，表示光栅尺移动一个栅距的距离。A和B的相位反应光栅尺运动方向。Z信号为辨向信号，当Z信号为高电平时表示光栅尺正向运动，反之为反向运动。26 ^8zii■盟图3．8光栅尺输出信号表3．2KA．300光栅尺的主要参数项目参数值有效量程70mm精确度士5pm(200C／680n最大进给速度60m／min分辨率1lam输出信号rrL方波信号零位参考点每50mm一个截面尺寸25mm×34mm(5)光栅尺安装，因其是精密检测器件，其安装精度将直接影响检测系统的检测精度[341，故在整个检测系统中变得非常重要。光栅尺的安装注意事项包括：①光栅尺的量程应大于传感器的有效移动范围，但其总长度要小于安装位置，即小于滚珠丝杆的长度。②为防止粉尘进入光栅尺，光栅尺读数头安装在下，标尺在上。⑨因为光栅尺为直线运动机构，所以其有效行程的中心与轧辊在线监测机构的中心位置应重合、一致。针对KA．300光栅尺需要满足的安装精度为上下平行面必须保证在0．05mm27 之内。尺子两端高低差小于O．05mm。尺子与读数头之间间隙为O．5～3mm。尺子与读数头必须平行。3．1．3执行机构的选用控制系统的设计往往离不开动力源电机，它将机械能转换成电能传递给系统的其他部件。目前常用的电机有直流电机、步进电机、伺服电机和直线电机等，价格和性能各有不同，可满足不同的设计要求。电机从数控系统的位置控制方式上分为两大类：开环系统和闭环系统。开环系统工作在开环方式，主要指以步进电机为主的应用场合，这类控制系统的特点是价格比较低，运动精度低。控制系统根据加工要求产生脉冲序列，脉冲个数(位置)、频率(速度)及频率变化率(加速度)等信息送给步进驱动系统。但开环控制缺少反馈量，即控制系统得不到实际机床运动的信息。故开环系统适用于一般的控制情况，而不适用于对精度要求过高的环境，如精密机床。闭环系统一般指带有编码器的控制系统。编码器有两种安装方式，一种是利用伺服电机本身带有的位置编码器，无需另外安装，比较方便；另一种就是将编码器安装在丝杆顶端，则丝杆的转动量等于电机的转动量，通过计算丝杆的转动量来得到系统的实际运动量。然而这两种方式都无法克服由于控制系统长期使用带来的滚珠丝杠精度走失而产生的精度误差，如反向误差、运动误差、滚珠丝杆的热膨胀和滚珠丝杆副的摩擦等带来的误差，其中滚珠丝杆的热膨胀是主要的误差源【351。滚珠丝杆会因热膨胀而导致定位误差。通过光学测温系统观察滚珠丝杆的热延伸量发现，长度为935．5mm的滚珠丝杆会热延伸50．609m1361。此外，滚珠丝杆在循环运动过程中，其滚珠会不断冲撞滚珠通道，使其产生疲劳失效，最终影响滚珠丝杆精度【371。针对以上提出的问题，在设计检测系统的时候采用光栅尺作为位置反馈元件，检测丝杆的实际转动量，从而提高检测系统在长期运动过程中的运动精度，通常将这种有控制反馈的系统成为全闭环系统。这样不仅可以保证轧辊在线检测系统的检测精度，同时省去购买高精度丝杆的必要性，降低成本，提高轧辊在线非接触检测系统的可用性。2R 在保证测量精度的前提下，采用型号为BS57HB76．03的白山电机，其是一种精度相对高，且价格相对便宜的电机无疑将降低轧辊检测机构的成本。表3．3BS57HB76．03的主要参数为：项目参数性能步距角1．80步距精度士5％保持转矩1．35N·m额定电流3．0A／相转动惯量4809‘cm电机重量1．0kg轴颈6．35mm径向跳动最大0．06mm(4509负载)轴向跳动最大O．08mm(4509负载)步进电机驱动器选用型号为Q2HB34MA的两相混合式步进电机驱动器。Q2HB34MA(B)为等角度恒力矩细分型驱动器，其主要特点：(1)有4档等角度恒力矩细分，最高64细分；(2)最高反应频率可达200Kpps；(3)步进脉冲超过lOOms时，线圈电流自动减半；(4)双极恒流斩波方式；(5)光电隔离信号输入／输出；(6)驱动电流从0．5A／相到3A／相连续可调；(7)单电源输入，电压范围：DCl2-40V，适配6或8出线。29 表3．4Q2HB34MA型步进电机驱动器引脚说明标记符号功能注释Power电源指示灯驱动器输入电源通电时，该指示灯亮O．H故障指示灯过热保护及过流时，该指示灯亮。电机线圈电流设定Im调整电机相电流，逆时针减小，顺时针增大。电位器输入信号光电隔离接+5V供电电源，+5V--+24V均可驱动，高于+5V正端+5V需接限流电阻。下降沿有效，每当脉冲由高变低时电机走一PU步进脉冲信号步。输入电阻2200，要求：低电平㈣．5V，高电平4~5V，脉冲宽度>2．5邶。用于改变电机转向。输入电阻2200，要求：DR方向控制信号低电平0~o．