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（本科生毕业论文开题报告）全自动金属打标机的气动系统设计
专栏：毕业论文
发布日期：2019-08-07
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课题名称全自动金属打标机的气动系统设计学院名称专业名称学生姓名指导教师一 课题来源及意义本课题来源于…控制器控制X轴和Y轴运动从而带动打标头进行标记。基于ＰＣ计算机并行口气动标记机系统的设计.
课题名称 | 全自动金属打标机的气动系统设计 | ||
学院名称 | 专业名称 | ||
学生姓名 | 指导教师 | ||
一 课题来源及意义 本课题来源于……………。我的毕业设计是整个项目其中的一部分，题目全自动金属打标机的气动系统设计。 气动打标机是由对打印针的运动进行控制的高速打印设备，它所用的高速电磁阀，能以较高的频率开关压缩空气，从而可使打印针也按此频率往复冲击，在工件表面打印出密集点阵构成字符或图形。在以制造业为主的发展中国家，打标产业市场非常广阔。气动打标机有标准型、便携型和生产线型三种。标准型适用于中小件，便携型适合大型件，生产线型适用于流水线生产。 气动系统作为全自动金属气动打标机的重要组成部分，其性能直接影响打标机的使用性能。因此本文设计了一套气动系统，实现与伺服系统的协调作业，以提高气动打标机的使用性能。 与其他打标方式相比，自动控制的气动打标方式由于结构简单，成本低，可控性好，速度快等特点而受到很多厂商的欢迎，这一技术特别适合于对标记速度有较严格要求的流水线作业场合，并且能够通过控制气压的大小而方便地控制标记的深度。然而，当前世界上最先进的气动打标机技术往往源于发达国家。这些进口品牌的打标机虽然质量较好，但价格和售后服务却使国内的广大中小企业望而却步；反观国内的气动打标机生产商虽然制造出了价格相对较低的产品，但在功能上只是单纯地模仿，很多技术并不能达到实际的生产要求，无法保证质量。因此，在中国生产和推广拥有全套自主知识产权的气动打标机，让广大国内企业能用上价廉物美又有完善售后服务保障的气动打标机设备成为一项迫切需求。在这一背景下，本文在气动打标机的研制方面做了一些研究，研制了一种能够对打标字符进行轨迹优化的气动打标机，这对于我国在气动打标机技术上的研究具有一定的参考价值，同时对打标技术的发展具有一定的意义。
国内外对气动打标机系统已经进行了一系列卓有成效的研究开发工作。 重庆大学研制的DCQ工业气动标记机[1]，由计算机发出运动控制指令给插在计算机主机箱中的运动控制卡，运动控制卡完成运动控制运算，发出脉冲送入步进电机驱动器驱动打标机打标。运动控制卡在安装时还必须先关掉计算机的电源，给用户使用带来不便。 武汉化工学院自动化系研制的基于PC计算机并行口的气动标记机系统[2]，根据所要标记的图形或字符的轮廓，经过PC机中控制程序的运动控制运算，由PC机生成控制脉冲信号，经缓冲器和光电隔离后，送入步进电机驱动器驱动打标。这种气动打标机系统常为DOS系统。武汉化工学院自动化系还研制了一种分布式数控标记机系统[3]，由上位机发出运动控制指令，运动控制运算在下位机的控制器中完成，下位机由控制器和步进电机驱动器组成。控制器单片机的I/0口输出控制步进电机运行的脉冲，经缓冲器和光电隔离送入步进电机驱动器驱动打标机打标。 美国TELESIS公司的SC5000/420型气动打标机[4]，不需要计算机控制，它的TMC420控制器集成了步进电机驱动器的功能，控制器上有键盘和四行的LCD显示屏。主机可以通过串口向控制器下载刻字资料，有可选配的电脑软件用来设计标识和字型，然后再载入至控制器中使用，主机还有监控系统错误功能。控制器控制X轴和Y轴运动从而带动打标头进行标记。控制器可以存储、加载和编辑用户已经定义的75个打标文件。控制器还提供和PLC连接的I/O信号接点，这些接口允许远距离控制，如打标文件选择、打印、中止、监控输出信号、在线打标等。 法国SIC公司（www.sic-marking.com）的SICi111s气动打标机[5]，不需要计算机，SICi111s的控制器e6集成了软件、蓝色高分辨率显示屏、键盘，可以创建、加载和保存文件，能储存多达1000个打标文件。在打标头上有一块集成智能芯片记录所有与设备使用相关的信息。SICi111s可以打印序列号、日期、图标等，并能进行预览和密码保护。机械部分采用加强型双导轨设计，更加可靠。控制器集成了步进电机驱动器的功能，打标机X轴和Y轴方向的移动是控制器指挥步进电机产生的。SICi111s可以直接受PLC控制。可以在上位机windows版软件中编辑预览打标文件并下载到控制器中。 刘昌勇[6]从优化增强型气动打标机针头的角度出发，建立了打标机针头动力学模型。