1、摘 要在國內(nèi)制材行業(yè)中，制材廠對原木形狀的檢測以及材積的測量計算一直采用人工檢尺的方法：由人工目測每根原木的外部形狀，進行分類加工；人工用卷尺或卡尺量取原木的長度和檢尺直徑，然后，再通過查找材積手冊得到單根原木的材積，經(jīng)過逐根檢尺測量和累加計算才能得到整堆原木的材積；逐堆測量之后才能得到原木的進貨量，檢尺的工作量是非常大的。本課題針對我國原木檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出采用8點檢測，4點組合回歸描述的方法，運用自動檢測技術(shù)及計算機模擬技術(shù)，對原木輸送機上運行的原木進行快速在線測量，可以提高設(shè)備的檢測效率。從原木外形輪廓與制材生產(chǎn)之間的關(guān)聯(lián)性出發(fā)，探討和研究了原木檢測機設(shè)計的原理及設(shè)計的方法，為原木

2、檢測機的設(shè)計和制造提供了理論依據(jù)，原木檢測技術(shù)越來越為世界各國制材企業(yè)所重視。本論文所設(shè)計的原木檢測機作為一種試驗階段的設(shè)備，在整體性能上還存在許多有待解決和改進的方面，這些將會對今后的研究工作起到促進作用。關(guān)鍵詞：光環(huán)投影測量機；識別；自動測量；定心；回歸描述ABSTRACTIn our country, the wood manufacture industry inspect the shape and the volume of the log by manual work. Estimate logs outer shape with eyes, and then label the

3、m before throwing into processing. People uses tape and caliper to confirm a logs length and diameter of the section, and look for it in the manual to obtain one logs volume. By accumulating all the volume of the log, the number of the stock can be gotten The work of inspecting the log by manual is

4、very heavy. In this paper, the theory of the eight point inspection and the four point compounding simulation are presented. So we can quickly measure and get the logs external shape parameter accurately on -line with the automatic inspecting technique and computer stimulating technique. The equipme

5、nt can enhance work efficiency.Based on the relativity of log shape and production, the design theory and method of logs shape inspecting equipment are discussed. At the same time, the theoretical basis for design and manufactury is provided in this paper. Log inspection technique is recognized incr

6、easingly by lumbering. The equipment designed in this paper is a sort of experiment facility and also there are many question and juvenility. All these will accelerate researching work for the future.Keywords: Log Shape；Identify ；Automatic Inspection；Shape Identify；Regression目 錄摘要 . . I Abstract . .

7、 II第1章 緒論 . 11.1 概述 . 11.2 國內(nèi)和國外原木檢測機設(shè)備的發(fā)展分析 . 11.3 本課題研究的目的和意義 . 41.4 選題的研究內(nèi)容和設(shè)計設(shè)想 . 5第2章 原木檢測機總體設(shè)計 . 62.1 原木檢測機總體原理介紹 . 62.2 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法 . 82.3 原木檢測機機械部分設(shè)計 . 92.4 機架結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 . 102.5 輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 112.6 本章小結(jié) . 12第3章 動力部件選擇和傳動機構(gòu)的計算 . 錯誤！未定義書簽。3.1 電動機的選擇 . 錯誤！未定義書簽。3.2 鏈傳動的計算 . 錯誤！未定義書簽。3.3 鏈輪軸的設(shè)計和校核 . 223.4

8、軸承的選擇和校核 . 293.5 鏈輪軸鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算 . 303.6 螺栓的選擇和校核 . 313.7 本章小結(jié) . 32第4章 檢測機構(gòu)的設(shè)計計算 . 334.1 檢測機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 334.2檢測系統(tǒng)原理的計算 . 錯誤！未定義書簽。4.3 檢測機構(gòu)的零件的選擇和校核 . 374.4 本章小結(jié) . 40 結(jié)論 . . 41 參考文獻 . 42 致謝 . . 43第1章 緒 論1.1 概述隨著現(xiàn)代木材加工工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的制材技術(shù)正在逐步更新，以制材學(xué)和測樹學(xué)為基礎(chǔ)的原木描述理論已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代木材工業(yè)的發(fā)展。因此，有必要在理論、方法、手段上建立一套全新的原木外形及其缺陷

9、的描述體系，采用新的、高精度的計算公式，將制材學(xué)與測樹學(xué)的原木描述理論向前推進一步；采用新發(fā)明、新技術(shù)制造新設(shè)備，實現(xiàn)原木檢測過程的高度自動化，以適應(yīng)現(xiàn)代木材加工工業(yè)的發(fā)展。一般情況下原木模型的實測參數(shù)越多，重建模型的精度越高。但實測參數(shù)越多會使檢測設(shè)備復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化計算量增大，導(dǎo)致對計算機的容量要求高、投資增大、不利于推廣應(yīng)用。所以，找出一種即可以保證原木描述精度，又不需要大量檢測參數(shù)的原木最佳形狀識別體系，一直是國內(nèi)外從事原木模型描述學(xué)者潛心研究的課題。另外，如何利用先進的原木檢測技術(shù)，對原木形狀進行真實再現(xiàn)，以利于木材的分類、選擇、合理加工、提高其利用率，對制材企業(yè)來說顯得尤為重要

