机械133球体直径测量仪设计DOC.docx
《机械133球体直径测量仪设计DOC.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械133球体直径测量仪设计DOC.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械133球体直径测量仪设计DOC
《机械创新设计》课程作业
题目：
设计一种测量球体直径的测量仪
院（部）：
机电工程学院
专业：
机械工程
班级：
机械133
姓名：
柴传承肖日侨温志浩许瑛琪
学号：
20130711098
指导教师：
沈孝芹
小组成员分工明细
分工内容
姓名
学号
备注
说明书整部格式编制；
原理方案设计环节主体内容；
机构设计环节：
机构的选型；
结构设计环节：
结构方案的变异设计；
柴传承
20130711097
组长
原理方案设计环节：
功能设计法的简介
总共能分析
系统求解
柴传承
许瑛琪
20130711097
20130711011
机构设计环节：
机构设计原则的运用与讨论，
机构方案评价；
肖日侨
20130711098
摘要部分；
前言部分：
现有产品的分析，
创新技法的运用与讨论
肖日侨
20130711098
结构设计环节：
概述，
设计结果介绍
柴传承
20130711097
结论部分
机构设计环节图片裁剪制作
温志浩
20130711010
前言部分：
设计的意义；
原理方案设计环节：
功能元求解
温志浩
20130711010
图片资料搜集；三维绘图
附录制作
参考文献
许瑛琪
20130711011
摘要························································3
1.设计背景·····························6
2.设计目的·················································6
3.设计要求·······················································6
4.本课题的发展概况以及存在的情况··················6
5.本设计的指导思想···························7
5.1创造原理···············。
············7
5.1.1移植创造原理···············································7
5.1.2分离原理·······································9
5.2创新技法····················································10
6.原理方案设计···················································14
6.1功能设计·······································14
6.1.1功能分析·············································14
6.1.2功能元求解·············································14
6.1.3方案组合········································14
6.2功能目标评价················································15
6.2.1几种待评价方案···························15
7.机构设计································16
8.结构设计································18
9.具体实施方案······························19
10.结论··································20
11.设计方案的技术创新························20
12.谢辞··································21
13.参考文献·······························21
摘要
球体广泛应用于各个领域，现有的测量仪器，只能测量单一的球体的直径，作用方法是将球体放置在测量仪器上，当球体较大时，测量非常不方便，而且携带不方便，这些测量球体直径的仪器需要人工读数，所以对于球体的精度不能很好的把握。
提出了一种高精度接触式外径测量方法,组建了外径测量系统。
该系统主要用途为某球形部件外径的高精度测量。
系统通过球体定位机构对被测部件进行准确地支撑及定位,采用2支高精度旁向式电感探头两两组合进行外径测量,利用微电脑实现数据的读取和处理,基于VC++开发相应的软件。
在测量时,先将标准件放入球体定位机构,并设定零位,再放入被测部件,通过和差演算的方法计算出被测部件的精确外径。
该系统实现了球体外径的精确测量,通过重复性实验,系统的功能得到了很好的验证。
系统和差演算的方法,减少了系统的复杂性,为测量提供了一种新的思路。
设计关键词：
测量仪，精度，便携
Abstract
Sphereiswidelyusedinvariousfields,existingmeasurementinstruments,canonlymeasurethediameterofthesinglesphere,actionmethodisthesphereplacedinthemeasuringinstrument,whenthesphereislarger,measuringveryinconvenient,andinconvenienttocarry,thesemeasurementsandthediameterofthesphereinstrumentneedtoartificialreading,sothesphereofaccuracyisnotverygoodgrasp.Ahighprecisioncontactdiametermeasurementmethod,setupthemeasuringsystemofhighprecisionmeasurementofdiameter.Thissystemismainlyusedforasphericalpartdiameter.Systemthroughaspherepositioningmechanismtobemeasuredaccuratelypositioningandsupportingcomponents,using2highprecisionsideelectricsenseprobetwotwocombinationofdiametermeasurementtherealizationofdataacquisitionandprocessing,usingmicrocomputer,VCdevelopedcorrespondingsoftware.Basedonmeasurement,thestandardpartsinthespherepositioningmechanism,andsettozero,thenaddthecomponenttobeinspected,andbydifferentialcalculusmethodtocalculatetheexactdiameterofthetestedparts.Thesystemrealizestheaccuratemeasurementofspherediameter,throughrepeatedexperiments,thefunctionofthesystemhasbeenwellverified.Systemandmethodofdifferentialcalculus,reducingthecomplexityofthesystem,andprovidesanewmethodformeasurement.
