航天密封圈智能测量与检测设备结构及运动控制系统研发(2)

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3.1.3 运动控制指标 29

3.2 驱动控制系统设计 29

3.2.1 运动控制方案设计 29

3.2.2 控制电路设计 30

3.3 运动控制算法研究 31

3.3.1 速度控制的必要性 31

3.3.2 速度梯形算法 31

3.3.3 速度指数型算法 32

3.3.4 梯形速度曲线、指数型速度曲线和S型速度曲线的对比 34

3.3.5 S曲线算法 34

3.3.6 合成速度S曲线算法 36

3.3.7 速度曲线的离散化 38

结论 40

致谢 41

参考文献 42

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

机械密封以其优良的可靠性、密封性以及经济适用性，在航天领域中有着广泛的应用[1]。密封圈作为机械密封的重要原件之一，它的特征参数是保证机械密封可靠性的关键[2]。在各种类型的密封圈中，航天系统中最常用的密封元件为Ｏ形橡胶密封圈（简称Ｏ形圈）。密封圈的特征参数主要是指表面质量参数和尺寸参数[3]。近几年，随着科学技术的快速发展，视觉图像技术的快速提高，利用机器视觉技术来构建专用的检测或测量系统^751!文`论^文'网www.751com.cn，已经成为工业检测领域的一种革新手段。

密封圈尺寸特征的测量方法大体可以分为两类：接触式测量和非接触式测量。传统的接触式测量的方法有锥棒测量法、改装百分表测量法、卡尺测量法、柔性测量法等；非接触式测量法主要有工具显微镜、大型投影仪、截面切片投影法、断面自动测量仪等方法进行测量。由于接触式测量的测量力会使密封圈产生变形，因此，接触式测量的测量结果精度不高，并且测量效率也比较低[4]。与接触式测量相比，非接触式测量可以克服测量力对测量结果的影响，但是上述的四种方法中前两种方法受到O形圈在自由状态下的轮廓为非标准圆周的影响，测量结果会产生误差，而且在测量过程中人工干预较多，测量结果受主观因素的影响较大；截面切片投影法为破坏性测量，断面自动测量仪的成本较高[5]。密封圈的表面缺陷检测通常采用目测的方法，发现缺陷后用显微镜或者投影仪进行复查，这种方法工作强度大，对人体损害大，并且检测的稳定性差，效率低。

近年来，随着视觉图像技术的发展，利用机器视觉技术进行检测已经成为工业检测的新手段[6-7]。机器视觉能够将测量与检测功能结合，具有非接触性、易实现自动化和智能化、信息量丰富等优点[8]。非接触性测量可以保证测量时没有测量力，密封圈没有形变，一定程度上保证了测量结果的可靠性；利用图像技术对密封圈的表面缺陷进行提取，从而解决了人工观察所造成的人体伤害，稳定性差，效率低等问题。适用于密封圈的检测。

密封圈的检测系统由四个子系统组成，分别是运动控制子系统、光学成像子系统、图像处理子系统以及数据库子系统。四个子系统之间的交互关系如图1.1所示。运动控制子系统主要用于控制Ｘ、Ｙ、OZ三个方向的电动执行器的联动运动，从而实现工作台的三个自由度方向的联动定位。光学成像子系统主要由三自由度的工作台和两个工位上的成像光学器件组成，用来完成大视场的全景图像和小视场的序列图像的自动采集。图像处理子系统主要由各类图像处理算法组成，包括大视场全景图上密封圈内径尺寸的测量、被测特征的识别、序列小视场图像上表面缺陷特征的提取、密封圈截面尺寸的测量等。数据库子系统主要用于存放通过大视场图像识别得到的测量路径规划数据，提供给运动控制子系统读取从而实现小视场序列图像的自动采集。除此之外，数据库也用于存放密封圈的尺寸参数和序列小视场图像处理得到的缺陷的特征参数，以便于查询、检索以及分析统计等后续处理[9]。