5V，高电平4~5V。+V输入电源正端DCl2—40V．V输入电源负端3．1．4信号调理电路的选用数据采集卡是为了方便计算机对信号的采集和控制而设计的。通常这类板卡带有集成多路开关、程控放大器、采用／保持器、A／D和D／A转换器等器件，用户只需要将这类板卡与计算机相应的I／O口相连就可迅速、方便地构成一个数据采集系统，节省大量的硬件研制时间。轧辊在线非接触检测系统的数据采集卡设备选用的是NI公司生产的多功能数据采集卡USB．6009和模拟量采集卡NI9205。NI9205数据采集卡的价位相对于NI公司的其它类型产品价位较低、拥有USB通讯接口，便于携带和测量，且同时具有32个单端或16个差分模拟输入通道、1个数字输入通道和1个数字输出通道，被广泛应用于院校的实验室中。30 NIUSB．6009可提供8个模拟输入(A1)通道、2个模拟输出(AO)通道、12个数字输入／输出(DIO)通道以及一个带全速USB接口的32位计数器。9205数据采集卡性能指标：表3．5模拟输入特性项目性能参数ADC分辨率16位R系列扩展机箱4．50邮(222kS／s)所有其它机箱4．00ps(250kS／s)输入耦合DC额定输入量程圭10V，士5V，士lV，士0．2VAI通道(0～31)士30V(单通道)AISENSE士30V过压保护+35V表3．6数字特性项目性能参数过压保护士30V表3．7外部数字触发项目性能参数触发源PFIO延迟100ns，最大值 表3．8数字输入逻辑电平电平最小值最大值输入高电平(VIH)2．OV3．3V输入低电平(VIL)0V0．34V表3．9数字输出逻辑电平电平最小值最大值输出高电平(VOH)，拉电流为75衅2．1V3．3V输出低电平(VOL)，灌电流为2501aA0VO．4VNIUSB．6009数据采集卡性能指标：表3．10NIUSB．6009数据采集卡I／O连接器的信号说明信号名称参考方向说明GND地一单端AI测量的参考地，差分模式测量、AO电压、I／O连接器的数字输入信号、+5VDC电源和+2．5VDC参考电压的偏置电流返回地。AI可变输入模拟输入通道0至7_对于单端测量模式，每个信号均为模拟输入电压通道。对于差分测量模式，A10和A14分别为差分模拟输入通道0的正负输入端。下列信号组也分别对应相应的差分输入通道：，，。AOOGND输出模拟通道0输出一提供AO通道0的输出电压。AOlGND输出模拟通道l输出一提供AO通道l的输出电压。P1．<0—3>GND输入或输出数字I／O信号一可分别将每个信号配置为输入或输P0．出。32 续表3．10NIUSB．6009数据采集卡I／O连接器的信号说明+2。5VGND输出+2．5V外部参考电压一用于反复缠绕试验的参考电压。+5VGND输出+5V电源一提供+5V电压，驱动能力可达200mA。PFIOGND输入PFI卜此引脚可配置为数字触发器或事件计数器输入。表3．1l模拟输入项目性能参数模拟输入8个单端、4个差分，软件可选输入分辨率14位差分，13位单端最大采样率(总计)48kS／sAIFIFO512字节输入量程单端：+10V差分：+20V2，+10V，士5V，4-4V，4-2．5V，+2V，4-1．25V，4-lV表3．12数字I／O项目性能参数通道数12DIO定时软件逻辑电平厂尼最大输入／输出范围o~5V电流驱动(通道／总计)8．5mA／102mA 表3．13模拟输出项目性能参数通道数2采样率48kS／s输出分辨率12位输出量程0--4-5V3．3轧辊模拟实验平台设计 本课题使用PTC公司开发的三维软件SolidWorks设计偏心轮整体机构，该软件功能强大、简单易学，可实现三维设计、加工及分析仿真等复杂任务。偏心轮整体机构的零件之间通过若干装配关系组装而成。通过工程图模块，可直接将偏心轮机构的三维图生成二维工程图。偏心轮机构的二维工程图如下图3．9所示。图3．9偏心轮结构设计图偏心轮机构主要由支架、轴和端盖等零件组成。在平台上，由两个支架在径向方向支撑偏心轮。支架分为上、下两部分，通过使用螺钉将支架的上、下两部分锁紧的方式固定偏心轮。此方法不仅加工简单，而且方便偏心轮拆卸。轴为两端紧固定的方式，可减少因轴跳动对测量结果的影响。在测量圆的表面精度时，首先调节传感器进行回零操作，即调整传感器位置，使被测表面到传感器的距离处于恒定测量区间内，此时测出传感器到被测面的初始距离d，设传感器到被测表面的实时距离为d’。偏心轮匀速转动，当测量距离超出恒定测量区间时，计算机发出控制信号给电机，电机运转带动传感器回到允许测量区间。光栅尺测量传感器的径向移动距离值△，。