Designkeywords:
measuringinstrument,precision,portable
1.设计背景
目前，在常见的测量仪器中，能够直接测量球体直径的测量仪器如游标卡尺等，由于球体的结构特性，大多不能稳定地夹持球体并准确地测量球体的直径，易引起测量过程中的测量仪器夹持球体产生移动并进而导致测量误差的产生。
球体广泛应用于各个领域，现有的测量仪器，只能测量单一的球体的直径，作用方法是将球体放置在测量仪器上，当球体较大时，测量非常不方便，而且携带不方便，这些测量球体直径的仪器需要人工读数，所以对于球体的精度不能很好的把握。
2.设计目的
设计一种测量球体直径的测量仪。
3.设计要求
便携、测量范围广、误差小。
4.本课题的发展概况以及存在的情况
目前出现较常用的几种测量仪器，都是使用工作台的方式，测量范围有限，便携性不高。
市面上还有一种测量望远镜，能够测量很大的物体的直径，但是其不能测量较小物体，而且其测量误差很大。
在常见的测量仪器中，能够直接测量球体直径的测量仪器如游标卡尺等，由于球体的结构特性，大多不能稳定地夹持球体并准确地测量球体的直径，易引起测量过程中的测量仪器夹持球体产生移动并进而导致测量误差的产生。
为了解决现有的测量仪器不能很好的夹持球体并且准确测量球体直径的问题，本实用新型提供一种测量球体直径的装置，可以方便地夹持球体并准确测量球体直径，减少测量球体直径过程中产生的误差。
5.本设计的指导思想
为了满足便携、测量范围广、误差小的要求，本设计采用了《机械创新设计》中的移植创造原理、分离创造原理、物场分析原理，所采用的创新技法有群体集智法、系统分析法、形态分析法等。
5.1创新原理
5.1.1移植创造原理
移植创造原理的的基本模式如图所示
输入移植输出
已有成果A新成果B
（技术领域A）（技术领域B）
移植创造是一种应用广泛的创造思路，通览人类的科技创造成果，可以在不少地方发现移植创造原理的应用。
实现移植创造，可以选择不同的移植供体，采用不同的移植方式。
在机械创新中，人们更多的是沿着技术原理移植与机构移植的基本途径去实现新的创新。
在移植创造过程中，常常需要对将要创造的事物进行受体需要分析，即明确接受移植的事物所面临的问题和需要的技术方向，在此基础上有目的地寻找移植的供体。
由于移植创造过程中需要异质同化，所以移植创造往往需要经过试验的验证。
本设计运用移植创造原理，借用数显千分尺的容珊位移传感器来测量位移，增加了测量的精确度，经多次试验得到的数据经处理分析后验证可行，如下图
5.1.2分离创造原理
分离创造原理是把某一创造对象进行科学的分解或离散，使主要问题从复杂结构中暴露出来，从而理清创造的基本思路，便于人们抓住主要矛盾或矛盾的主要方面寻求新的创造思路。
分离创造原理的基本模式如图所示
分离
输入输出
已知事物A新事物A1或A2
实现分离创造可以采用很多途径，如将事物特性进行空间分离（从空间上分离相反的特性），时间分离（从时间上分离相反的特性），基于条件的分离（从整体与部分上分离相反的特性）以及整体与部分的分离（同一对象中共存的相反特性）。
在具体操作方式上则有结构分离，特性举例，市场细分等。
本设计运用分离创造原理，采用可以更换的标准头，能够测量不同直径范围的球体，扩大了测量的范围，如下图所示
5.2创新技法
形态分析法
（1）因素分析
从测量仪的总功能出发，分析实现“测量”功能的手段，可以得到“便携性”、“测量结果显示方式”、“测量范围”“测量距离表示”等基本分功能，以分功能作为形态分析的4个因素。
形态分析
对应功能的形态是实现这些功能的各种技术手段和方法。
上述的4个分工能种，测量距离表示所得出的形态决定了测量精度和度数的方便与否。
形态学矩阵综合表并进行方案综合
因素
形态
测量结果显示方式
表盘显示
电子显示
刻度显示
便携性
台式
手握式
测量范围
标准头
大小不同的测量工具
测距距离表示
传感器
刻度尺
表盘
（4）方案评选
方案1：
刻度显示-台式-大小不同的测量工具-刻度尺，是一种简单常见的测量仪
方案2：
