新型活塞环综合测量仪软件系统的研究
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摘要
活塞环是发动机中的一个重要零件，它的质量的好坏直接关系到发动机性能的优劣，其中活塞环的几何参数直接影响着发动机的工作效率与使用寿命，对活塞环的各种几何参数进行精确的检测是保证其质量的关键环节。新型活塞环综合检测仪就是一种能同时测量梯形或楔形活塞环的环高与梯形角的综合测量仪。本论文重点研究了该仪器的软件系统。
论文首先讲述了我国目前大部分工厂活塞环检测仪器的现状及传统的梯形角与环高的测量方法，分析了它们的特点和局限性。在此基础上，根据活塞环测量的技术指标与测量精度要求，经过理论分析计算，设计出了新型活塞环综合测量仪，该仪器采用扫描的方法进行测量，实现了一次装夹同时测量梯形角与基圆高两个参数，接着简单介绍了该测量仪的工作原理和种各种辅助测量机构的选取与设计，明确了整个测量方法过程，然后着重论述了检测仪器的软件设计。
软件采用模块化设计，具有较好的人机对话界面，便于工人操作。论文在软件设计部分首先对仪器软件的整体设计进行了说明，对仪器的主要操作界面进行了简要介绍，明确了仪器的软件工作流程。软件设计分为四个主要部分，在论文中分别对其逐一进行了详细解释。第一部分是传感器的标定，在这里对电涡流传感器标定过程中的不同步长进行了研究，在传感器精度要求范围之内，比较了各种有效的步距，确定了最佳的步距的长度，然后又对标定后的几种数据的处理方法——分段线性插值与分段拉格朗日插值——进行比较分析，在不影响仪器设计精度的条件下，选取了更有利于编程的数据处理方法。在这部分的最后简单介绍了光栅传感器通过串口读取数据并对读取的BCD码数据进行转换与组合的方式。第二部分介绍了步进电机的工作原理与通过计算机软件实现
四川大学硕士论文
对时间的精确控制的实现方法，接着具体阐述了对步进电机、电磁阀开关的控
制以及通过保护触点实现对机械装置的保护的程序流程。第三部分是对测量所
得的数据通过最小二乘法进行线性拟合，求出上、下两梯形侧面的截面线的直
线方程，然后根据所示出的直线方程计算出环高与梯形角的具体数值。第四部
分是通过仪器误差分析，明确仪器的各种误差来源及其对仪器精度的影响状况，
并通过软件对一些误差进行补偿，这在一定程度上提高了仪器精度。论文最后
介绍了精度测试，来确定仪器是否满足设计的要求。
经过实践验证，该软件完全能满足测量仪对整个测量过程的控制，数据自
动采集与处理、误差修正，准确地测量出活塞环的环高与梯形角。
Piston ring is one of important parts of RICE, its quality directly affect the performance of the RICE, precise measurement is the key element to ensure the quality of the piston ring, and its geometery parameter directly affects the efficiency and life of the RICE. New type piston ring synthetic measurement instrument is the instrument which can measure both the height and trapezoid angle of the keystone piston ring and wedgy piston ring. The keypoint of this paper is the software system of the instrument.
The paper begins with the introduction of traditional methods to measure the trapezoid angle and the ring height, analyzes their characters and limits. On the base of piston ring's technology guidelines and measurement precision, after theoretic analysis and computation, the new type piston ring synthetic measurement instrument was designed. The method of the instrument is scanning, the height and trapezoid angle of the keystone piston ring can be gained in once workpiece's fixing. And then introduces the principle of the machine and the choice of the mechanism, clarifying the measurement method and process, next the paper mostly discusses the designations of the software part.
The software is desinged in modularization, it has friendly operating interface and is easy to operate. This paper clarifies the holistic design ideology of the instrument software in the software design part, and makes a brief account of the main oprating interface, makes readers know the work flow chart of the software and has a whole view of the software. There are four parts of the software, either is
illuminated one by one in the paper. The first is sensor's demarcator. In this part, different step of the demarcator is researched, in bounds of the sensor's precision demand, different step is compared and the optimised step is chosen at last. Then we
research the methods of data processing------linearity calculus of variations in
sections and Lagrange calculus of variations in sectoions------and compare them,
under the condition of uninfluential instrument's precision and choose a better method which is propitious to programme. The mode of grating sensor's BCD code data's reading through the COM port and conversion and combination is illuminated at the last of the part. The second part explicates work principle of the step motor and the method of controlling accurate time by software, next dwells on the programme flow chart of controlling the step motor and the electromagnetic gas valve and protecting the mechanism through the touch point. In the next part, the data is fitted least square multiplication, then reach the line equation of the two section border lines of the piston rings, then the ring height and the trapezoid angle are gained. In the last part , with the error analysis, the source of the errors and the effect they can bring are known, some of the errors are compensated through the software. In the end of the paper wether or not the machine meets with the request of the designation is tested.