10、。1.2 國內(nèi)和國外光環(huán)投影測量機設(shè)計設(shè)備的發(fā)展分析我國對原木檢測技術(shù)的研究始于上世紀80年代以前，從國內(nèi)的研究形勢和方向看，今后我國的研究重點可能會向以下幾個方面發(fā)展：(1根據(jù)原木干形，建立原木的分段模型，提高原木的檢測精度。(2原木模型的設(shè)計必須與檢測設(shè)備的研究同步進行。最佳的模型優(yōu)化設(shè)計應(yīng)節(jié)省設(shè)備投資，拋棄不實用的數(shù)學(xué)模型，推廣和完善有利于普及和應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。(3逐步提高離散模型和仿真模型矩陣的階數(shù)發(fā)，展動態(tài)檢測技術(shù)，使離散模型盡快地應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。目前，國內(nèi)采用最多的原木檢測形式是人工檢測的方法。手工檢尺存在著諸多不利方面，其檢測結(jié)果受人為因素影響很大。這種方法完全由人操作、控制，

11、依據(jù)工人的眼看心算，獲得原木的尺寸、規(guī)格等參數(shù)。檢尺員的工作經(jīng)驗、工作態(tài)度等導(dǎo)致了工作結(jié)果差別很大。另外，這種方法的勞動強度大，效率低。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會生產(chǎn)率的快速提高，這種傳統(tǒng)方法難以適應(yīng)制材行業(yè)的發(fā)展。因此，人工檢測的方法是一種落后的生產(chǎn)方式，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，這種生產(chǎn)方式終將被淘汰。我國在原木檢測領(lǐng)域與發(fā)達國家相比差距較大。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中只有少數(shù)大型廠家采用光環(huán)定心機對原木進行定心檢測。光環(huán)定心機的工作原理是:采用兩組同心光環(huán)分別打在原木的兩個端面上，由人工目測確定原木兩端面的中心點，然后通過液壓控制的機械式升降臺架來調(diào)整原木的位置，通過操作者的目測使其在兩端面上原

12、木與光環(huán)相內(nèi)接，從而確定出兩端面的最大內(nèi)接圓。光環(huán)定心機對彎曲度不超過3%的大徑級原木進行定心比較有效，但對于彎曲度較大的小徑級原木來講就顯得有些力不從心。特別是隨著大徑級原木的不斷銳減以及單板旋切速度的不斷提高，對原木定心精度和定心速度的要求也隨之提高?，F(xiàn)在國外最高的定心速度已經(jīng)達到每分鐘10根以上，光環(huán)定心機已經(jīng)無法滿足這樣旋切生產(chǎn)節(jié)拍的要求。除此之外，我國還有許多膠合板生產(chǎn)廠家還使用根據(jù)3點定心和4點定心原理研制開發(fā)的機械定心機對原木進行定心。雖然這些機械定心機的定心精度比人工定心精度要高且出材率可提高2%4%，但在實際生產(chǎn)過程中這種機械式定心機對原木的徑級和截面圓形度的要求較高，所以較

13、難滿足實際生產(chǎn)的需求。我國對原木旋切定心機的研制基本上是經(jīng)歷了一個從人工定心到3點、4點定心再到光環(huán)定心的過程。但是我國對定心機的研制起步較晚，目前只有信陽木工機械廠等少數(shù)幾個廠家可生產(chǎn)較為先進的光環(huán)投影定心機(例如信陽木工機械廠生產(chǎn)的BD1516和BD1526型光環(huán)投影定心機 。多數(shù)廠家還停留在3點、4點及普通光環(huán)定心機的制造上?，F(xiàn)在我國已經(jīng)在試制6點機械式定心機及激光掃描定心機。將計算機技術(shù)應(yīng)用到原木形狀識別領(lǐng)域，是近十年興起的新技術(shù)，在我國尚處于研究開發(fā)階段。計算機本身具有許多優(yōu)點，如運算速度快、工作可靠、可進行人機對話、隨機數(shù)據(jù)存儲與查詢、模擬技術(shù)等，完全可以承擔(dān)對原木直徑、長度、外形

14、輪廓的自動檢測。國內(nèi)在這方面有一些新的研究，如南京林業(yè)大學(xué)在其國家自然科學(xué)基金項目“原木斷層掃描圖像識別與虛擬切削研究”中，應(yīng)用X-CT 掃描技術(shù)，重構(gòu)原木內(nèi)部缺陷信息的三維圖像，通過圖像處理與識別提取原木的外形和缺陷信息，同時進行多種方案的模擬切削，以最優(yōu)化的方案獲得最大的出材率和經(jīng)濟效益，進而控制鋸解或旋切木材的出材率；由北京航空航天大學(xué)和廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司合作研制開發(fā)的“原木材積自動化檢測系統(tǒng)”，結(jié)合自動化測試技術(shù)與計算機視覺技術(shù), 采用工控機控制高分辨率的工業(yè)CCD （電荷耦合器）數(shù)字成像單元，對原木端面攝像，并把圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C，利用相應(yīng)的圖像處理和識別軟件處理后，將結(jié)果存