最后，轧辊在线检测系统根据传感器的测量值、初始位移值d和径向移动距离值△，来计算偏心轮的圆度。 3．3．2检测系统的实验平台安装图3．10轧辊在线非接触检测系统模型如图3．10所示，整个检测系统安置于500mm×400mm的工作台上。检测装置由传感器、光栅尺、滚珠丝杆和电机组成。光栅尺的读数头安装在测量台上，尺身和非接触式传感器并联安装在滚珠丝杆上。滚珠丝杆与电机通过联轴器连接起来。电机的旋转运动通过滚珠丝杆转化为滑台的直线运动。3．4本章小结本章根据恒间距测量法原理，设计了轧辊在线非接触检测系统的硬件结构，并给出关键硬件的选择方案。由于研制样机的风险较大，为降低系统的研发风险，设计偏心轮实验平台，简化验证测量方案，为后面实验验证检测机构的性能和恒间距检测原理打下基础。 第四章轧辊在线非接触检测系统的软件平台设计4．1概论一套完整的检测系统离不开硬件和软件两个部分。硬件是整个系统的基础，通过结构上、性能上的变更，可满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高高度及改善性能的要求，而软件技术可以实现硬件难以实现的功能，为系统增加柔性。用户通过软件实现对硬件的控制，改善硬件的性能，因此在设计系统时，必须兼顾软件与硬件的结合。本章将从虚拟仪器、编程语言、界面设计、模块分类等方面介绍检测系统的软件平台设计。4．2虚拟仪器目前轧辊磨床中常用的控制编程软件如VisualBasic、VisualC++等，这类开发语言具有适用面广、开发灵活的特点，但其对测试人员要求很高，编程复杂，开发周期长。虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现硬件仪器的测量功能，即所谓“软件就是仪器’’【38】。虚拟仪器可根据用户需求灵活调整仪器功能，缩短了仪器的更新周期，减少了硬件消耗，从而降低系统的开发成本和维护。虚拟仪器通过软件实现对信号的传送和数据处理，大大降低了环境对系统误差的影响。虚拟仪器的主要特点：(1)具有人性化界面，用户可以根据自己喜好随时设计界面；(2)扩展性强，具有和VXI总线和现场总线互连的功能，同时可以与VisualBasic、VisualC++等软件程序兼容；(3)性价比高，一方面虚拟仪器可以实现多参数实时高效测量。另一方面，可以减少许多必须的硬件，降低开发成本和维护成本。37 4．3LabVIEW语言LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是一种富有生命力的虚拟仪器软件，编程方式同其他传统编程语言，如VisualBasic、VisualC++等不同。它采用G语言(GraphicsLanguage，图形化编程语言)编写程序，通过连接功能模块中不同的函数图标来完成应用程序的编写，执行顺序是依方块图间数据的流向来决定的，因此拥有流程图程序设计语言的特点。LabVIEW可以利用直观、丰富的图形化编程语言代替显示很多硬件，实现和实际仪器同样的功能，实现仪器的虚拟化，如：各种控制开关、电压表、示波器和波形发生器等139，40,41]。4．4界面设计根据轧辊在线检测装置的设计需要，本系统的软面板设计构思如下：对于需要定量显示的信息，采用数字显示；对于需要观察特性的信息采用曲线表示；对于逻辑信息的显示和输入，采用按键或按钮形式；显示元件和操作元件应按功能分组，采用线框合围法分组分类；对于功能较复杂的虚拟仪器采用几个分面板形式，将虚拟仪器的功能分配到各自面板中，如图4．1所示。l豳鼹簸溺凝嬲i霉豳潮潮溺潮l酸摇黧爱隅錾i蓁瑟豳毽登嘲薯剿嬲黧缀麓§萋嬲嬲黧銎熬潮『臻麓黧臻鬻黧li豳葱溺嚣群l蒜#茹嚣茹茹釜釜釜茹=茹；茹嚣罱釜蕊瑞辩猫：越疆需#：：篇：：：==0镕嚣：：搿暑：嚣j奢l器2黜嚣盛：搿=翻■黼翳潮燃隳戮i萋豳潮黧期溺l溉{鞴l渤端接蕊翻镬菇煳鳓嚣勰黧筘棚鍪懑i懑蓊鏊惹透萎垂囊鋈嚣豳誉蠹曩瑟懋塑!!懋黧萋要委翻，勰n圈2．．'3356f吃熟笼壅l』10∞一⋯{留抬缝i§鲲j_踟∞蒌{羹Ml∞{●Mt¨#a·■■覃‘》I-o■●”nqi#rⅥ0％#∥—，，。r"4}l电机砰翰绘I簧叶翰传蹲嚣锺零Uo．√。～^一md‰《h‰o⋯％础g‰《∞∞‰＆d∞i拗渤‰“#‰～∞#蛐(a)38：j氅馒磊堡整!整缸um，，i5916俦缛嚣电臌俊(肇像V》●。一一一_●_；；：．91902：燕堡嚣熊臻l感丝曼乞：；2_941h0"24驴艨镣够<每镜隰》。j?：．95j (b)图4．1轧辊在线检测系统控制截面图波形图控件和波形图表控件是LabVIEw中的两大类图形显示控件，两者有许多相似的地方，同时也各具不同的特性。