During the experiment, the software system can successfully control the whole process of the measurement, collect and dispose the data, compensate the errors, and as a result the precise ring height and the trapezoid angle of the keystone piston ring are reached.
论文首先讲述了我国目前大部分工厂活塞环检测仪器的现状及传统的梯形角与环高的测量方法，分析了它们的特点和局限性。在此基础上，根据活塞环测量的技术指标与测量精度要求，经过理论分析计算，设计出了新型活塞环综合测量仪，该仪器采用扫描的方法进行测量，实现了一次装夹同时测量梯形角与基圆高两个参数，接着简单介绍了该测量仪的工作原理和种各种辅助测量机构的选取与设计，明确了整个测量方法过程，然后着重论述了检测仪器的软件设计。
软件采用模块化设计，具有较好的人机对话界面，便于工人操作。论文在软件设计部分首先对仪器软件的整体设计进行了说明，对仪器的主要操作界面进行了简要介绍，明确了仪器的软件工作流程。软件设计分为四个主要部分，在论文中分别对其逐一进行了详细解释。第一部分是传感器的标定，在这里对电涡流传感器标定过程中的不同步长进行了研究，在传感器精度要求范围之内，比较了各种有效的步距，确定了最佳的步距的长度，然后又对标定后的几种数据的处理方法——分段线性插值与分段拉格朗日插值——进行比较分析，在不影响仪器设计精度的条件下，选取了更有利于编程的数据处理方法。在这部分的最后简单介绍了光栅传感器通过串口读取数据并对读取的BCD码数据进行转换与组合的方式。第二部分介绍了步进电机的工作原理与通过计算机软件实现
四川大学硕士论文
对时间的精确控制的实现方法，接着具体阐述了对步进电机、电磁阀开关的控
制以及通过保护触点实现对机械装置的保护的程序流程。第三部分是对测量所
得的数据通过最小二乘法进行线性拟合，求出上、下两梯形侧面的截面线的直
线方程，然后根据所示出的直线方程计算出环高与梯形角的具体数值。第四部
分是通过仪器误差分析，明确仪器的各种误差来源及其对仪器精度的影响状况，
并通过软件对一些误差进行补偿，这在一定程度上提高了仪器精度。论文最后
介绍了精度测试，来确定仪器是否满足设计的要求。
经过实践验证，该软件完全能满足测量仪对整个测量过程的控制，数据自
动采集与处理、误差修正，准确地测量出活塞环的环高与梯形角。
Piston ring is one of important parts of RICE, its quality directly affect the performance of the RICE, precise measurement is the key element to ensure the quality of the piston ring, and its geometery parameter directly affects the efficiency and life of the RICE. New type piston ring synthetic measurement instrument is the instrument which can measure both the height and trapezoid angle of the keystone piston ring and wedgy piston ring. The keypoint of this paper is the software system of the instrument.
The paper begins with the introduction of traditional methods to measure the trapezoid angle and the ring height, analyzes their characters and limits. On the base of piston ring's technology guidelines and measurement precision, after theoretic analysis and computation, the new type piston ring synthetic measurement instrument was designed. The method of the instrument is scanning, the height and trapezoid angle of the keystone piston ring can be gained in once workpiece's fixing. And then introduces the principle of the machine and the choice of the mechanism, clarifying the measurement method and process, next the paper mostly discusses the designations of the software part.