15、入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了隨時調(diào)用。國外原木檢測理論發(fā)展較早。70年代中期，世界上研究原木數(shù)學(xué)模型有了新的進展。1973年Airth 和Calvert 提出了只為特定工序的專業(yè)下鋸設(shè)備應(yīng)用的幾種附加的數(shù)學(xué)模型。同一時期，Pneumations 也建立了同樣的數(shù)學(xué)模型，彌補了傳統(tǒng)原木描述理論的不足。從那時起這種以截頂圓錐體為理論基礎(chǔ)的原木數(shù)學(xué)模型，一直是原木數(shù)學(xué)描述領(lǐng)域中的權(quán)威模型。到1982年，Petrouskii 提出了以二次干曲線繞軸旋轉(zhuǎn)形成的圓截頂原木數(shù)學(xué)描述理論。同時期，美國BOF 研究室在研究中開始考慮了原木芯部缺陷和節(jié)子的分布。它假設(shè)節(jié)子在過軸心線的平面內(nèi)，形狀是個圓錐體，原木的實測參數(shù)是材

16、長、小頭直徑和錐角。這些改進脫離了傳統(tǒng)的原木描述形式，開始趨向?qū)嵱没枋鲈救毕輸?shù)學(xué)模型建立的研究階段。由于原木描述方法開始用于描述原木缺陷，因此，在制材工業(yè)先進國家中，這種原術(shù)數(shù)學(xué)模型開始廣泛使用。后來BOF(下鋸優(yōu)化 研究的權(quán)威Lewis 教授在“改進的BOF 系統(tǒng)”中提出了中間彎曲的原木模型，在數(shù)學(xué)模型的建立過程中增測了小頭的長徑、短徑及水平面中間彎曲高度，使原木數(shù)學(xué)模型的建立從原木圓截面數(shù)學(xué)描述過渡到原木橢圓截面數(shù)學(xué)模型的描述，從直中心線過渡到彎曲中心線，開始了原木形狀數(shù)學(xué)描述的新領(lǐng)域。之后，原木數(shù)學(xué)描述學(xué)者又提出了弓形彎曲、翹曲和偏心原木的數(shù)學(xué)模型，使原木數(shù)學(xué)模型的建立有了新的進展。

17、目前，世界上針對原木檢測機設(shè)備主要有以下幾種： 圖1.1 3點定心原理圖 圖1.2 機械式3點定心機木時，定心精度會受到很大的影響。圖1.3是激光掃描原木檢測系統(tǒng)原理圖，圖1.4是芬蘭生產(chǎn)的原木外形激光掃描系統(tǒng)。對于各大制材企業(yè)來說，合理利用原木資源，不僅是獲取利潤的要求，也是企業(yè)能否長期生存，發(fā)展壯大的關(guān)鍵。另外，我國林區(qū)各大貯木場長期以來在原木檢尺和原木等級分選方面采用人工方法，這樣統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)人為因素較多，既無法實現(xiàn)科學(xué)管理，又浪費了大量人力、財力。同時，無法與先進的制材加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高加工效率。當前，世界許多國家都在研究原木檢測設(shè)備，使這一領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，木材檢測設(shè)備日臻

18、完善。 圖1.3 激光掃描原理圖 圖1.4 原木外形激光掃描系統(tǒng)圖1.5、圖1.6是在近幾年世界木工機床展覽會上展出的最新木材檢測設(shè)備的照片： 對于各大制材企業(yè)來說，合理利用原木資源，不僅是獲取利潤的要求，也是企業(yè)能否長期生存，發(fā)展壯大的關(guān)鍵。另外，我國林區(qū)各大貯木場長期以來在原木檢尺和原木等級分選方面采用人工方法，這樣統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)人為因素較多，既無法實現(xiàn)科學(xué)管理，又浪費了大量人力、財力。同時，無法與先進的制材加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高加工效率。當前，世界許多國家都在研究原木形狀識別設(shè)備，使這一領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，木材檢測設(shè)備日臻完善。 圖1.5 原木檢測設(shè)備 圖1.6 原木檢測設(shè)備1.3 本

19、課題研究的目的和意義目前，我國木材出材率和綜合利用率指標與發(fā)達國家相比，有較大的差距，而我國的森林資源低于世界平均水平，木材加工時的極大浪費與當前森林資源的短缺極不 協(xié)調(diào)。因此，開發(fā)引進先進加工技術(shù)，千方百計提高木材出材率和利用率以降低各種木制品和各種用途用產(chǎn)品木材的消耗量是十分必要的。其中提高原木定心精度和效率也是達到上述目的的措施之一。高精度和高效率必然會帶來提高經(jīng)濟效益的結(jié)果。此外，考慮經(jīng)濟效益還應(yīng)兼顧出材率和優(yōu)等品出材率兩方面。在這種情況下，對原木外形特征描述時，要考慮節(jié)子、開裂、彎曲等缺陷對板材或單板等級的影響，以達到木材質(zhì)量的高效利用。目前原木定心技術(shù)最發(fā)達的國家是芬蘭。芬蘭Rau