表盘显示-台式-大小不同的测量工具-表盘，是一种实验室中可用的测量仪
方案3：
电子显示-手握式-标准头-传感器，是一种数显测量仪，测距是通过位移传感器来实现的。
6.原理方案设计
6.1功能设计
6.1.1功能分析
----范围调节
-----测量运动----工具运动
测量工具-----显示
6.1.2功能元求解
功能元
功能元解
显示
表盘显示
电子显示
刻度显示
测量目标
测量整体
测量一部分
测量范围
标准头
增大测量工具
测距原理
传感器
刻度尺
表盘
6.1.3方案组合
可能的方案组合有：
N=2*2*2=8种
6.2功能目标评价
度数的方便性
刻度尺〈表盘〈电子显示
精确度
传感器〉刻度尺〉表盘
测量范围
可更换标准头〉台式
便携性
是否移动方便
6.2.1几种待评价方案
1.采用刻度显示-测量整体-增大测量工具-刻度尺的组合
2．采用电子显示-测量一部分-标准头-传感器的组合
评价结果：
对测量仪的度数、便携性、精确度、测量范围的评价，确定6.2.1.2为最终方案
7.机构设计
7.1采用电子显示-测量一部分-标准头-传感器的组合
7.2.采用刻度显示-测量整体-增大测量工具-刻度尺的组合
8.结构设计（最终方案的三维图）
9.具体实施方法
一种测量圆球直径的数显测量仪，由标准头,测量杆，处理器，容栅位移传感器主栅和副栅，框架，弹簧，下端盖，按钮和显示屏等部件构成。
其特征在于：
容栅位移传感器副栅安装在处理器的凹槽上，容栅位移传感器的主栅安装在框架的肋板上，处理器安装在框架里面，测量杆固定在处理器端面圆心上，下端盖安装在框架上，弹簧安装在处理器和下端盖之间，按钮和显示屏安装在下端盖上，标准头安装在框架上。
当需要测量时，将球体放置在标准头中间的圆上，使球体缓慢卡在标准头上，与此同时，端面与标准头外端面平行的测量杆向后移动，因为容栅位移传感器副栅与处理器和测量杆连为一体，测量杆向后移动的距离就是位移传感器副栅所测的数值，位移传感器副栅将数值传递给处理器，处理器通过以下公式：
经转换得：
其中R为被测球体半径，h为容栅位移传感器所测得的位移，r为标准头中间圆圈的半径。
计算出最终数值，通过微处理器处理，再传到显示屏上显示，显示屏显示的数据有被测球体的各项几何参数：
直径D，表面积S，体积V。
10.结论：
本设计采用容珊位移
传感器，将测量结果直接通过电子显示屏显示，精确度高，度数方便。
采用圆柱型设计，方便测量，方便携带。
采用可更换标准头的设计，大大的提高了可测量的范围。
本设计中遇到的主要问题就是如何通过测量球体的部分来得出整体的直径，解决方法是采用勾股定理。
通过间接测量的方法得出测量结果。
11.设计方案的技术创新点
1、巧妙地采用高精度接触式外径测量方法，借用数显千分尺的容珊位移传感器来测量位移，增加了测量的精确度。
2、设计了一个1级机构，该机构一方面可以固定工作轴在空间的位置，另一方面也可对工作轴的位置进行调节，能稳定地夹持球体并准确地测量球体的直径，不易产生误差。
3、利用微电脑实现数据的读取和处理,基于VC++开发相应的软件，实现数字化和自动化。
采用系统和差演算的方法,减少了系统的复杂性,为测量提供了一种新的思路。
12.谢辞
本论文的完成，得益于沈孝芹大学老师传授的知识，使本人有了完成论文所要求的知识积累，更得益于导师沈孝芹教授从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对导师沈孝芹教授表示感谢！
13.参考文献
[1]洪允楣，等.工程师思考法—洞察分析构思.北京：
科学普及出版社，1992
[2]黄纯颖.工程设计方法.北京：
中国科学技术出版社，1989
[3]肖云龙.创造性设计.武汉：
湖北科学技术出版社，1989
[4]张春林.机械创新设计.北京：
高等教育出版社，2006
[5]张家港海太精密量仪科技有限公司.球体直径测量仪[P]中国专利：
201510210326.1
[6]刘志伟.球体直径测量装置[p]中国专利：
201220569065.4
[7]王玉新.机构创新设计方法.天津：
天津大学出版社，1996
升级会员 