铁轨平直度二维激光检测仪的研究与设计.pdf.doc

铁轨平直度二维激光检测仪的研究与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 .pdf.doc 吴 李 宗 , 闛 , , , , , , , , , , , , , , 明 本 学 位 论文 是 我在导 师的 指导 下取得的 研究成 果 ，尽我所 知，在本 学 位 论文 中，除了加以 标 注 和 致谢 的 部分外，不 包 含 其 他 人已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或公 布 过 的 研究成 果 ，也 不 包 含 我为 获 得任 何 教 育 机 构 的 学 位 或学 历 而 使 用过 的 材 料。与我一同工 作 的 同事 对 本 学 位 论文 做 出 研究生 的 贡 献 均已在论文 中作 了明 确的 说 明。 签名: 舡 研究生签 名:—舡 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ，, , , , , , , , , , , , , , , , , , 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , , , 本 章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , , , , , , 产 品 的 实 物调 试? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , , , 课题 研究背 景 在近 距 离模 拟 检 测 中，将检 测 仪 的 发 射器 和 接 收器 分别安 装 在可 作 水 平 和 垂 直 方 向 移 动 的 支 架 上，将检 测 距 离分别设置 为 , 、 , , , , ;分别将发 射器 、 接 收器 仔 细 整 平 和 使 发 射器 发 出 的 激 光 束 垂 直 对 准 接 收器 的 接 收面 ，且 使 激 光 束 的 能量 中心对 准 接 收器 光 敏面 的 几 何 中心，将发 射器 、 接 收器 的 此 位 置 设定为 零 位 ，并分别用带 支 架 的 百 分表 指示 发 射器 、 接 收器 的 零 位 。使 激 光 发 射器 在水 平 平 面 、 垂 直 平 面 内 ，沿 目 前 国 内 对 于 激 光 检 测 仪 的 研究主 要侧重于 对 激 光 检 测 技术 以 及 检 测 理论的 研 究。在使 用环 节 尤 其 是 在对 于 非标 设备 的 研究较少。在铁 轨 平 直 度检 测 等 领 域 ，目 前 大部分采用的 都 是 一维激 光 检 测 的 方 案 ，随 着 项 目 工 程 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 精 度的 不 断提升，在一维 光 检 测 的 基 础上增加垂 直 方 向 的 检 测 对 于 测 量 精 度的 提升具 有 重要的 意义 。二维的 测 量 方 案 实 现 了由 单一线的 测 量 到 面 向 的 测 量 ，目 前 国 内 进行研究的 课题 较多 ，也 取得 研究现 状 ，对 于 二维激 光 检 测 仪 的 技术 指标 以 及 检 测 技术 进行了初 步分析，最 后给出 完 成 的 主 要工 作 及 论文 内 容安 排 。 第 四 章重点 介绍了二维激 光 检 测 仪 软 件 设计 中的 关键技 术 ，控制 器 的 选 用以 及 程 序 的 流程 图设计 方 案 ，并给出 了编程 的 主 要思 路。 图, , 铁 轨 平 直 度激 光 测 试仪 构 造 示 意图 激 光 发 射器 发 出 的 准 直 激 光 作 为 平 直 度的 基 准 线， 捣 固 车 沿 铁 路轨 道 运 动 时 ，由 于 轨 面 平 直 度偏差 ，导 致照 射在接 收器 上光 点 , , 相 对 接 收器 中心位 置 移 动 ，接 收 器 根 据 位 置 的 偏 差 产 生误 差 信 号 驱 动 跟 踪 装 置 移 动 跟 踪 ，使 接 收器 始终 回 到 光 点 , , 的 能量 中心，跟 踪 装 置 移 动 的 距 离，即 反 映了铁 路轨 道 的 , , 铁 轨 平 直 度激 光 检 测 仪 电 路总体 设计 偏 差 距 离，该偏 差 距 离转 换 为 电 信 号 指导 捣 固 车 来 调 整 铁 轨 的 位 置 ，达到 平 直 度校 整 的 目 的 。 