20、te 公司定心上木機，采用激光對原木7個斷面掃描。每個斷面每隔10為一個測點，共即252個點。計算機接受掃描數(shù)據(jù)，繪制木段形狀圖及確定其最大的內(nèi)接圓柱體，找出最佳回轉(zhuǎn)中心，木段最終旋切位置精度達到0.005mm. 我們在研究、開發(fā)原木定心技術(shù)時可借鑒芬蘭的先進技術(shù)。我們的研究不僅要趕上世界先進水平，而且要超過世界先進水平，并要積極促進該技術(shù)向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。80年代以后，我國的家具制造業(yè)和建筑材料業(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟連續(xù)高速的發(fā)展消耗了大量的林木資源。國家近幾年相繼出臺了保護林木的若干政策，以防止我國的林木由于過度開采而枯竭。因此，對于制材行業(yè)的眾多企業(yè)來說，如何有效地利用有限的林木資源是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵

21、。森林資源減少，限制采伐，必然形成國內(nèi)制材業(yè)原料短缺，原料價格上漲，使各個企業(yè)生產(chǎn)成本增加，競爭加劇的局面。在這種情況下，如何提高原材料的利用率，細化每一根原木的可利用部位，做到優(yōu)化下鋸，最大限度擴大木材的可利用率，是當務(wù)之急。在面對國際競爭方面，近幾年由于進出口貿(mào)易的增加以及木材價格的開放，將使我國的原料價格與國際市場價格拉平。隨著21世紀到來，我國的制材企業(yè)更多地參與國際競爭。在先進的制材國家中，利用高精度原木檢測仿真系統(tǒng)對原木形狀進行精確的描述，進而引導(dǎo)加工設(shè)備合理加工，從而實現(xiàn)BOF 制材，已經(jīng)變成企業(yè)生存的必要條件。在此基礎(chǔ)上，國外主要制材設(shè)備制造廠家均在他們生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備上采用了這

22、些技術(shù)，瑞典、芬蘭、加拿大和美國的公司都在全球推銷基于BOF 技術(shù)的制材設(shè)備。國外著名的制材專家指出：在自動化制材中，應(yīng)進一步提高對原木沿長度方向的形狀識別，特別是對弓形彎曲、翹曲和偏心原木的更精確的識別。從以上分析可以看出，原木的形狀識別在制材行業(yè)的地位是舉足輕重的。由此可以看出，在未來幾年，木材檢測技術(shù)將在我國制材企業(yè)的實際生產(chǎn)中扮演重要角色。1.4 本章小結(jié) 該原木檢測機分為機架，驅(qū)動機構(gòu)，檢測機構(gòu)，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，數(shù)據(jù)計算機構(gòu)及計算機模擬形狀圖象等，本設(shè)計就不介紹數(shù)據(jù)采集，計算和計算機模擬圖象信息，本設(shè)計主要介紹原木檢測機的機械結(jié)構(gòu)組成，機械工作原理，驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動力部件選擇和校核。本

23、系統(tǒng)在分析各種方法的基礎(chǔ)上提出了一種全新的思路，即首先檢測原木橫截面上均勻分布的8個點，然后將這8個點的坐標值輸入計算機，利用其中的四個點進行組合后，回歸出原木的橫截面模型，實現(xiàn)原木檢測的計算機化；同時，在檢測方式上，采用了在線快速實時測量，可以提高設(shè)備的檢測效率。第2章 光環(huán)投影測量機設(shè)計總體設(shè)計2.1 光環(huán)投影測量機設(shè)計總體原理介紹原木檢測機床提供了一種縱向快速檢測原木外形輪廓的機械設(shè)備及工藝技術(shù)。它利用8個檢測觸頭檢測原木的截面形狀，為下一步計算機模擬識別原木整體外形提供必要的實測數(shù)據(jù)。其工作原理如下：原木由運輸輥臺送入，啟動電機后，傳輸鏈負載原木以一定速度勻速向前運動。當原木運動到檢測

24、框時，原木端部將檢測桿推開，檢測桿繞芯軸轉(zhuǎn)動，最終所有擺桿的底部觸頭落到原木表面，8根檢測桿在原木外輪廓上做相對運動。在原木行進過程中，因為其外表面不可能是光滑等直徑的，某一時刻下原木表面的凹凸起伏變化會引起擺桿轉(zhuǎn)動，從而導(dǎo)致角度傳感器輸出值的變化。通過計算機實時采集到8個傳感器的輸出值，確定出相應(yīng)檢測桿的轉(zhuǎn)角，經(jīng)運算處理后，得出原木當前截面上8個采樣點的坐標值。整根原木檢測完畢后，沿長度方向上的所有采樣截面的檢測數(shù)據(jù)被自動保存，并實時在計算機屏幕上顯示刷新，作為原木形狀三維仿真和分析計算原木端面徑級等幾何參數(shù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。圖2.1為整個硬件系統(tǒng)的工藝流程： 圖2.1 光環(huán)投影測量機設(shè)計系統(tǒng)的工

