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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
學 院： 機械電子工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
姓 名： 徐博
學 號： 060501516
外文出處： Seung-Nam Yu, Jae-Ho Jang,Chang-Soo Han
(用外文寫)
Department of Mechanical Engineering, Hanyang University, Seoul, Korea Accepted 8 May 2006.
指導(dǎo)教師評語：
簽名：
年 月 日
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
附件1：外文資料翻譯譯文
一種自動檢測隧道內(nèi)混凝土上的裂縫的可移動機器人
摘要：
為了評測混凝土建筑物的安全性，用肉眼觀察裂縫的檢查員會周期性地測量并且記錄裂縫。不過這種手工檢查的效率是很低的并且很容易產(chǎn)生主觀的結(jié)論。因此，這項研究為混凝土的結(jié)構(gòu)檢查和測量裂縫提供了一個新的方案，它能夠提供客觀的裂縫數(shù)據(jù)，在評測安全性的過程中將會使用到這些數(shù)據(jù)。這個系統(tǒng)由一個移動機器人系統(tǒng)和一個裂縫視覺系統(tǒng)組成。移動機器人系統(tǒng)被一個圖象處理設(shè)備（CCD）控制著與墻保持恒定的距離。裂縫視覺系統(tǒng)運用圖象處理技術(shù)，可以由獲得的圖像中得到有關(guān)裂縫的信息。為了保證對裂縫辨認的準確性，此系統(tǒng)運用了圖像處理程序來得到裂縫結(jié)構(gòu)的幾何學特性和模型。目前這個系統(tǒng)已經(jīng)被實驗室和有關(guān)這個領(lǐng)域的實驗所證實。
2006 Elsevier B.V.版權(quán)所有。
關(guān)鍵字： 裂縫； 隧道； 檢查； 圖象處理； 移動的機器人
1、簡介：
大約70%的朝鮮地區(qū)都是多山區(qū)，在這些地區(qū)修建鐵路和公路都需要很多的隧道。在保持交通通暢的情況下，有關(guān)混凝土建筑物如隧道的安全性的調(diào)查依然在進行著。為了確定這種結(jié)構(gòu)的安全，利用非破壞性實驗的定期檢查正在進行。不過，非破壞性的實驗的低效率和錯綜復(fù)雜的程序讓人們打消了用這樣的實驗整個代替人的目測的念頭。因此，非破壞性實驗僅僅局限于精確的檢查。[1] 視覺對混凝土建筑物的檢查與檢查員只使用他們的肉眼觀察沿結(jié)構(gòu)表面走的裂縫的措施有關(guān)。由此可知，目測的主要缺點是不能保證一次迅速和完整的調(diào)查。為了解決這些問題，已經(jīng)研究出了各種各樣的使用圖象處理程序自動檢查裂縫的方法，而且應(yīng)用到了實際的設(shè)施中，包括道路、橋梁、下水道等等。[2-6]
這項研究的特殊目的是要把一個裂縫察覺模件和移動機器人的綜合系統(tǒng)應(yīng)用到隧道環(huán)境中。
類似的學科研究正在進行并且發(fā)展著。Komatsu 工程公司已經(jīng)研究出并且使這個能通過一臺激光掃描設(shè)備獲得道路和隧道里層的圖像的一個圖像捕獲系統(tǒng)商品化。日本的鐵路技術(shù)研究院研究出了一個使用CCD照相機得到鐵路隧道里層圖象的系統(tǒng)。來自加拿大的一個道路設(shè)備集團股份有限公司，已經(jīng)研究出一個由一臺超聲波傳感器、一臺陀螺傳感器和一架CCD照相機組成，能夠在80千米/小時速度下得到道路圖象的系統(tǒng)，并且這種系統(tǒng)已經(jīng)在市場上出售。[7]
這種系統(tǒng)對裂縫、滲漏、剝落和裂片圖象數(shù)據(jù)的收集非常有用；不過，他們不提供自動的裂縫檢查系統(tǒng)。如果要對裂縫數(shù)據(jù)作出迅速和客觀的評估，裂縫檢查和測量就必須是全自動化。
照相機和激光技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在獲得建筑物表面的檢查圖象上，但是激光掃描設(shè)備的費用很昂貴；另外，它還有一個影響系統(tǒng)維護的發(fā)熱問題。這兩個問題使得它在各個領(lǐng)域的工作效力都很差。照像機掃描設(shè)備比激光設(shè)備成本更低，但是它在黑暗環(huán)境里有照明問題。因為費用是在工程實施中考慮較多的一個因素，所以要更進一步地研究表面圖像數(shù)據(jù)收集技術(shù)，這樣才能保證在低成本照相機的方法下，依然能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的高水平的安全。綜上所述，這項研究提議的在一個隧道里由一個移動機器人和一個裂縫察覺系統(tǒng)組成的自動化表面裂縫檢查系統(tǒng)，將會比人工的檢查更節(jié)省資源，效率更高。
2、實驗情況
在距觀察的墻壁有一段固定位移的情況下，移動機器人系統(tǒng)在沒有檢查員幫助的情況下通過一臺CCD照相機獲得圖像數(shù)據(jù)。通過表格1提及的兩類照相機與表格2的比較描述了在這個研究系統(tǒng)中使用的CCD照相機的性能規(guī)格。
為了獲得更清晰的圖像，機器人采用了一臺高功率發(fā)光器、減震設(shè)備和一個以測量系統(tǒng)速度來控制CCD照相機的傳感器。為了獲得一個0.3毫米/象素的分辨率，系統(tǒng)可以以5千米/小時的速度運行。
裂縫檢查系統(tǒng)由能測出裂縫的厚度、長度、方向的軟件組成，這些對一個結(jié)構(gòu)表面的檢查來說都是非常重要的因素。為了測試這個系統(tǒng)，實驗在如圖1中所示在大樓和道路隧道內(nèi)進行。
圖 1
3.檢查機器人系統(tǒng)
3.1.檢查
考慮到安全的因素，混凝土的結(jié)構(gòu)被分為裂縫，滲漏，裂片和其他屬性檢查； 不過，裂縫占有最重要的位置，因為它最影響混凝土的狀況 [8].