图, , 铁 轨 平 直 度激 光 测 试仪 电 路框 图 , , 电 源 电 路 工 程 硕 士 论文 图, , 检 测 器 件 光 电 池 示 意图 激 光 接 收器 要求 能够 得到 与光 能大小 成 线性关系的 电 压 信 号 ，设计 中采用了四 个 表 , , 硅 光 电 池 负 载特 性实 验 数据 胱 ; , 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 的 最 大功 率为 只 ，，, 为 其 填充 因 子 ，填充 因 子 的 值越大，则 光 照 度的 变化 引 起 的 电 放 大时 信 号 处理中常 见的 处理方 案 ，由 于 光 电 池 电 流 转 换 的 电 压 信 号 较为 微弱 ， 则 需要采用放 大电 路进行有 效 的 放 大，为 信 号 的 驱 动 控制 做 必 要的 准 备 。信 号 放 大电 路要求 具 有 良 好 的 线性，能够 有 效 实现 信 号不 失 真 的 放 大，电 路中采用, , 集成 运 算 设计 反 向 比例 运 算 放 大电 路实 现 信 号 的 放 大。, , 芯 片 性能指标 接 近 理想 状 态 ，, , 芯 片 参 数如 表 , , 所 示 。 图, , 前 置 放 大器 电 路原 理图 , , 滤 波器 电 路 滤 波器 , , , ? , , 瞬 ㄆ, , , 等 不 同分类 。其 滤 波特 性如 图, , 所 示 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 由 于 铁 轨 平 直 度激 光 测 试仪 在室 外不 同的 环 境工 作 ，自 然光 或者 其 他 光 线都 会 测 试，确 定了滤 波电 路的 元 器 件 参 数， 电 容, , , , , , , , , , 。此 时 滤 波器 工 作 性能良 好 ，其 实 际 滤 波中心频 率、 带 宽 、 以 及 品 质 因 数 如 公 式 , , , , — , 所 示 。 , , ， ’ 电 阻，倘 若 其 值过 小 ，则 会 引 起 后端 信 号 放 的 过 大，在实 际 中表 现 为 对 讲 机 、 手 机 等 具 有 相 应 辐 射的 物体 靠 近 电 路板时 ，干 扰 源 经过 电 路放 大，单片 机 控制 系统紊 乱 ;倘 若 其 值过 大，则 会 引 起 激 光 和 接 收器 距 离相 对 较远 时 信 号 太 弱 ，达不 到 设计 要求 。所 以 该值经过 多 次场 外试验 ，我们 将其 设定在, , , , ( , 。后级 放 大电 路的 电 路原 理图 如 图, , 所 示 。 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 图, , 后级 放 大电 路原 理图 本 设计 中采用微芯 公 司 的 , , 盗 械テ , 鶳 , , , , 作 为 控制 器 件 ，它 自 带 四 级 放 大与整 流后的 直 流信 号 ，, , , , 接 收来 自 后, 斗 糯 笥 胝, 骱 蟮 闹绷餍藕 拧, , 和 , , , 淼 谝 宦 沸 藕 牛 琑 , 和 , , , 淼 诙 , 沸 藕 拧, , 比较四 路信 号 的 大小 ，从 而 时 有 信 号 ，输 出 , , , 淼 谝 宦 沸 藕 判, 诘 诙 , 沸 藕 拧, , , , , 的 特 性表 如 表 , , , , , 规 划 情 况我们 选择 了一种电 子 元 器 件 — , , , , , , , 穆 沸 藕 牛 , , , テ, , 扑 惚冉 辖 , ゼ 醣 堵 释 ü齀 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , , 的 电 气图和 实 物图如 图, , , 屯 , ( , 所 示 。 在二维激 光 检 测 仪 的 设计 中，为 了能够 得到 在系统的 实 时 响 应 速 度以 及 系统的 稳 定性之 间的 平 衡，系统采用了半闭 环 控制 方 式 。其 中, 为 伺 服 电 机 位 置 传 动 的 增益 比 例 ，, 痵 为 密勒 积 分电 路，通 过 半闭 环 控制 系统对 于 伺 服 电 机 的 位 置 、 角度以 及 移 动 速 度的 参 数, , 、 , , 、 , , 等 进行有 效 的 控制 ，并通 过 点 , 击 驱 动 电 路实 现 对 不 同距 离激 光 源 的 模 拟 乜 , ～ ,, ( , 为 电 机 伺 服 控制 系统的 控制 结 构 图。 ( ,, 其 中玑、 , , , 直 鹞 5趍 相 的 电 压 、 电 流及 电 阻。结 合 本 案 例 实 际 的 精 度需求 ， 不 考 虑互感 对 于 电 机 运 行的 影 响 ，同时 忽 略高 次谐 波的 作 用，电 机 的 相 电 压 平 衡方 程 可 以 表 达为 一般 形式 为 : 本 系统控制 系统拟 采用恒 加速 度控制 系统，采用恒 加速 度的 控制 方 式 可 以 具 有 时 间 最 优 的 特 性。恒 加速 度的 控制 方 式 存 在着 一定的 突 变，同时 其 冲 击 函 数为 无 穷值， 这样 对 于 系统的 稳定性具 有 一定的 不 利 影 响 乜 , 。因 此 系统中采用了负 反 馈的 控制 方 式 ， 表 , , 步进电 机 控制 加速 类 型对 比数据 实 时 对 于 电 机 进行控制 ，对 于 系统的 稳定性具 有 较大性能的 提升。三 种常 用的 步进电 机 加速 方 案 如 表 , , 所 示 平 直 度二维激 光 测 试仪 的 设计 中采用了, , , , , 设计 软 件 口, 。, , , , , 是 由 澳 大 蕊舔 蓁 馨囊: 坚妻 器 :撂薪 带卷 , , , , 因 为 其 制 作 工 艺 ，在工 程 上 称 为 印 制 电 路板，印 在, , 杓 乒 , 讨 校 , 绾 问 迪值缏 吩 F骷 , 赑 , 上的 合 理布 局 对 于 产 品 的 使 用 效 果 以 及 , , 榷季 哂 兄 卮 蟮 挠 跋 臁,こ 躺杓 浦蠵, 设计 具 有 一些 需要遵守 的 基 本 原 则 ，在电 子 元 器 件 的 安 装 次序 中，首 先 需要考 虑的 是 诸 如 开关、 接 插 件 、 指示 灯 等 与产 品 结 构 有 关的 器 件 ，这些 器 件 的 位 置 需要提前 确 定。因 此 在一般 设计 过 程 中，需 要将这些 器 件 进行精 确 的 坐 标 定位 并进行固 定;其 次需要考 虑的 是 电 子 产 品 设计 过 程 中的 特 殊 器 件 的 布 局 ，主 要是 体 积 与质 量 较大的 器 件 ，比如 说 在进行变压 器 的 设计 的 时 候 ，就需要考 虑固 定底座 等 方 面 的 要素 ，同时 对 于 发 热 较严 重的 器 件 以 及 热 敏器 件 时 候 ，底层 尽可 能采用不 顶 层 相 互垂 直 的 布 线方 案 ，这 样 可 以 有 效 减 小 不 同板层 之 间 走 线的 拐 角一般 要求 采用钝 角，以 避 免在高 频 时 尖锐 的 频 率特 性，同等 级 的 信 号 , , ( , τ肞 , , , 杓 芇, 的 基 本 流程 工 程 硕 士 论文 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 ，?一一数控钻孔 ( 。帕 , 仆 nτ滓 弧 , 贴 膜‘ 网 印 , ,。一 甶 , , , 。, 弧 , ,灰 灰 ?, 唬 , ā!!, , ～ 弧 ～ , , , , , ,籺 ? 蚀刻 显 影 印 制 板制 作 的 关键步骤 之 一就是 曝光 、 显 影 ，也 就是 将照 相 底板上的 电 路图转 移 到 印 制 线路板上，并在印 制 线路板上形成 抗腐蚀 或抗电 镀 的 掩模 图形。曝光 与显 影 是 工 业化 学 制 版 法 中重要的 关键步骤 ，对 于 以 下的 蚀 刻 等 工 艺 具 有 决 定性的 影 响 旧, 。铁 轨 公 司 采用的 曝光 与显 影 机 图片 如 图, , 平 直 度激 光 检 测 仪 的 , , 衔 8丛 樱, A 四 芄 槐 , , , 制 及 图, , 所 示 。 作 的 正确 性因 此 对 于 整 个 制 版 过 程 进行了严 格 的 审查 ，保 证 所 有 工 序 的 正确 性。 线之 外多 余 的 覆 铜 去除。化 学 蚀 刻 法 是 印 制 线路板的 生产 制 作 过 程 中的 主 要方 法 。显 影 完 成 后的 基 板，经过 蚀 刻 药 水 , 然, , 蚵 然, , 的 冲 洗，会 将没 有 干 膜 保 护 的 部 分铜 层 蚀 刻 去除，留 下有 硬 化 干 膜 保 护 的 线路，从 而 保 留 所 需要的 印 制 图形。