首先，波形图表控件具有不同的数据刷新模式，而波形图控件则不具备这样的特性。波形图控件一次性显示输入的全部一维数组，同时清除前一次显示的波形。而波形图表控件则是实时地显示一个或若干个数据点，并且这些数据点依次添加到原来波形图的尾部，之前的数据不会被清除。其次，波形图控件没有数值显示控件，而具有一个游标图例组件。利用这个组件，用户可精确定位图形上的某具体点的数值【421。图(a)中波形图中分别显示出被测偏心轮的截面和根据测量值计算得到的最小二乘圆，用户通过游标图例可精确定位得到某点的数值，并可扩大和缩小某个区域，方便用户观察细节。图(b)运用波形图表实时显示光栅尺A／B两路信号和传感器三路信号，颜色分别为红色、白色和绿色。LabVIEW程序中的“数据采集助手"—DAQ助手，可快速实现模拟输入和输出的数据转换功能。DAQ助手为一个图形化界面，用于交互地创建、编辑和运行NI．DAQmx虚拟通道和任务。DAQ助手与Nl采集卡配套使用，可实现方便快捷的输入和输出数据，如图4．2所示。39 l圈l【；趔量』图4．2DAQ助手但DAQ助手使用时，需要占用较大内存。因此在复杂程序中使用DAQ助手将占用内存，使程序运行缓慢。故在编写复杂控制程序时，采用编写底层函数的方法，以缩短程序运行时间。此外，NI产品质量好，价位相对高，在大多数情况下，用户不一定采样NI系列产品，而采用第三方的DAQ卡，就不能使用DAQ助手，而是自行编写底层函数，处理解决数据采集这个问题。从DAQmx子模板中，选择适合的节点函数编写DAQmx数据读写函数，如DAQmx创建虚拟通道函数、DAQmx启动任务函数、DAQmx定时函数、DAQmx读取函数、DAQmx停止任务函数和DAQmx清除任务函数。图4．3部分数据读取函数三路信号通过DAQmx虚拟通道函数的端1：3定义模拟量输入口，再通过DAQmx定时函数配置信号采集频率，将其属性设置为连续采样。最后通过启动任务函数，将三路信号转换到运行状态，程序如图4．3所示。4．5模块设计轧辊在线检测系统的软件设计，主要由三个模块组成：信号采集和分析模块、电机控制模块和图形绘制模块，如图4．4所示。 4．5．1信号采集和分析模块图4．4系统软件结构图信号采集和分析模块，包括检测光栅尺和传感器，信号放大电路，滤波电路，采样保持电路，A／D转换电路等。通过模拟量采集卡NI9205，动态采集光栅尺的A／B两路信号和激光三角位移传感器信号，同时将采集到的数据送到后台计算机进行分析处理。(1)光栅尺和位移传感器信号处理模块KA．300光栅尺输出的为4urn／pulse的TTL方波信号，如图4．5所示：A!门厂]厂]厂]B!门厂]厂]厂]正向移动B!门厂]厂]厂]A!门厂]厂]厂]反向移动图4．S光栅尺信号从图中可以看出，当A路信号先产生上升沿时，则断定光栅尺为正向移动，4l 反之为反向移动。分析A／B两路信号时，首先需要对两路信号进行辨向和四倍频细分，使细分后的计数精度达到llam。四倍细分是将A／B两路信号的四个上升沿和下降沿分别计数，即每产生一个上升沿或下降沿计一次数。在程序中，同时对采集到的A、B信号进行判断。由图4．5可知，当A或B信号产生下降沿或上升沿时，其幅值将发生变化。如果信号由高电平变成低电平，即为下降沿产生。反之，如果信号由低电平变成高电平，即为上升沿产生。假设A信号的电压幅值高于3．2V时为高电平，记为l，否则为低电平，记为0。在程序的N循环过程中，A信号的每一个状态与其前一个状态进行比较。当A信号产生上升沿或下降沿时，信号的高低电平状态会发生变化。当A信号发生下降沿时，判断此时B信号的状态，如果B信号是高电平，则表示A信号先于B信号产生下降沿，即光栅尺反向运动，光栅尺位移量减一，否则表示光栅尺正向运动，光栅尺位移量加一。B信号的判断原理与A信号相同。部分传感器信号分析程序如图4．6所示。图4．6部分传感器信号分析程序由于大多数过程参数时间常数比较大，采集到的有用信号频率一般较低，所以，这里的滤波主要是要滤掉混杂在被测量信号中的频率较高的干扰信号。滤波分为模拟滤波和数字滤波，本系统采用数字滤波，根据中值滤波法对激光三角位移传感器信号进处理。连续采集7个信号值，利用程序判断，舍弃最大值和最小值，将剩余的5个值取平均数作为单次采样值。42 4．5．2电机控制模块目前LabVIEW主要分两种方法控制步进电机，第一种是利用单片机向步进电机发送脉冲指令控制步进电机运转。在文章基于LabVIEW的步进电机控制系统设计中，作者通过利用LabVIEW控制程序向Atmel公司的单片机发送16进制的控制指令。