25、藝流程本系統(tǒng)要求完成對原木截面形狀數(shù)據(jù)的自動實時檢測。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，對原木外形進行計算機模擬再現(xiàn)；經(jīng)過運算分析得出原木端面徑級等幾何形狀參數(shù)；由數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存儲和管理每根原木的參數(shù)信息，建立原木檔案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；用戶實時監(jiān)控檢測狀態(tài)，當前原木的檢測數(shù)據(jù)與參數(shù)的計算結(jié)果及時更新顯示；系統(tǒng)界面形式直接，人機交互操作簡單易懂，配合相應(yīng)的提示和幫助，以方便用戶使用。本系統(tǒng)綜合采用了檢測技術(shù)以完成對原木形狀的識別過程。系統(tǒng)總體設(shè)計流程如圖2.2所示： 圖2.2 光環(huán)投影測量機設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計流程（1）檢測系統(tǒng)設(shè)計設(shè)備采用接觸式測量方法，利用8個檢測觸頭直接與原木表面接觸。由于原木是在設(shè)備上作勻速直線運動

26、，其不同截面外徑的變化和表面形狀的起伏會使檢測擺桿產(chǎn)生擺動，擺桿回轉(zhuǎn)軸與角度傳感器相連。在每根擺桿的擺動截面內(nèi)，將原木不同截面處的直線位移值轉(zhuǎn)換成檢測傳感器的轉(zhuǎn)動角度值，然后將角度值對應(yīng)的電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接嬎銠C處理系統(tǒng)進行分析和處理。（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計多通道數(shù)據(jù)采集一般是指同時對多路信號進行采樣，并把采樣信號按一定格式保存下來。本機采用多個通道共享A/D轉(zhuǎn)換器的方式，該方式下的每個通道通過一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，按某一時間間隔，依次將各個通道的信號輸入到采樣保持電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號通過相應(yīng)的計算機接口電路，輸入到計算機進行保存。該采樣

27、方式的工作過程中，每個通道的采樣頻率均等，統(tǒng)一在一臺計算機的控制之下，通過掃描的方式，依次將各通道的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由計算機將其讀入并保存。（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計采集到的數(shù)據(jù)輸入到算機，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)處理程序，進行處理。本實驗 采用matlab 語言編制處理程序，包括每條數(shù)據(jù)帶的分析，然后將計算結(jié)果導(dǎo)入matlab 語言環(huán)境下的視窗界面，進行三維輪廓的模擬再現(xiàn)。同時，對話界面將顯示出相應(yīng)的計算結(jié)果，使操作人員可以非常方便的獲知原木的輪廓信息；由于計算機界面模擬再現(xiàn)了原木的外輪廓，而且相應(yīng)的輪廓數(shù)值也顯示在人機對話界面上，這樣我們就可以在計2.2 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法整體結(jié)構(gòu)布局見圖2.3

28、，考慮到生產(chǎn)率的問題，識別機采用既可以單機作業(yè)，又可以與其他設(shè)備連線作業(yè)的方式。原木在床身上做縱向水平運動，檢測架置于整個機床的中間部位，在其上按圓周布置八個檢測觸頭。數(shù)據(jù)采集及處理設(shè)備位于控制室，通過信號傳輸線與檢測架連接。 圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局簡圖數(shù)據(jù)采集機構(gòu)是整個設(shè)備的關(guān)鍵部分，檢測框架采用螺紋連接與床身緊密結(jié)合在起，其上按圓周分布著8個檢測擺桿，擺桿軸端安裝了檢測傳感器，傳感器既可選擇字式旋轉(zhuǎn)編碼器，又可選擇輸出信號為模擬量的角度傳感器，視具體使用情況選定。原木在設(shè)備上運動時，由于原木不同截面處直徑的大小變化和原木外表面的凹凸不平會使與之接觸的檢測擺桿繞其軸轉(zhuǎn)動如圖2.4，這樣帶動傳

29、感器轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生反映木外形的檢測信號。 圖2.4 檢測機構(gòu)頭部示意圖本文提出了原木8點檢測的方法。當沿一根原木縱向采集8條數(shù)據(jù)帶時，測量機構(gòu)和被測對象之間必然有相對運動。為了滿足測試的精度要求，我們卻不希望對象或機構(gòu)有運動。因為運動不可避免地產(chǎn)生振動，影響檢測精度。在研究了以往設(shè)備定位的基礎(chǔ)上，我們可以設(shè)想出一種運動靜態(tài)定位方法，這種方法的基本思想是：在保證檢測點和我們所需要的運動的情況下，盡量消除其他方向的微小位移和振動，以保證檢測精度。在實驗過程中，我們采用精密輸送用鏈條作為原木運輸載體，其縱向運動可以認為是勻速的，而在鏈條運動過程中，為了消除其橫向的移動，在兩側(cè)加裝了限位裝置，這樣，就

30、獲得了一個很穩(wěn)定的檢測狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集時，要求原木只按照其長度方向運動，不能有徑向擺動、滾動和較大的震動，以保證檢測數(shù)據(jù)的準確性。在這里我們用兩條精密輥子傳輸鏈作為原木運動的載體，同時在傳輸鏈的托板上對稱安裝楔形墊塊，這種結(jié)構(gòu)保證了原木在運動時的穩(wěn)定性；同時，考慮到設(shè)備流水作業(yè)的需要，設(shè)計床身使其有足夠長度，以防止當一根原木正通過檢測架時，下一根原木也運動到床身上并產(chǎn)生振動，對當前檢測產(chǎn)生影響。2.3 光環(huán)投影測量機設(shè)計機械部分設(shè)計目前，原木形狀的檢測主要有機械、光電、激光測量以及攝像等方法。這些方法在實際應(yīng)用中，要求由技術(shù)水平較高、操作熟練的技術(shù)人員來完成。其中，后兩種方法的設(shè)備資金投入較大；