从冲针运动过程，冲针的动能及嵌入目标过程所受的阻力所做的功相等角度，建立了能量、深度、角度问的函数关系，并用此函数关系与实际的实验验证做了对比。实验测得数据与理论计算结果偏差小于15％。此模型给字模嵌入钢瓶过程给予了启示。 李莹[7]提出了基于CCD的阀套内环槽轴向尺寸的检测，并建立了针对阀套轴向尺寸的CCD图像检测系统。文中中检测半径的创新之处在于根据图像的特点增加了剪裁、像素特征点的输出等功能，但因为所检测的物体本身比较简单，所做的图像检测系统不能适应本文打标机的检测。 邱光良[8]等从CCD测光软件参数的角度出发，进行了软件参数设置对结果误差影响的研究；束志林[9]等介绍了一种基于Hough圆检测算法的快速随机准确的圆检测算法；李江涛[10]等从特征线识别的角度研究出了一种快速准确识别圆形目标的方法；Chen T C，Chung k L[11]发明了一种随机有效的圆的检测算法。 Hough算法[12]为一种圆检测经典的算法，它可以通过估算待检测图像中圆的大小，从而减小确定圆的半径所需时间，并可以利用边缘梯度信息来降低所需采集的像素的点值。在此基础上，黄庆[13]等提出利用边缘抽取线条及对轮廓象素实行边缘光滑化，再根据圆的确定方法来提取圆的特征参数。 三 本课题的研究目标，研究内容，研究方法和进度安排 1 研究目标 设计一套全自动金属打标机的气动系统，实现与伺服系统的协调作业，以提高气动打标机的使用性能。 2 研究内容 设计内容包括两方面的内容。一是全自动金属打标机的气动系统回路总体方案设计。二是气动系统的元器件的设计。 3研究方法 搜索相关资料，在老师的指导下进行气动系统回路总体方案设计，根据工况选择气动元件，并计算各元件的参数，以获得一个适合打标机的气动系统。 4 进度安排 （1）2014-12-28至2015-01-05 查阅文献，了解全自动金属打标机的气动系统原理、研究现状以及基本的研究方法。 （2）2015-01-06至2015-01-18 完成全自动金属打标机的气动系统设计开题报告并确定需要翻译的英文资料。 （3）2015-01-19至2015-03-06 翻译英文文献，并继续阅读文献，深入了解课题相关内容。 （4）2015-03-07至2015-05-07 在老师指导下完成全自动金属打标机的气动系统回路总体方案设计。 （5）2015-05-08至2015-05-31 完成气动系统的元器件的设计并进行参数计算完成论文初稿。 （6）2015-06-上旬 完成论文，准备答辩。
1 实验方案的可行性分析 本课题组已对全自动金属打标机的原理及设计有了清楚的认识。查阅了大量文献，对打标机的气动系统有了更深入的了解。 2 研究条件 本课题组查阅了许多相关文献及计算资料，具备本次全自动金属打标机的气动系统的设计的条件。 参考文献 [1]李敏基，朱文，朱洪俊.DCQ-工业气动标记机的研制.制造技术与机床.1999，4 ：46-47 [2]江卫华.基于ＰＣ计算机并行口气动标记机系统的设计.电气传动自动化. 2002，24(1)：44-46 [3]江卫华，陈杰.分布式数控标记机系统通信接口的实现. 微计算机信息.2003 ，19 (9 ) ：62-63 [4]Telesis Technologyies,INC..SC5000/420 DATASHEET [5]SIC MARKING,INC..New products and services，2003 [6]刘昌勇．增强气动打标针头动力学模型分析[J]．装备制造技术，2008(10)：34．37 [7]李莹．基于CCD的阀套轴向尺寸检测系统的研究[D]．2010 [8]邱光良，梁继华，苏云宝，et a1．CCD测光孔径参数研究[J]．云南师范大学学报，2011：26-29 [9]束志林，戚飞虎．一种新的随机Hough快速圆检测算法[J]．计算机工程，2003(6)：87-88 [10]李江涛，倪国强，王强，et a1．一种快速准确识别圆形目标的新算法[J]．激光与红外，2007(6)：575-578 [11]CCT，LCK．An efficient randomized algorithm for detecting circles[J].Computer Vision and Image Understanding,2001(2)：172-19l [12]Zhi-lin S,Fei-hu Q,A novel algorithm for fast circle detection using randomized Hough transform[J].Computer Engineering ，2003(29)：87-88 [13]黄庆，李飚．基于曲率估计的圆检测方法[J]．红外与激光工程，2007(36)：250-253
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