单片机根据控制指令为步进电机提供时序脉冲控制步进电机的转动方向和转动步数【431。第二种是LabVIEW与同是NI公司生产的运动控制卡直接配合使用控制步进电机。因为单片机存在速度慢、控制精度低的缺点，对速度要求高的系统难以满足，且开发周期长，缺乏灵活性。相比较而言，该方法的电机控制可以采用闭环方法，提高控制精度且可根据系统要求随时改变电机运转速度，操作方便灵活。上海大学的陈方泉等在核电设备的焊机中，采用2块NI的PCI．7334运动控制卡控制XY方向的2个电机Ⅲ】。但NI系列产品价格偏高，并不适用于所有的应用场合。与前面两种方法不同，轧辊在线检测系统直接通过编写LabVIEW程序的方法控制步进电机。LabVIEW周期性的通过USB．6009的一个模拟量输出口输出脉冲信号控制步进电机，改变输出脉冲信号的频率可控制步进电机的转速。轧辊在线检测系统是闭环控制，省去必须用NI运动控制卡保证精度的必要。此外，相比较LabVIEW与单片机相结合控制步进电机的方法，该方法程序简单，灵活性和通用性强，部分控制程序如图4．7所示。图4．7部分电机控制程序图在程序中，选择AOI通道输出信号，先输出5V高电平信号，再输出0V43 低电平信号，中间通过延时器控制时间间隔。时间间隔可由用户设置，通过等式：时间间隔(ms)=500／电机频率4．5．3图形绘制模块图4．8电机控制原理图该模块运用信号模块处理光栅尺和传感器数据，根据最小区域法自动计算圆度误差和最小二乘圆的圆心坐标参数，并且通过数值输出控件显示出被测截面的圆度误差，程序如4．10所示。被测圆通过波形图控件显示在界面中，如图4．1所示，用户可以根据需要自动调节图形观察局部误差大小。 图4．9绘图程序编辑原理在测量时，该模块程序每循环一次便采集一次数据。当偏心轮转速较低时，偏心轮每转一圈，程序最多可循环12000次，采集12000次数据。由第三章可知，偏心轮的偏心距为3mm，则偏心轮上各点距离轴最远的距离为63mm，最近为57mm。轧辊在线检测系统从距离轴最远的一点开始测量，随着偏心轮转动，偏心轮被测表面距离检测装置的测量距离会逐渐增加。最初的测量点‰到轴心的距离为63mm，则之后每一点的距离为尾足=63一(d+△力(4．1)式中：d一传感器距离被测物表面距离值；△，一光栅尺的测量值。45 图4．10部分最小二乘圆程序该模块还可自动保存测量数据，便于用户进行事后分析，或进一步处理。LabVIEW有专门的数据写入和读取函数，并且可以根据需要决定数据写入的路径和存储数据的时间，如图4．1l所示。4．6本章小结圆度误差写入路径图4．11存储数据函数本章分析轧辊在线检测系统的软件控制程序，主要叙述界面的设计原理，以及控制程序的三个控制模块包括：信号采集模块、电机控制模块和图形绘图模块，又分别叙述了三个模块的编程原理，并给出部分编写程序。 5．1概述第五章实验设计及结果分析由于多种原因，现场在线检测实验工作近期无法实施，根据第三章提出的模拟实验平台，分别通过标定实验和偏心轮实验，对检测系统的机构和检测原理的可行性和合理性进行实验验证。5．2轧辊磨床测量误差分析误差是指测量值或计算值偏离真值的程度，常常需要减少误差以增加制造机器、加工零件的精确值。为此，误差的计算和分析变得尤为重要【45】。5．2．1误差分类根据测量误差的性质和特点，测量误差可以分为随机误差、系统误差和粗大误差三类。(1)随即误差，在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时，因某些难以控制的偶然因素造成测量误差的绝对值和正负号以不可预知的方式变化，这种误差叫做随即误差。(2)系统误差，在同一测量条件下，多次重复测量时，测量值总往一个方向偏差，且测量误差的绝对值和正负号在重复多次测量中都保持基本不变，几乎相同或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，叫做系统误差。(3)粗大误差，在超出规定条件下预期的误差，简称粗差，是指由于测量者的主观疏忽，或因环境条件的突然变化而引起的，测量结果与事实不符，认真操作可避免误差。这三种测量误差中，随机误差和系统误差属于不可避免的正常误差，而粗大误差则属于能够避免的非正常误差，是不容许的。因此在测量数据处理中，要尽量避免粗大误差的产生。47 5．2．2轧辊辊型测量误差产生的原因在检测轧辊辊型时，测量装置误差产生的主要原因及其影响因素主要有以下几方面：(1)数控磨床定位误差磨床定位误差是由于机床本体结构和控制系统产生的误差，直接影响着磨床坐标系统的精度。