31、另外，在原木形狀檢測過程中，上述方法所選取的原木截面數(shù)量少，較難反映出原木的實際形狀。綜合考慮到生產(chǎn)成本，生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境的要求，傳統(tǒng)方法難以實用。因此，針對具體研究和應(yīng)用我自行研制了原木形狀檢測裝置MQK3102原木檢測機，總體結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。 圖2.5 原木檢測機機床主視圖本文設(shè)計的原木檢測機的工作方式結(jié)合實際生產(chǎn)情況，不是針對每一根原木所作的靜態(tài)檢測，而是用一個檢測架，在原木的輸送堆垛或鋸解加工的動態(tài)過程中，使原木由檢測架縱向通過，從而檢測出原木的外形參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)適時儲存在計算機的數(shù)據(jù)庫中，以便隨時提取所需原木的外形參數(shù)，并在計算機屏幕上顯示出所檢測原木的三維模擬圖形，從而實現(xiàn)

32、原木的外形分析和原木的模擬鋸解和加工。在設(shè)計過程中，應(yīng)用了AutoCAD 設(shè)計軟件進行圖紙設(shè)計工作。機器主要由機架、動力機構(gòu)、輸送機構(gòu)、檢測機構(gòu)等組成，實驗設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）檢測原木最大直徑： 300mm（2）檢測原木最小直徑： 200mm（3）檢測原木最大長度： 5,000mm（4）檢測原木最小長度： 1,000mm（5）機床功率： 0.75KW（6）送料速度： 15mmin（7）機床外形尺寸（長寬高）： 3,500 6501,500mm（8）機床重量（凈重）： 1,112kg2.4 機架結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算機架的作用是支承其他零部件、保證它們的相互位置、承受各種作用力等。圖2.6是機架

33、結(jié)構(gòu)圖： 圖2.6 機架結(jié)構(gòu)圖機架要具有在外載荷作用下抵抗變形的能力，即要有足夠的剛度。我們在設(shè)計機架結(jié)構(gòu)時，考慮到加工過程中的變形和應(yīng)力，將機架上部設(shè)計成矩形框架，其結(jié)合處采用焊接形式，形成一個整體，保證了其上安裝的導(dǎo)軌和軸座基準面可以在刨床上一次走刀加工完畢，確保整個機架的幾何和安裝精度。支腿采用梯形結(jié)構(gòu)，按兩端和中間三點形式布置，使整個床身受力均勻，減小了上部橫梁在原木通過時承受壓力而變形的可能性。支腿與床身采用螺栓連接，使整個床身結(jié)構(gòu)堅固，增強了整體抗震性。實驗原木外形尺寸定為長度3000mm ，機架整體長度設(shè)計為3500mm ，這樣每兩個支腿之間的距離為不足兩米，這樣當原木置于床身上

34、時，床身在垂直方向上的變形可以忽略不計。機架的前部設(shè)計安裝了檔料護板，防止原木滾落。由于機架是支撐整個原木檢測機重量和運轉(zhuǎn)時候原木的重量，所以要對機架進行計算，驗證機架是否可以。把原木檢測機看作一個整體，機架所受的力主要包括本身，檢測機構(gòu)，輸送機構(gòu)和被測原木的共同的重力，如果對機架所受的力進行分析，將會非常的復(fù)雜，只要設(shè)計的機架大于原木檢測機的重力就可以了。2.5 輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計物料輸送機構(gòu)常采用的方式有：跑車、托板式皮帶運輸機、輥臺、鏈條等。由于原木外表面凹凸不平，為了在檢測時確保檢測的準確性，原木做縱向運動時，其自身必須保持靜止，既不要有縱向竄動，又不能有轉(zhuǎn)動。綜合考慮各種情況發(fā)現(xiàn)，原木

35、在輥臺上運動時，其表面的節(jié)子等突起與輥子接觸時會造成原木跳動，無法保證檢測精度；由于托板式皮帶運輸機可能會產(chǎn)生皮帶跑偏、運動不平穩(wěn)、皮帶磨損等原因，故也不適合輸送被檢測原木；跑車不存在以上問題，而且運行平穩(wěn)，原木在跑車上也易于固定，但是跑車無法實現(xiàn)連續(xù)工作，其一個工作循環(huán)只能運送一根原木，而且造成檢測架尺寸加大，檢測擺桿布置不均勻等問題。綜上，我們在設(shè)計時選用了鏈條作為輸送原木的載體，原木置于鏈條上，與鏈條一起在平滑的導(dǎo)軌上運動。圖2.7是輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖： 圖2.7 輸送機結(jié)構(gòu)圖采用精密輸送用輥子鏈條，型號S-1-PK2-16A ，節(jié)距25.4mm ，鏈條在機架的導(dǎo)軌上運動。鏈條共計有兩條，兩