蚀 刻 操 作 可 在蚀 刻 机 中完 成 ，蚀 刻 机 中设有 蚀 刻 剂 控制 系统、 补 加蚀 刻 剂 系统。蚀 刻 机 较雕刻 机 相 比，效 率明显 提高 ，但 需要处理蚀 刻 剂 使 用后的 废 液，存 在环 境污染 问 题 。本 质 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 本 章主 要分析了铁 轨 平 直 度激 光 测 试仪 电 路原 理图绘 制 的 相 关步骤 以 及 工 艺 规 布 局 以 及 结 构 化 的 布 线进行了详细 的 阐述 ，最 后对 电 路板的 加工 工 艺 进行了简要的 说 表 , , 距 离、 规 划 系数以 及 阈 值关系实 验 数据 , , 、 , , 为 轴 线 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , 芷 , , , , 芷 , , 左 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 程 序 控制 流程 二维激 光 检 测 仪 的 程 序 编写 较为 复杂 ，在编写 过 程 中采 用采用模 块 化 的 设计 思 路， 将控制 程 序 分为 五个 不 同的 工 作 阶段。程 序 的 第 一个 阶段是 前 级 受 光 的 判断，设计 寄 存 器 , , , 中程 控系数的 值为 , , , 按 耸辈 蛔 鏊 ゼ 酰琍, 单片 机 对 , , , , 、 , , , , 四 个 接 口的 四 象 限 输 入 电 压 进行扫面 ，扫描到 输 入 电 压 ，即 控制 衰 减 器 对 电 压 信 号 进行程 控衰 减 至 , , , 程 控系数为 , , ;程 序 第 二阶段的 工 作 控制 象 限 灯 ， 将程 序 第 一阶段的 规 划 系数带 入 到 四 个 不 同的 象 限 ，得出 此 时 对 应 的 四 路信 号 的 数字 量 ，数字量 存 储 在, , , , 、 , , , , 的 对 应 的 存 储 器 , , , 、 , , , 、 , , , 、 图, , 二维激 光 测 试仪 主 控制 程 序 距 离大于 , , 多 次循, , , , ～ , ?, , 环 黼 籺 丐 毛 囊妊 寄 ( , ;远 距 离处理 定，因 此 需要进行距 离的 判断，在距 离判断中采用了循 环 计 数的 方 案 保 证 监测 系统处 于 光 源 的 实 时 监控状 态 ，当 系统成 功 监测 到 激 光 信 号 的 时 候 ，系统检 测 程 控规 划 信 号 的 幅 度，通 过 实 验 的 数据 确 定阈 值，以 此 来 判断光 源 的 位 置 以 及 后续的 处理程 序 入 口。 当 光 源 处于 较远 位 置 的 时 候 ，根 据 设计 要求 ，二维激 光 检 测 仪 启 用远 距 离判断程 序 ，系统设计 远 距 离为 , , 、 , , 以 及 , , ，目 前 程 序 调 试过 程 中对 于 , , 以 上的 远 距离调 试存 在着 一定的 问 题 ，主 要是 激 光 的 强度太 小 ，在复杂 的 工 作 环 境中极容易 受 到 各 类 干 扰 的 影 响 ，控制 精 度以 及 判断精 度较低阳, 引 ( ,,粀 ，?;，,—‰一， ,嚣 嚣 ? 麓黧 峰? 、、 觥 、?。 每 杂 的 控制 领 域 阳 , 。因 此 在本 设计 中选 用了, , , , , 牡テ , , 琍, , , , 单片 机 的 ? , , , , , , , , , ? 、 , 刖 , , 囟、 , , 、 三 緍 占 占 , , 了优 越的 实 时 仿真 开 发 环 境，产 品 的 仿真 测 试效 果 几 乎 与实 际 的 运 行效 果 完 全一致， 彻 底的 保 密性也 为 产 品 开发 的 源 代 码提供 了最 安 全的 保 证 ，产 品 采用了应 用保 密熔丝 , , , , , , , , , , , , , , ;目 的 是 让 采数远 距 离 时 速 度慢一些 , , , , , , ;目 的 是 让 采数远 距 离 时 速 度慢一些 电 机 控制 程 序 , , , , 籋, つ 示 ǘ, 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , , , , , , , , , , , , , ;出 