ЛАЗЕРНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА. СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ
|
Введение 9
1. Виды погрешностей и их влияние на точность изготовления изделий 11
1.1. Механические погрешности. Виды погрешностей при обработке. .. 11
1.1.1. Систематические погрешности обработки 13
1.1.2. Случайные погрешности обработки 13
1.2. Программные погрешности 15
1.3. Точность станков и координатно-измерительных машин (КИМ) .... 16
1.4. Принцип компенсации погрешностей 18
1.4.1. Принцип вычисления абсолютной погрешности 19
1.4.2. Принцип вычисления относительной погрешности 22
1.4.3. Расчёт суммарной погрешности обработки 24
1.5. Определение погрешностей с помощью лазерно-оптического
комплекса 25
2. Выбор комплектующих для макета лазерно-оптического комплекса 27
2.1. Выбор микроконтроллера 27
2.2. Выбор элементов для двухкоординатного стола 31
2.2.1. Выбор двигателя 31
2.2.2. Выбор драйвера 33
2.2.3 Выбор концевого датчика 34
2.3. Выбор фотодатчика 37
2.3.1. Выбор фотодиода 37
2.3.2. Выбор усилителя 40
2.4. Полупроводниковый лазер 41
2.5. Выбор устройства вывода информации 42
2.6. Выбор платформы для установки 46
2.7. Выбор блока питания 47
3. Программная часть. Практическая модель 48
3.1. Блок-схема алгоритма 48
3.2. Программа для практической модели 52
3.2.1 Используемые библиотеки и вводные данные 52
3.2.2 Функция «setup» 53
3.2.3 Функции «buttonTick» и «loop 54
3.2.4. Остальные функции 56
Заключение
Список используемой литературы 59
Приложение А Графики абсолютной погрешности при перемещении по осям
Ох и Оу при различных значениях оси О/ 62
Приложение Б Возможные состояния матрицы при попадании лазерного луча 63
Приложение В Примерная структурная схема макета лазерно-оптического комплекса 64
Приложение Г Перечень элементов к схеме принципиальной электрической 65
Приложение Д Блок-схема алгоритма работы макета лазерно-оптического комплекса 66
Приложение Е Код программы для макета лазерно-оптического комплекса 69
1. Виды погрешностей и их влияние на точность изготовления изделий 11
1.1. Механические погрешности. Виды погрешностей при обработке. .. 11
1.1.1. Систематические погрешности обработки 13
1.1.2. Случайные погрешности обработки 13
1.2. Программные погрешности 15
1.3. Точность станков и координатно-измерительных машин (КИМ) .... 16
1.4. Принцип компенсации погрешностей 18
1.4.1. Принцип вычисления абсолютной погрешности 19
1.4.2. Принцип вычисления относительной погрешности 22
1.4.3. Расчёт суммарной погрешности обработки 24
1.5. Определение погрешностей с помощью лазерно-оптического
комплекса 25
2. Выбор комплектующих для макета лазерно-оптического комплекса 27
2.1. Выбор микроконтроллера 27
2.2. Выбор элементов для двухкоординатного стола 31
2.2.1. Выбор двигателя 31
2.2.2. Выбор драйвера 33
2.2.3 Выбор концевого датчика 34
2.3. Выбор фотодатчика 37
2.3.1. Выбор фотодиода 37
2.3.2. Выбор усилителя 40
2.4. Полупроводниковый лазер 41
2.5. Выбор устройства вывода информации 42
2.6. Выбор платформы для установки 46
2.7. Выбор блока питания 47
3. Программная часть. Практическая модель 48
3.1. Блок-схема алгоритма 48
3.2. Программа для практической модели 52
3.2.1 Используемые библиотеки и вводные данные 52
3.2.2 Функция «setup» 53
3.2.3 Функции «buttonTick» и «loop 54
3.2.4. Остальные функции 56
Заключение
Список используемой литературы 59
Приложение А Графики абсолютной погрешности при перемещении по осям
Ох и Оу при различных значениях оси О/ 62
Приложение Б Возможные состояния матрицы при попадании лазерного луча 63
Приложение В Примерная структурная схема макета лазерно-оптического комплекса 64
Приложение Г Перечень элементов к схеме принципиальной электрической 65
Приложение Д Блок-схема алгоритма работы макета лазерно-оптического комплекса 66
Приложение Е Код программы для макета лазерно-оптического комплекса 69
Погрешность измерения - неотъемлемая часть любого измерения. С развитием приборов и методов измерения человек стремится уменьшить влияние этого явления на конечный результат измерения.