The software is desinged in modularization, it has friendly operating interface and is easy to operate. This paper clarifies the holistic design ideology of the instrument software in the software design part, and makes a brief account of the main oprating interface, makes readers know the work flow chart of the software and has a whole view of the software. There are four parts of the software, either is
illuminated one by one in the paper. The first is sensor's demarcator. In this part, different step of the demarcator is researched, in bounds of the sensor's precision demand, different step is compared and the optimised step is chosen at last. Then we
research the methods of data processing------linearity calculus of variations in
sections and Lagrange calculus of variations in sectoions------and compare them,
under the condition of uninfluential instrument's precision and choose a better method which is propitious to programme. The mode of grating sensor's BCD code data's reading through the COM port and conversion and combination is illuminated at the last of the part. The second part explicates work principle of the step motor and the method of controlling accurate time by software, next dwells on the programme flow chart of controlling the step motor and the electromagnetic gas valve and protecting the mechanism through the touch point. In the next part, the data is fitted least square multiplication, then reach the line equation of the two section border lines of the piston rings, then the ring height and the trapezoid angle are gained. In the last part , with the error analysis, the source of the errors and the effect they can bring are known, some of the errors are compensated through the software. In the end of the paper wether or not the machine meets with the request of the designation is tested.
During the experiment, the software system can successfully control the whole process of the measurement, collect and dispose the data, compensate the errors, and as a result the precise ring height and the trapezoid angle of the keystone piston ring are reached.
引文
1．邬伯翔 主编，《活塞环》，中国铁道出版社，1987。
2．雪庆友，活塞环行业检测技术现状及发展趋势，《检测技术》，1999．3。
3．[苏]根茨布尔克 著、谢仲群 胡继绳 译，《活塞环理论》，机械工业出版社，1986。
4．中华人民共和国国家标准，《内燃机活塞环》，GB1149-74。
5．薛实福 李庆祥 编著，《精密仪器设计》，清华大学出版社，1991。
6. E.G. Pink, 《Proceedings of the Seventh International Gas Bearing Symposium》, 1976。
7．党根茂 主编，《气体润滑技术》，东南大学出版社，1986。
8．梁万兆、朴哲秀、徐宏、崔长植，“大刚度超精密1：1扫描投影光刻机气浮导轨”，中国机械工程学会摩擦学会第四界全国气体润滑技术交流会，1988。
9．庞振基 黄其圣 主编，《精密机械设计》，机械工业出版社，2000。
10．陈继忠、蒋大文，“新型小尺寸直线度测量仪的研究”，《机械工艺师》，2000 No．10。
11．武晋燮 主编，《精密仪器结构设计手册》，哈尔滨工业大学出版社，1991。
12．杨大磊、蒋大文、谢驰、张印强，“活塞环梯形角与环高测量仪的研究”，《机械工艺师》，2002 No．9。
13．杨渝钦 编著，《控制电机》，机械工业出版社，1989。
14. John Blankenship, DeVry Institute of Technology, 《C is for Control: A Laboratory Text for Hardware Interfacing with C and C++》, Prentice Hall, 2000。
15．钱能 主编，《C++程序设计教程》，清华大学出版社，2001。
16. Frank Friedman, Temple University Elliot Koffman, Temple University ,《Problem Solving, Abstraction, and Design in C++: Visual C++ Edition》, Addison Wesley, 2002。
17. Richard R. Brooks, California State University, Monterrey, CA , 《Multi-Sensor Fusion: Fundamentals and Applications with Software》, Prentice Hall Professional Technical Reference (PTR), 19980