当轧辊安装在磨床上时，定位误差引起轧辊在轴线方向的变形，影响最后的轧辊辊型加工。定位误差源包括由机床几何误差、安装不善产生的磨床导轨误差、运动部件误差、导轨问位置误差，以及伺服系统跟踪误差、重复定位误差影响等。(2)测量头误差主要包括由于测量头和测量臂的安装，和测量方式而产生的测量头静态误差、测量头动态误差，以及测量头在数控磨床上的安装误差。(3)其它误差包括受测量方式、测量环境干扰等因素影响而产生的测量误差。测量条件变化对测量误差有一定的影响。当磨床在磨制轧辊时，磨床受热，其台架、导轨等会发生受热变形。在这种情况下，定位误差和测量头误差是其测量误差的主要组成部分。因此，本文把主要精力放在分离去除几何误差及测量头误差等误差的分析研究上。综上所述，测量误差△可近似表示为：△≈f(△l，A2，a3)(5．1)式中：al一数控磨床定位误差：A2一测量头误差(包括测量误差和测量头安装误差)；△3一测量中的不精确误差。f一产在位测量误差与机床几何误差及测量头误差参数间的函数关系。在轧辊表面精度测量，需要研究各项误差，可对轧辊在线非接触检测系统进行误差补偿，实现高精度测量。 5．3圆度误差评定方法形状误差是评价一个机械零件好坏的重要标志，对于不同的机械零件需选用合适的形状误差评定标准，传统的评价标准有：直线度、平面度、圆度、圆柱度和网锥度等。其中，圆度误差测量是评价轧辊加工质量的重要指标之一【46，471。圆度误差是指在回转体同一横截面内(即垂直于轴线的截面)，包容实际圆轮廓的半径差为最小的两同心圆的半径差。圆度误差的评定方法直接影响圆度误差的计算精度，有四种不同评定圆度误差的方法：最小外接圆法(MCC)，最大内切圆法(MIC)，最小区域法(MZC)和最小二乘法(LSM)。5．3．1传统的四种评定方法(1)最小二乘圆法(LSM)最小二乘圆法是使用最早的一种方法，方法简单，理论成熟，应用较普遍。最小二乘圆法是指各测量点到该理想圆轮廓径向距离的平方和为最小。各测量点中距离最小二乘圆的最大距离‰与最小距离k的差值即为圆度误差占，即s爿≮。一jo(5．6)若占≤‰，则工件的圆度误差是合格的，否则，工件的圆度误差是不合格的(‰为圆度公差标准)49 沪一一≮∥一 沪～一≮∥一图5．6最小区域法最d,-乘法虽然被广泛应用于计算圆度误差，但是其计算结果值大于实际圆度误差值。目前越来越多的研究是基于最小区域法计算圆度误差，以获得最小的圆度误差值【48】。(3)最大内接圆法(MIC)与最小外接圆法(MCC)作实际被测圆的最大内接圆作为内包容圆，以其圆心为中心作被测实际圆的外包容圆，这两个同心圆的半径差即为最大内接圆法评定的圆度误差。最小外接圆法跟最大内接圆法相似，作实际被测圆的最小外接圆作为外包容圆，以其圆心为中心作被测轮廓的内包容圆，这两个同心圆的半径差即为最小外接圆法评定的圆度误差。主要的评定准则有直线法和三角形法。5．3．2偏心轮圆度误差计算本论文选用最小区域法计算圆度误差。o(jco，％)代表截面的圆心，截面图形可表示为：躲(喜孑)@7，q表示第f点的残差值，q=尺(只)一R。在极坐标下，置为在以圆心o(而，Yo)的 圆中第f点(薯，M)的半径值。设口为极坐标下的极角，则R(只)代表第f点(玉，M)，极角为2的极径。R(口)在极坐标下可以表示为：R(O)：Ro+AR(5．8)R代表理想圆的半径，AR为变化量。设被测点坐标P(％，蚱)，则：{蚱xp=：x％0+十RR((O口))cso；ns护R(5．9)当实际轮廓获得后，设最大包络圆和最小包络圆这两个同心圆的圆心为O。a，b)，则圆心坐标为：f1亡l口-i季‘㈦车y，(5．10)圆度误差为最大包络圆△，k与最小包络圆虬。的半径差：厂=△，．慨一△，孟【491(5．11)5．4标定试验标定试验主要是测试轧辊在线检测系统在直线方向运动时的测量误差，以便调整轧辊在线检测系统的性能。在实验中，选择高精密平台NewportVP．25X，将其测量结果做为真值，并与轧辊在线检测系统的测量结果进行比较。表5．1高精密平台NewportVP．25X性能参数项目性能参数行程(mm)25重复精度(¨m)0．1直线运动精度(pm)O．152 单向重复精度0．15双向重复精度0．2士0．1轴向精度(pm)2士l最大速度(mm／s)25负载能力(N)60测量误差，测量值与被测量值真值之差，即：测量误差=测得值．真值沿X轴线方向移动NewportVP．25X高精度平台，记录每次相对初始位置的位移变化量J。同样，标定平台在移动的过程中，当测量距离超过恒定测量区间时，检测机构自动运行，带动传感器沿X轴线方向移动，直到测量距离回到恒定测量区间，记录每次测量机构的移动位移与初始位置的变化量J’。