Определение местоположения объекта в данном случае должно выполняться с высокой точностью, и погрешность измерений не должна превышать размеры измерительных приборов (датчиков).
Оптически-координатные приборы используются для измерения расстояния (координат) перемещаемого объекта. В частности, лазерно-оптический комплекс отличается высокой точностью, бесконтактным измерением и простотой установки. Обычно в нем используется гелий-неоновый лазер со стабилизированной длиной волны и имеет разрешение порядка нанометров для диапазонов измерения в несколько десятков метров. Но промышленные экземпляры довольно большие и дорогие, поэтому они интегрируются только в оборудование стоимостью в сотни миллионов или используются в качестве эталона для контроля качества.
Вычисление погрешности (или ошибки) сильно зависит от конкретной задачи, которую необходимо решить, а также от вида погрешности, которая необходима.
Как правило, с абсолютной точностью невозможно узнать истинное значение измеренного значения, следовательно, невозможно указать отклонение измеренного значения от истинного. Это отклонение обычно называют ошибкой измерения. Оценить величину этого отклонения можно только, например, с помощью статистических методов. На практике вместо истинного значения используется фактическое значение величины, то есть значение физической величины, полученное экспериментально и настолько близко к истинному значению, что его можно использовать в поставленной задаче измерения. Это значение обычно рассчитывается как среднее значение, полученное путём статистической обработки результатов серии измерений. Полученное значение не является точным, просто наиболее вероятным. Поэтому при записи результатов измерений необходимо указывать их точность.
Первоначальные ошибки фиксируются станками с ЧПУ на этапе макетирования и разработки конструкции, при выборе материалов для деталей машин, а также при производстве и сборке.
В процессе эксплуатации станков с ЧПУ используются дополнительные погрешности из-за упругих деформаций из-за действия сил резания, температурных деформаций деталей и узлов станка, а также из-за износа различных сопряжений станков (направляющих, подшипников и так далее.). Все указанные машинные ошибки могут иметь разное значение, действовать в разных направлениях и, таким образом, по-разному влиять на выходные параметры точности станка.
По своей природе ошибки возникающие в станке могут быть систематическими и случайными.
Систематические ошибки характеризуются предсказуемостью, постоянством размера и характером их изменения в процессе работы станка. Эти ошибки можно измерить заранее и оценить, как они влияют на точность станка.
Сложнее обстоит дело со случайными ошибками, величина и характер проявлений которых постоянно меняются, поэтому для их определения необходимо постоянно определять их величину и характер влияния на выходные параметры системы.
В данной работе будет рассмотрена система, входящая в состав лазерно-оптического комплекса для нахождения и компенсации погрешностей (ошибок) в ходе работы устройства. Основным исследуемым параметром погрешности является выявление ошибки перемещения по оси Z. Происходит измерение смещения на каждом участке приращения координат, что позволяет получить точную картину погрешностей.
Возникающие погрешности описаны ниже.
Определение местоположения объекта в данном случае должно выполняться с высокой точностью, и погрешность измерений не должна превышать размеры измерительных приборов (датчиков).
Оптически-координатные приборы используются для измерения расстояния (координат) перемещаемого объекта. В частности, лазерно-оптический комплекс отличается высокой точностью, бесконтактным измерением и простотой установки. Обычно в нем используется гелий-неоновый лазер со стабилизированной длиной волны и имеет разрешение порядка нанометров для диапазонов измерения в несколько десятков метров. Но промышленные экземпляры довольно большие и дорогие, поэтому они интегрируются только в оборудование стоимостью в сотни миллионов или используются в качестве эталона для контроля качества.
Вычисление погрешности (или ошибки) сильно зависит от конкретной задачи, которую необходимо решить, а также от вида погрешности, которая необходима.