现 过 , 精 度 为 ( , , 奈 , , ;原 来 此 处去, , , 停 机 ，现 在去, , , , , , , , 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 ;判读 是 否 有 光 判断是 否 需要灭 灯 , ;有 信 号一, , , 狶 :通 道 , 欠 裼屑 す 庑藕 , , , 本 章小 结 , , 二维检 测 仪 焊 接 的 注 意事 项 , :程 硕士 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 论文 仪 的 研究与设计 通 过 细 致的 焊 接 ，完 成 的 实 物图如 图, , 所 示 , , 产 品 的 实 物调 试 试。调 试的 工 作 主 要分为 参 数的 调 整 以 及 产 品 的 性能测 试两 个 方 面 。对 于 铁 轨 平 直 度 二维激 光 测 试仪 需要进行调 整 的 主 要是 电 路参 数部分，对 于 机 械传 动 部分的 调 整 在文 中不 做 讨 论。对 于 参 数调 整 主 要就是 通 过 对 各 个 测 试点 的 波形检 测 对 于 激 光 信 号 的 采 集 以 及 调 理效 果 ，保 证 各 个 测 试点 的 波形符 合 产 品 设计 的 要求 。在测 试中主 要是 对 电 源 、 放 大电 路的 增益 以 及 滤 波器 的 性能等 进行测 试，二维激 光 测 试仪 调 试中主 要调 整 了前 置 放 大器 的 增益 ，要求 能够 保 证 后级 的 信 号 的 要求 ，同时 也 要能够 保 证 电 路不 能 , 。 调 试电 子 产 品 种类 繁 多 ，其 功 能以 及 电 路组 成 结 构 都 不 尽相 同。根 据 不 同的 技术 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计 , , , 程 硕 士 论文 照 产 品 设计 的 参 数，电 路工 作 正常 ，输 入 输 出 波形如 图, , 所 示 在完 成 单元 电 路的 性能检 测 后，进行整 机 通 电 测 试。在 此 过 程 中重点 调 试单元 电 路之 间的 耦 合 情 况以 及 信 号 传 递 情 况，保 证 整 机 工 作 环 境下系统的 正常 工 作 。同时 需 要对 整 机 的 工 作 效 率以 及 最 大电 流等 关键参 数进行测 定。最 后要检 测 电 路板是 否 能够 实 现 对 于 上位 机 的 控制 ，经过 实 际 调 试，二维激 光 检 测 仪 的 工 作 效 果 良 好 ，符 合 设计 各 项要求 。 工 程 硕士 论文 够 在水 平 以 及 垂 直 两 个 方 向 进行面 向 的 检 测 ，在施工 应 用中精 确 度较高 ，满 足 了一般 工 程 安 装 的 要求 。产 品 能够 实 现 , , 、 , , 、 , , 、 , , 的 停 机 精 度检 测 ，能够 完 成 , , 的 不 停 机 检 测 , 本 ǘ纫 G笄 , 湓 黾 拥 氖焙 蚩 梢 允迪滞 ;, 。整 体 产 品 设计 的 电 路工 作 正常 ，应 用模 块 化 的 设计 方 案 对 于 产 品 的 硬 件 升级 以 及 性能优 化 提供 了重 要的 帮助，同时 软 件 程 序 采用了实 时 性较好 的 汇 编指令 ，产 品 的 软 件 功 能强 大，满 足 铁 轨 平 直 度激 光 测 试仪 属 于 光 、 机 、 电 与自 动 控制 了基 本 的 设计 需求 ，同时 也 为 程 序 中参 数的 修改等 提供 技术 相 互结 合 的 高 新 技术 产 品 。 了重要的 便 利 ，产 品 属 于 典 型 产 品 开 发 涉 及 到 光 学 设计 、 半导 体 激 光 应 用、 电 子 线的 光 、 机 、 点 构 成 的 高 新 产 品 ，具 有 广泛 的 应 用领 路、 计 算 机 软 硬 件 等 学 科 ，其 技 域 。 术 应 用在铁 路轨 道 平 直 度检 测 上填补 了国 内 空 白 心, 。高 准 直 度半导 体 激 光 发 射器 、 低 噪 音 程 控放 大器 、 窄 带 滤 光 片 、 程 控软 件 是 实 现 产 品 功 能的 技术 关键。根 据 与委托 设 计 方 的 充 分调 研，确 定产 品 的 技术 指标 如 下: 铁 轨 平 直 度二维激 光 检 测 仪 的 研究与设计