膨胀节波距检测摄像头驱动装置设计开题报告

全文总字数：1877字

1. 研究目的与意义

膨胀节波距检测摄像头驱动装置是波纹膨胀节性能试验设备重要组成部分，其性能的好坏将影响系统能否正常工作，是获取试验件试验参数、完成试验过程的保证。膨胀节波距检测摄像头驱动装置实际上具有三个自由度，受现场位置限制，其结构相对复杂，所以从事该装置的设计，能使得学生综合四年所学知识，锻炼其运用所学知识的能力，为今后从事相关工作打好基础。本课题从实际工程应用中提取，涉及机械、电气控制等知识，通过本课题的设计，能使得学生综合应用四年所学机电一体化知识，锻炼学生运用所学知识的能力，为今后从事相关工作打好基础。

直线电机直接驱动系统具有结构简单、重量轻、惯性小、动态响应快、速度和加速度大、精度高、振动和噪声小等优点，是各类超高速、精密机床的理想传动方式。可以说，直线电机的发展与应用促进了现代机床技术的发展，有可能使机床结构和性能发生革命性的变化。同时，超高速、精密机床的需要也促进了直线电机的迅速发展。但必须注意到直线电机本身还有一些问题没有得到很好解决，在其设计、制造和控制等方面还有许多工作要做，目前的应用还只是限于旋转电机传动满足不了的高速高精加工机床上，而且还只是处于应用的初级阶段。然而，随着新型磁性材料和电机专用冷却方法的出现，随着机床高速化、精密化的进一步发展，直线电机在机床上的应用必定会越来越广泛。

2. 国内外研究现状分析

直线电机直接驱动系统是近年来发展起来的一种新型进给传动方式，在各类高速、精密加工设备上具有广泛的应用前景。机床上传统的旋转电机 滚珠丝杠进给传动方式，由于受自身结构的限制，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高，已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。特别是由于直线电机无离心力作用，故直线移动速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。因此，只有在高速、精密的进给系统中采用直线电机直接驱动方式，才能获得所需的高进给速度和进给加速度。

目前，在国外，直线电机驱动系统的研究和应用正处于发展阶段。美国的Anorad公司是国际上最大的直线电机供应商之一，从20世纪80年代初开始研制直线电机，主导产品是正弦波永磁交流直线电机和方波无刷直流直线电机。美国的Danaher Motion公司是世界上著名的工业运动控制厂家，提供的动子无铁心结构永磁式直线伺服电机，具有极高的动态性能。德国Siemens公司的永磁式直线同步电机适用于高速铣床、超精密车床、磨床、激光车床等。此外还有德国的Indramat、Trumpf公司以及日本的Sanyo、Sodick和Fanuc公司等。在国内，直线电机驱动系统的研究和应用尚处于起步阶段。一些高等院校和科研院所，如浙江大学、沈阳工业大学、清华大学、广东工业大学、国防科技大学、华中科技大学和河南理工大学等都在开展直线电机及其相关基础技术的研究。

3. 研究的基本内容与计划

膨胀节波距检测摄像头驱动装置主要实现三个功能：能根据波纹膨胀节公称尺寸的大小自动控制两个横向电机的进给，以保证摄像头距离扫描工件表面的距离；能根据膨胀节长度方向的尺寸，驱动电机控制两摄像头上下距离，保证两摄像头对准两膨胀节中间位置；控制摄像头整体上下移动，以跟随膨胀节安装的中心位置。要求：摄像头质量1kg，摄像头纵向移动的范围0mm～1000mm；整个测量系统上下移动的范围0mm～1000mm；两摄像头之间的距离350～800mm；整个系统由4个电机驱动，控制精度为0.1mm，所有极限位移有限位保护，防止电机损坏；协调好整个装置与电机的安装，防止干涉。

课题计划安排：

（1）第1周-第2周 熟悉设计课题、查阅资料，填写开题报告和文献综述。

4. 研究创新点

通过对国内外研究现状的分析,本论文将在前人研究的基础上，参与导师和研究生学长学姐的课题研究，掌握课题研究方法及经验，熟悉并掌握有关知识的运用。