Как правило, с абсолютной точностью невозможно узнать истинное значение измеренного значения, следовательно, невозможно указать отклонение измеренного значения от истинного. Это отклонение обычно называют ошибкой измерения. Оценить величину этого отклонения можно только, например, с помощью статистических методов. На практике вместо истинного значения используется фактическое значение величины, то есть значение физической величины, полученное экспериментально и настолько близко к истинному значению, что его можно использовать в поставленной задаче измерения. Это значение обычно рассчитывается как среднее значение, полученное путём статистической обработки результатов серии измерений. Полученное значение не является точным, просто наиболее вероятным. Поэтому при записи результатов измерений необходимо указывать их точность.
Первоначальные ошибки фиксируются станками с ЧПУ на этапе макетирования и разработки конструкции, при выборе материалов для деталей машин, а также при производстве и сборке.
В процессе эксплуатации станков с ЧПУ используются дополнительные погрешности из-за упругих деформаций из-за действия сил резания, температурных деформаций деталей и узлов станка, а также из-за износа различных сопряжений станков (направляющих, подшипников и так далее.). Все указанные машинные ошибки могут иметь разное значение, действовать в разных направлениях и, таким образом, по-разному влиять на выходные параметры точности станка.
По своей природе ошибки возникающие в станке могут быть систематическими и случайными.
Систематические ошибки характеризуются предсказуемостью, постоянством размера и характером их изменения в процессе работы станка. Эти ошибки можно измерить заранее и оценить, как они влияют на точность станка.
Сложнее обстоит дело со случайными ошибками, величина и характер проявлений которых постоянно меняются, поэтому для их определения необходимо постоянно определять их величину и характер влияния на выходные параметры системы.
В данной работе будет рассмотрена система, входящая в состав лазерно-оптического комплекса для нахождения и компенсации погрешностей (ошибок) в ходе работы устройства. Основным исследуемым параметром погрешности является выявление ошибки перемещения по оси Z. Происходит измерение смещения на каждом участке приращения координат, что позволяет получить точную картину погрешностей.
Возникающие погрешности описаны ниже.
Итогом выполнения данной выпускной квалификационной работы является создание макета лазерно-оптического комплекса, который является практической визуализации данной работы.
В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы было необходимо уделить внимание трём основным разделам.
В первом разделе были рассмотрены причины возникновения различного рода погрешности, приведены примеры расчёта абсолютной, относительной и суммарной погрешностей и способы выявления отклонений при работе с применением лазерно-оптического комплекса.
Во втором разделе были рассмотрены различные комплектующие элементы, которые возможно использовать при создании макета лазерно-оптического комплекса. Выбраны оптимальные элемент с учётом экономической и конструктивной целесообразности.
В третьем разделе рассмотрены алгоритм работы программы, который необходим для более понятного отображения функционирования скетча. Иными словами, что будет, если случится, то или иное событие, отражённое в алгоритме. После чего, был разработан скетч - код программы устройства и рассмотрен процесс подключения и программирования микроконтроллера- для чего используется среда Arduino IDE и сопутствующие элементы, такие как: библиотеки. Затем описана процедура действий, выполняемых макетом лазерно-оптического комплекса.
Несмотря на объем проделанной работы, устройство имеет недостатки и может быть модернизировано.
В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы было необходимо уделить внимание трём основным разделам.
В первом разделе были рассмотрены причины возникновения различного рода погрешности, приведены примеры расчёта абсолютной, относительной и суммарной погрешностей и способы выявления отклонений при работе с применением лазерно-оптического комплекса.
Во втором разделе были рассмотрены различные комплектующие элементы, которые возможно использовать при создании макета лазерно-оптического комплекса. Выбраны оптимальные элемент с учётом экономической и конструктивной целесообразности.
В третьем разделе рассмотрены алгоритм работы программы, который необходим для более понятного отображения функционирования скетча. Иными словами, что будет, если случится, то или иное событие, отражённое в алгоритме. После чего, был разработан скетч - код программы устройства и рассмотрен процесс подключения и программирования микроконтроллера- для чего используется среда Arduino IDE и сопутствующие элементы, такие как: библиотеки. Затем описана процедура действий, выполняемых макетом лазерно-оптического комплекса.
Несмотря на объем проделанной работы, устройство имеет недостатки и может быть модернизировано.
Подобные работы
- Лазерно-оптический комплекс позиционирования объекта. Система позиционирования
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4270 р. Год сдачи: 2021