最后将s和s值相减，即为残差值，公式表示为：s=占一J7(5．2)LabVIEW在程序框图中的函数选板中，按照功能分类分别存放着函数、信号处理、VIs和ExpressVIs等选项。单击ExpressVIs选项，会弹出常用的信号处理函数，选择曲线拟合函数。将平台测量数据和轧辊在线非接触检测系统的测量数据输入函数，即可自动生成曲线输出。5．4．1实验结果标定平台移动35mm的线性范围内，经多次测量，测量精度的误差在+259m之内，选取其中两组数据图进行分析。 OZ557．5加12．51517．S∞225筋27．5∞325衢位移钾l曩)(a)第一组数据一；善一铃趔∞岱msO{m坫∞一§一喇预 口DaD一口一Io廿a廿a5．4．2实验结果分析位移olIm)(b)第二组数据图5．1两组测量数据对比图与残差图通过图可以发现，两组数据的残差变化有以下特征；(1)误差绝对值在+25／am的范围区间中波动；(2)误差变化没有规律；(3)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数要多，近于零的误差出现的次数最多。根据上述的测量误差种类结合残差变化特征，推断轧辊在线非接触检测系统的测量数据中包含随机误差。轧辊在线非接触检测装置在组装过程中，存在安装筠辩筻∞罄五M亚∞培垢H垃垃86●2言占终埘 精度误差，各个零件在传动过程中会产生间隙、轴向跳动和摩擦。根据残差拟合成最佳拟合曲线：Y=0．99913x-0．015(5．3)其中，x代表轧辊在线非接触检测系统的测量数据；Y代表修整后的测量值，拟合曲线图如图5．2所示：5．4．3误差产生原因图5．2最佳拟合曲线通过测量结果图可以发现一系列误差波动，引起误差波动的原因主要可能有以下几个因素：(1)激光三角位移传感器和偏心轮的中心不在同一条直线上；(2)激光三角位移传感器和光栅尺本身的测量误差：(3)随着偏心轮的不停运转，程序的执行周期和偏心轮旋转周期存在时间差累积；(4)轧辊在线检测系统的直线度误差和滚珠丝杆受热引起的测量误差；(5)光栅尺的安装误差；(6)Eh于偏心轮径向跳动造成的测量误差。 5．5偏心轮实验根据第三章提出的轧辊试验台，进行简化实验，在开始实验之前，首先对程序进行初始化操作包括：设定电机运动频率、图像显示框图清零，其次调整偏心轮的位置，保证偏心轮的被测表面与传感器处于垂直关系，程序控制流程图如5．4所示。57 5．5．1实验结果图5．4偏心轮实验控制流程图在实验中，任取偏心轮的两个截面(垂直于轴的方向)，分别测量其圆度误差。对每个截面连续测量10次，所得数据如表5．2所示。58 表5．2第一、二截面连续测量10次的原始数据采样斟数圆度误差值采样幽数圆度误差值00．27600。309l0．289l0．26520．29220．26930．29330．2594O．3lO40．25850．27850．29160．30760．26470．32070．26080．32980．26390．29790．277一h入／弋／’V＼0O．5lL522．533．54毛5S5．S66．577．588．59a第一截面圆度误差＼入／＼八．／V0O。SlL52乙533。S辱4-5SS．S66．577．5B8．S9b第二截面圆度误差图5．7偏心圆实验圆度误差59∞坫∞so{∞塔∞峦一￡一)粥蝼倒固∞坩O∞售一州喽世固 该两组数据的标准差和方差分别为0．0164和0．00027，0．0171和0．00029。5．5．2实验结果分析偏心轮在旋转到第五圈后，其第五次的圆度误差值有突变，影响测量结果的原因主要有以下几个因素：(1)激光三角位移传感器和光栅尺本身的静态和动态精度；(2)轧辊在线非接触检测系统中装置的加工安装误差、运动误差及滚珠丝杆的热变形；(3)被测偏心轮在线检测过程中自身状况对测量结果的影响，偏心轮的径向跳动、支撑轴弯曲变形等：(4)周期误差轧辊在线非接触检测系统的采样周期和偏心轮的旋转周期有时间偏差，影响测量精度；(5)基准误差f50】偏心轮的旋转中心与轧辊在线非接触检测系统的测量中心不在同一水平线上，影响测量结果【5l】。总而言之，主要影响因素可以概括为：测量方法、测量装置与测量相关的部件安装精度、操作人员等。5．6轧辊在线检测系统的性能分析通过以上两个实验可以得出如下结果：(1)当检测范围超出允许测量区间时，轧辊在线非接触检测系统可跟随被测物自动调整传感器的位置，验证了恒间距检测原理的可行性。(2)经多次测量，标定平台移动35mm的线性范围内，测量误差在士25pm之内。 5．