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫起因于不完善的修葺、溫度迅速降低引起的收縮、熱脹冷縮引起的波動、和擴大的場地而帶來的額外負荷。
裂縫可被分為垂直，水平，剪切和復(fù)合幾類。 大約40%的裂縫是垂直的，11%是水平的，30%剪切，具體請參閱圖2。 [9].
圖2 裂縫的方向
3.2.系統(tǒng)配置
移動的機器人系統(tǒng)由視覺，機械，和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備組成。 這些設(shè)備儲存著混凝土結(jié)構(gòu)的表面圖像，使裂縫和非裂縫地區(qū)的分布狀態(tài)反差最大化和當系統(tǒng)自動移動到和結(jié)構(gòu)平行時使噪音減到最小。
裂縫探測系統(tǒng)其實就是一個從圖象數(shù)據(jù)中篩選并且計算出裂縫的數(shù)字化信息的軟件。這個軟件選出裂縫的長度，寬度和方向。假如需要精密地檢查這個結(jié)構(gòu)，裂縫探測系統(tǒng)可以提供幫助信息。
移動機器人系統(tǒng)由一臺CCD照像機，框架抓鉤，控制儀器自動調(diào)節(jié)焦距設(shè)備，減震設(shè)備，發(fā)光器和測量元件的速度和位置編碼器；如圖3所示。為了計算結(jié)構(gòu)與機器人的距離，運用速度和位置因素，可以使照像機在無人狀態(tài)下可以自動調(diào)節(jié)焦距。
3.3.移動機器人系統(tǒng)
機器人有兩個被自動助推器獨立操作的輪子。 車輪的獨立運動運動學模型如圖4。
在圖5中，M點是個基準點，它也是機器人的重心，也是坐標的原點。假設(shè)認為機器人的車輪能不斷前進在一個沒有邊的表面上。通過做這個假定，以下的運動學公式可被獲得。
說明：(1)是大多數(shù)一般化的兩輪驅(qū)動機器人在運動學上的函數(shù)。不過，前兩個公式有著不能完全結(jié)合的特征，所以很難控制機器人。那個控制點或者車輪連接機器人的點被距它們距離為d的M點分開。當控制點設(shè)在機器人的中心時，也就是當d=0，控制點不能被準確連接。不過，當d>0時，那些控制點就可以連接到O點。因此，d不能為零，但是一定要足夠允許那些控制點可以被設(shè)在M點的附近。
這項研究使用了02年出現(xiàn)的機載系統(tǒng)' GSMR '(指導(dǎo)型服務(wù)移動機器人)的主要硬件和道路跟蹤算法。更多的細節(jié)數(shù)學方法在Ref里有解釋。[10].
4.裂縫檢查算法
4.1.理論算法
裂縫和非裂縫的地區(qū)通過他們對比各自的光反射率值來區(qū)分。從反射的圖像得到的資料會被用于裂縫察覺和物理測量算法。圖象處理的全部自動化目前還是很難實現(xiàn)，因為準確的結(jié)果很難在不確定的環(huán)境里獲得。因此，在這項研究過程中，整個裂縫察覺的半自動化算法只能使用圖6中的方法實現(xiàn)。
雖然裂縫察覺系統(tǒng)的照明裝置不是很穩(wěn)定， 但是在裂縫和非裂縫的地區(qū)之間的一種亮度的差別可以用公式(2)的均衡作用達到。
式中，
sk 獲得使正常的灰色素值
n 像素個數(shù)
nj 含有j灰色素值的像素個數(shù)
k 輸入的灰色素
通過調(diào)和量算子我們可以從圖像中提出裂縫信息。如式(3)所示，算子已經(jīng)獲得了對裂口的定向。[11].