36、端有雙鏈輪，其中一組鏈輪接動力機構(gòu)，另一組鏈輪上安裝有漲緊機構(gòu)。雙鏈輪如圖2.8所示兩個鏈輪安裝在同一根軸上，保證了兩條輸送鏈運動同步。軸兩端采用球面調(diào)心軸承，具有自動調(diào)整鏈輪軸的作用，這樣可以保證前后兩根軸具有較高的位置度。當原木運動到輸送鏈條上時，原木相對于鏈條是靜止不動的，鏈條帶動原木一起 向前移動。由于鏈條的輥子在光滑的導(dǎo)軌上做純滾動，這樣可保證原木平穩(wěn)地通過檢測架，保證其檢測的精確性，從而提高檢測的精度，檢測機構(gòu)檢測原始數(shù)據(jù)，傳入給檢測系統(tǒng)，通過計算機進行處理和運算，這樣就能計算出的檢測原木的直徑，面積以及外形輪廓。 圖2.8 鏈輪軸結(jié)構(gòu)圖2.6 本章小結(jié)(1討論了光環(huán)投影測量機設(shè)計

37、的總體設(shè)計原則，并對各機構(gòu)的選型作了重點分析。簡要介紹了其結(jié)構(gòu)。(2為光環(huán)投影測量機設(shè)計的設(shè)計、選型提供了較多信息，可為今后光環(huán)投影測量機設(shè)計的改進設(shè)計提供參考。(3本章設(shè)計了光環(huán)投影測量機設(shè)計的機械部分，綜合分析了各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點以及本設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，介紹了相應(yīng)部分的功能及實現(xiàn)原理。初定中心距a 0，一般a 0=（3050）p , a max =80pa 0應(yīng)首先考慮結(jié)構(gòu)要求，有張緊裝置時，a 0可大于80 p；一般應(yīng)滿足小輪的包角不小于120。無張緊裝置時a 025 p，所以a 0=25.4050=1270mm理論中心距a (mma =p (2L p -z 1-z 2 K L mm (3.

38、9K L 系數(shù)，按L P -z 1/z 2-z 1查文獻7得，a =p (2L p -z 1-z 2 K L =25.4(2121-17-25 0.24983=1269.54mm 實際中心距a a =a -a =1269.54-0.0031269.54=1265.74mm其中a 中心距減小量，a =(0.0020.004a 鏈條的節(jié)數(shù)L P (mmL P =2a 0z 1+z 2p z 2-z 121270225+2525.421-212+( +( =25.42127023.14p 2a 02=225+25=250(節(jié) 鏈條的速度vv =z 1n 1pm/s601000=212625.4/60

39、1000=0.231m/s鏈輪的基本參數(shù)為：齒數(shù)z ，節(jié)距p , 滾子外徑d 等，如果選擇標準齒形，并在標準刀具加工，可不進行端面齒形幾何計算。鏈輪的材料應(yīng)該保證輪齒有足夠的強度和耐磨性為依據(jù)。在低速，輕載和平穩(wěn)的傳動中，鏈輪材料可采用中碳鋼；中速，中載傳動，也可用中碳鋼，但需齒面淬火使其硬度大于40HRC ；在高速重載且連續(xù)工作的傳動中，最好采用低碳鋼齒面淬火（如采用15Cr,20Cr 淬硬至5060HRC ），或用中碳鋼齒面淬火，淬硬至4045HRC 。先選擇小鏈輪的齒數(shù)小齒輪的齒數(shù)Z 1=17，大齒輪的齒數(shù)Z 2= i Z 1=1.417=23.8按齒面接觸間疲勞強度計算公式： d 1確

40、定各參數(shù)K ： K=1.11.8 取K=1.2p 0.72=2.2105N mm T 1： T 1=9.551061=9.55106n 32 d ： 根據(jù)文獻7取d =1.1。 ZE ： 根據(jù)文獻7取 ZE =189.8MPa 。（3.10） tan n tan 20ZH ： Z m = ， t =arctan =arctan =20.65cos cos15 b =arctan(tancos t =14.076 得 Z H =2.42 Z ：Z =11， 其中=1.88-3.2(+ cos Z 1Z 211得 =1.88-3.2(+ cos15=1.561725其中 =B sin =0.318

41、d Z 1tan =0.318117tan15=1.7，取=1m n則 Z = =0.78 Z ：Z =0.98H ： H =H lim k HNSH其中Hlim 由文獻7查得Hlim1=580MPa ， Hlim2=390MPa, K HN 由圖5-26，計算循環(huán)次數(shù)N ：N 1=60njlh =603.84130082=9.21108N 2=N 113455360=6.57108 i 1.4取 K HN 1=K HN 2=1，S H =1 則 H 1=設(shè)計計算 58013901=580MPa ，H 2=390MPa 11d 1d 1=135mm 幾何尺寸計算m n d 1cos 135co

42、s15(Z 1+Z 2 其中m n =中心距 a =7.8 2cos Z 117取標準值 m n =8 ，則a =8(17+25 =173mm 圓整得： 2cos15a =175mm m (Z +Z 2 8(17+25=arccos n 1=arccos =202a 2175d 1=m n Z 1817=138mm cos cos 20m n Z 2825=202mm cos cos 20d 2=齒寬b =d d =1138=138mm ，圓整b 2=b =140mm ，b 1=b 2+（510）=145mm 齒根彎曲強度校核F =確定各參數(shù)2kT 1Y Fa Y Sa Y Y F d 1bm