7本章小结本章通过标定实验和偏心轮实验验证轧辊在线非接触检测模型的性能。首先，对检测系统的实验结果进行误差分析，分析结果表明检测系统方案从硬件到软件设计的合理性，验证了恒间距检测原理的可行性，这些实验为检测系统的进一步完善奠定了基础。6l 6．1结论第六章结论和展望本课题提出了一种新的轧辊在线非接触检测系统，设计了系统的硬件和软件部分，测量结果可以在软件界面中实时显示出来。该方法与现轧辊加工企业中采用的辊型测量方法相比较，其优势主要体现在以下几个方面：(1)在线测量，测量速度快。传统的轧辊辊型检测方法为离线式检测，需要将工作中的轧辊磨床停下，将检测装置放置于轧辊之上进行检测，效率低下，测量精度低。而本论文提出的检测系统为在线检测，利用磨制轧辊的时间间隙，对轧辊表面精度进行测量，实时采集数据、显示数据处理结果，可实现轧辊磨床对轧辊磨削路径和磨削量的在线调整，实现了测量过程的半自动化，大大提高了生产效率。(2)非接触式测量，对被测表面无损坏。目前轧辊加工企业采用的主要测量方法为接触式测量，即采用测量头与被测物表面相接触的测量方式，往往会在测量后，在轧辊表面留下划痕，影响轧辊辊型精度。这对精度要求高的轧辊来说影响是巨大的。检测系统采用非接触式测量，避免在轧辊表面留下划痕影响轧辊辊型精度，甚至废件的产生。(3)测量精度高。轧辊在线非接触检测系统采用高精度的非接触传感器测量轧辊表面精度，并利用光栅尺作为位置反馈器件。光栅尺与传感器、滚珠丝杆和电机形成闭环控制，提高检测精度。(4)结构简单，成本低。轧辊在线测量仪的结构设计简单，主要硬件均为工厂中常见器件。相较于其它轧辊辊型检测装置，该检测装置所需的硬件器材都可直接购买到，无需特别定做，且价格便宜。(5)界面简单，易于操作。控制系统计算和分析采集到的数据，并将轧辊的表面形状和圆度误差等参数实时显示在操作界面上。此外，控制程序为模块化控制，可根据用户需要嵌入到原有的CNC数控系统中，简单易行，适用于所有的数控 厘[]太堂亟±鲎笾途塞磨床。6．2展望由于受工厂加工轧辊时间长等多方面原因，目前仅对轧辊在线非接触检测系统的模型的装置结构和检测原理，进行了模拟检测实验。今后在理论和实践方面尚有许多工作要做，下面列出几个有待于进一步研究的方面：(1)本论文虽然对检测模型进行了实验分析，但还需进一步与企业协作完善，根据具体磨床的运行情况和轧辊加工环境，对误差辨识和误差补偿进行研究，并按照工程学原理的要求进行反复测试和验证，以保证它的精度、可靠度和鲁棒性。(2)误差分析，本课题虽然对实验中的误差原因产生了分析，但还存在很多不足。轧辊在实际磨削过程中会产生铁削影响传感器的测量结果，此外轧辊磨床在安装轧辊中存在安装偏心、机床主轴误差和机床导轨误差等，这些都对测量结果有直接影响，需要进一步的研究。因此可以考虑与神经网络【52】、免疫算法、模糊理论、蚁群算法等智能方法相融合深化误差评定及计算。(3)完善软件设计，对测量结果进行误差补偿。目前的控制界面只能显示圆度误差，需要进一步完善，使其可以实时显示出三维立体测量结果，实现三维表面信息的分析。(4)装置安装精度不够高，光栅尺需要严格按照装配精度要求安装以确保检测精度，减少测量误差。本课题以实现长距离、高精度的辊型在线非接触测量为目标，致力于能够将该方法应用到多种主流轧辊磨床上。相信该课题的开展为轧辊在线非接触式检测系统的实际应用提供理论和试验基础，并为该方法的推广提供一定的借鉴作用。 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厦门大学硕士学位论文 致谢本篇论文是在陈永明老师、王磊老师和祝青园老师的共同指导下完成的。陈永明老师总会宽容的原谅我在做实验时犯的错误，并为我打气鼓励我继续前行。感谢王磊老师和祝青园老师，每次的小组讨论中，两位老师总会耐心的为我解答问题，教会我许多传感器及信号处理方面的知识以及如何更好的设计机构及构图的知识。他们渊博的学识、严谨的治学态度也帮助我养成了勤于思考及时做笔记总结的好习惯。在此，我向三位老师表示诚挚的感谢。感谢郭隐彪老师对本课题在仪器设备上的支持。同时还要感谢张海荣、谢文怡和同实验室的吴庆勇同学，感谢他们协助我采集实验数据。在他们的热心协助下，项目才能够及时顺利的完成。还要感谢王磊老师实验室的林春师兄，协助我改写程序。最后，对所有关心我的老师和同学致以最真诚的感谢。 硕士期间发表论文和专利1．胡叶，陈永明．一种基于LabVIEW的TTL信号计算方法．科技创新导报，2012，(3)：14．2．陈永明，王磊，祝青园，胡叶，吴庆勇．轧辊辊形误差在线测量装置[专利]．ZL201120413876．0．71