18. Fawwaz Ulaby, University of Michigan, 《Fundamentals of Applied Electromagnetics, 2001 Media Edition》, Prentice Hall, 2001。
19．方佩敏 编，《新编传感器原理、应用、电路详解》，电子工业出版社，1994。
20．康华光 主编，《电子技术基础》上、下册(第四版)，高等教育出版社，2002。
21．张善锤、于瀛洁、张之江编，《直线度、平面度测量技术》，中国计量出版社，1997。
22．廖念钊、古莹菴、莫雨松、李硕根、杨兴骏编，《互换性与技术测量》，中国计量出版社，1995。
23．李庆杨、王能超、易大义，《数值分析》，华中理工大学出版社，2000。
24．唐珍、金坚明、李志杰编，《计算方法》，高等教育出版社，1992。
25．李庆祥、徐端颐 编著，《实用光电技术》，中国计量出版社，1996。
26．官章全 刘加明等，《Visual C++．NET类库大全》，电子工业出版社，2002。
27．(美)Eugene Olafsen,Kenn Scribner,K.David White等著；王建华、陈一飞、张焕生 等译．《MFC Visual C++6编程技术内幕》，机械工业出版社，1999。
28．李现勇 编著，《Visual C++串口通信技术与工程实践》，人民邮电出版社，2002。
29．董桂菊，“步进电机控制系统的研究”，《农机化研究》，2002 No．8。
30．秦曾煌 主编，《电工学》 电工技术上册(第五版)，高等教育出版社，2000。
31. Roy E Fraser, Humber College of Applied Arts of Technology, 《Process Measurement and Control》, Prentice Hall Format, 2001。
32．胡朝伟、刘益成，“用软件实现地震仪测试系统中的高精度定时” 《物控设备》，2002年9月。
33. Kate Gregory, 《Special Edition Using Visual C++.NET》, Pearson Education, 2002。
34. Jeri R. Hanly, University of Wyoming , 《Essential C++ for Engineers and Scientists》, Addison Wesley, 2002。
35．姚华、胡益雄，“VC++应用程序精确定时方法的实现方法”，《计算机应用》，2001 No．9
36．屈道良 主编，《C语言教程》，中国商业出版社，1996。
37．David J.Kruglinski,Scot Wingo, George Shepherd著，《Programmlng Visual C++6.0技术内幕》(第五版)(修订版)，北京希望多媒体测试部。
38. Fawwaz Ulaby, University of Michigan, 《Fundamentals of Applied Electromagnetics, 2001 Media Edition》, Prentice Hall, 2001。
39．张善杰、唐汉、高瑞章编，《实用计算方法》，南京大学出版社，1998。
40．费业泰 主编，《误差理论与数据处理》，合肥工业大学，1994。
41．毛英泰 主编，《误差理论与精度分析》，国防工业出版社，1982。
42．黄方方，楔(梯)形环环高实测值的修正，《内燃机配件》，2001．6。
2．雪庆友，活塞环行业检测技术现状及发展趋势，《检测技术》，1999．3。
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4．中华人民共和国国家标准，《内燃机活塞环》，GB1149-74。
5．薛实福 李庆祥 编著，《精密仪器设计》，清华大学出版社，1991。
6. E.G. Pink, 《Proceedings of the Seventh International Gas Bearing Symposium》, 1976。
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8．梁万兆、朴哲秀、徐宏、崔长植，“大刚度超精密1：1扫描投影光刻机气浮导轨”，中国机械工程学会摩擦学会第四界全国气体润滑技术交流会，1988。
9．庞振基 黄其圣 主编，《精密机械设计》，机械工业出版社，2000。
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11．武晋燮 主编，《精密仪器结构设计手册》，哈尔滨工业大学出版社，1991。
12．杨大磊、蒋大文、谢驰、张印强，“活塞环梯形角与环高测量仪的研究”，《机械工艺师》，2002 No．9。
13．杨渝钦 编著，《控制电机》，机械工业出版社，1989。
14. John Blankenship, DeVry Institute of Technology, 《C is for Control: A Laboratory Text for Hardware Interfacing with C and C++》, Prentice Hall, 2000。
15．钱能 主编，《C++程序设计教程》，清华大学出版社，2001。
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26．官章全 刘加明等，《Visual C++．NET类库大全》，电子工业出版社，2002。
27．(美)Eugene Olafsen,Kenn Scribner,K.David White等著；王建华、陈一飞、张焕生 等译．《MFC Visual C++6编程技术内幕》，机械工业出版社，1999。
28．李现勇 编著，《Visual C++串口通信技术与工程实践》，人民邮电出版社，2002。
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30．秦曾煌 主编，《电工学》 电工技术上册(第五版)，高等教育出版社，2000。
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34. Jeri R. Hanly, University of Wyoming , 《Essential C++ for Engineers and Scientists》, Addison Wesley, 2002。
35．姚华、胡益雄，“VC++应用程序精确定时方法的实现方法”，《计算机应用》，2001 No．9
36．屈道良 主编，《C语言教程》，中国商业出版社，1996。
37．David J.Kruglinski,Scot Wingo, George Shepherd著，《Programmlng Visual C++6.0技术内幕》(第五版)(修订版)，北京希望多媒体测试部。
38. Fawwaz Ulaby, University of Michigan, 《Fundamentals of Applied Electromagnetics, 2001 Media Edition》, Prentice Hall, 2001。
39．张善杰、唐汉、高瑞章编，《实用计算方法》，南京大学出版社，1998。
40．费业泰 主编，《误差理论与数据处理》，合肥工业大学，1994。
41．毛英泰 主编，《误差理论与精度分析》，国防工业出版社，1982。
42．黄方方，楔(梯)形环环高实测值的修正，《内燃机配件》，2001．6。
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