43、 nY Fa , Y Sa 根據(jù)文獻7則取Y Fa 1=2.80, Y Sa 1=1.55Y Fa 2=2.18, Y Sa 2=1.79Z 117=20.98 33cos cos 20Z 225=29.07 cos 3cos 320Z V 1=Z V 2=Y =0.25+0.75=0.25+0.75=0.71 1.56Y 根據(jù)文獻7則Y =0.84F =F lim k FNS F， 其中F lim 圖5-27，F(xiàn) lim1=400MPa ，F(xiàn) lim2=310MPaK FN =1 , S F = 1.251.5 , 取S F =1.4 則F 1=校核21.22.21052.81.550.71

44、0.84F 1=20.58MPa F 1138145840013101F 2驗證圓周速度V =符合要求。21.22.21052.181.790.710.84=19.28MPa F 22021458d 1n 1601000=3.1413832=1.21m/s 圓周速度小于10m/s，故601000表3.4 小鏈輪和大鏈輪的主要參數(shù) 根據(jù)鏈輪常用材料及應(yīng)用范圍中查得，本設(shè)計鏈輪材料選用20碳素鋼應(yīng)用滲碳，淬火，回火熱處理，熱處理的硬度在5060HRC ，主要應(yīng)用在輪齒數(shù)Z 25，有沖擊載荷的主，從動鏈輪。鏈輪的結(jié)構(gòu)，鏈輪的齒行采用A 型齒行，小鏈輪的直徑D =149mm，輪齒數(shù)Z =17，大鏈輪的

45、直徑D =213mm，輪齒數(shù)Z=25，裝配方式是采用螺栓聯(lián)接。齒根圓直徑公差帶為h11。通過量柱測量距M R 來檢驗，量柱直徑d R =d r （滾子外徑），鏈輪的公差是0.01。M R 的公差與齒根圓直徑的公差相同。測量距按下式計算：(大，小鏈輪都屬于奇數(shù)齒鏈輪90所以， M R =d cos +d R min (3.11 z其中z 鏈輪齒數(shù)； d 鏈輪分度圓直徑。表3.5 齒根圓徑向圓跳動 鏈輪的潤滑劑的選擇，一般都采用的是潤滑油，當難以采用油潤滑時，可用潤滑脂?；蛟阢q鏈內(nèi)噴鍍一層耐磨塑料等，本設(shè)計鏈傳動定期螺紋調(diào)整張緊鏈條。鏈傳動是一種常見的機械傳動形式，它是由鏈條和主。從動鏈輪組成工作

46、時依靠鏈輪齒與鏈節(jié)的嚙合倆傳遞運動和轉(zhuǎn)距，是一種具有中間擾性件的嚙合傳動，鏈傳動的潤滑主要是采用機械油潤滑。3.3 鏈輪軸的設(shè)計和校核合理分析和確定軸上載荷性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)，對正確判斷周的失效形式和進行軸的強度計算都是十分重要的。軸的設(shè)計準則是：針對軸在具體工作條件下最可能發(fā)生的失效形式進行響應(yīng)的設(shè)計，使所設(shè)計的軸具有足夠的、不發(fā)生該種失效的工作能力，并具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性。軸的設(shè)計主要內(nèi)容：根據(jù)軸的該種條件等于工藝要求和經(jīng)濟性原則，選取適合的材料、毛坯形式及熱處理方法；根據(jù)軸的受力情況、軸上零件的裝配和定位、軸的加工等具體要求，確定軸的合理結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，即進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計；軸的工作能

47、力計算。一般的軸都需要進行強度計算；對剛度要求高的軸（如車床主軸）或受力大的細長軸（如蝸桿軸）等，還要進行剛度計算；對于高速軸，因有共振危險，應(yīng)進行振動穩(wěn)定性計算。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：軸的受力合理，有利于提高軸的強度和剛度；軸上零件相對于軸、軸相對于機架，應(yīng)定位準確，固定可靠；軸便于制造，軸上零件便于拆卸和調(diào)整；盡量減小應(yīng)力集中，并節(jié)省材料、減輕重量。軸的材料首先應(yīng)有足夠的強度，對應(yīng)力集中敏感性低；還須能滿足剛度、耐磨性、耐腐蝕性要求；并具有良好的加工性能，且價格低廉，易于獲得。碳鋼有足夠高的強度，對應(yīng)力集中的銘感性較低，便于進行各種熱處理及機械加工，價格較廉，應(yīng)用較廣。一般機械中的軸，多用3050優(yōu)質(zhì)中的碳鋼制造，尤以45鋼最常用。所以軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。這種方法是根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)距進行計算。若軸上還作用彎距，則通過降低許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力來補償其影響。對實心軸，其強度條件：T W T 95501030.2d 3=P （3.12）式中，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa ）； T 軸所受的扭矩（N mm ）W r 軸的抗扭截面系數(shù)（mm 3）； P 軸傳遞的功率（KW ）；n 軸的轉(zhuǎn)速（r/min）； d 計算截面處軸的直徑（mm ）;軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（MPa ）。由上式得軸徑d （mm ）的計算公式：表3.3 軸常用