式中，
從圖7我們發(fā)現(xiàn)從第二個導(dǎo)數(shù)找零點比從第一個導(dǎo)數(shù)找最大點容易。
圖7 零交點的標記剖面圖
另外，調(diào)和量算子是一個不變量，因此被獲得的裂口是一個封閉的曲線，這對得到一個包括裂縫裂口的區(qū)域是有利的。
作為第2步，因為調(diào)和量算子對噪音敏感，系統(tǒng)使用了剛性的高斯型曲線過濾器。
被發(fā)現(xiàn)的裂口形成了一個溝壑，這被定義為在兩裂口之間的一個最低點，參閱圖8。在8圖(a)顯示的一維外形被掃描產(chǎn)生朝裂口方向的二維圖，如圖8(b)。
圖8 裂口的定義.(a)谷的一維圖.(b)谷的二維圖.
當下列條件滿足時，從一個裂縫裂口到另一個裂口的掃描將被終止。
首先，當另一裂口被穿過時，最低點的位置被獲得并且儲存。然后裂縫的寬度就是從它的最低點到它的裂口。其次，如果當前的象素的灰色度水平比任何其他裂口的高，掃描會停止。最后，當掃描的長度比臨界值長時，掃描被停止。臨界值是在為一次非常有效率的計算作準備因為它能過濾噪音，但是當裂縫的寬度超過臨界值，這個裂縫的信息將被略過。
從圖像中提取出的裂縫信息應(yīng)該根據(jù)它們的連接的類型把它們歸類。在圖像里，一道裂縫就是一套象素。在這篇文章里，第一個搜索方法是歸類法，并且要標記每個裂縫地區(qū)。[12]. 因為圖像是不連續(xù)的，象素之間的連接可能是比較差的。尤其是給裂縫在相同的地區(qū)貼標簽時會影響特征的計算。為了解決這個問題，把每部分的斜度計算結(jié)果與若干象素一起畫出一條直線。如果在他們之間的傾斜度變化很微小，它們就會被合并。
4.2.裂縫的圖像搜索法
利用所給的起點和終點，由圖像可以得到一張圖表，這幅圖像的邊界是通過最小二乘法估計得到。一幅圖像的象素是由一個象素的節(jié)點和8個附近的節(jié)點連結(jié)，使用圖6的方法可以找到最短的路徑[13].
圖9描述了一個使用上述方法的例子。
最小二乘法操作如下。
第一步：把所以從起點發(fā)散的節(jié)點輸入到一個隊列中，上述的節(jié)點指針被定義為nA。然后，計算發(fā)散節(jié)點的距離。
第二步：如果隊列是空的，那么結(jié)果就是錯誤的。接著，找出最短的距離的那個節(jié)點nI并把它刪除掉。假如ni=nb，保留上述的指針在每一個節(jié)點和結(jié)果中。
第三步：假如對第二步的結(jié)果不滿意，增大節(jié)點ni并輸入所有的其它的節(jié)點到隊列中。然后，那上述的節(jié)點指針定義為ni并且每個節(jié)點的距離，重復(fù)第二步。
這種算法總能找到最佳的數(shù)值.但是，許多節(jié)點的增大可能是因為函數(shù)。為了提高效率，在每一個元件的長度一直保持在一個固定值時，常常采用不增大節(jié)點這個辦法。
4.3.裂縫的測量
并非全部預(yù)期的裂縫實際上都是真正的裂縫。引起混淆的因素主要包括建筑層，人為標記，噪音或者一個污點。當他們小得足以被認為是噪音、不長和太窄、或者是太直時，潛在的錯誤區(qū)域會被移除，人們常常認為線性是建筑層的特征。
這篇文章把量子用于裂縫的長度，寬度和方向上。當某個區(qū)域由裂口組成時，組成這個區(qū)域的點的寬度將會被計算。界外值尺寸會由中間過濾器的5段長度平均值得到。這是一個整數(shù)中間值。每個區(qū)域的寬度都可以用公式(4)計算。
裂縫的長度是根據(jù)圖像像素的數(shù)量來決定的。在計算后得每條對角線的長度為1.414，豎直和水平線都為1，真正的長度會被照像機校準測量(圖10)。
圖10 裂縫的測量
5.實驗
5.1.實驗安裝
在室內(nèi)的一個墻壁結(jié)構(gòu)上我們做了一個試驗。 車輪上安裝有一臺編碼器的一個移動機器人系統(tǒng)利用照相機獲得墻表面的圖像。機器人能和墻一直保持著一段恒定的距離。 如果移動的機器人不能和墻保持著一段恒定的距離， 圖像將仍能夠保持對準焦點，因為我們使用了一臺能自動調(diào)節(jié)的激光距離傳感器。為了防止振動從地板傳到照相機上，裝載照相機的這塊平板被鋼絲繩拴的很穩(wěn)定。圖11就是機器人室內(nèi)的使用安裝情況。
圖12 描述了圖象處理軟件。裂縫信息顯示在軟件的右邊。圖13顯示了照相機校準的菜單，把輸入的每個象素之間的距離轉(zhuǎn)變成毫米，然后這個數(shù)據(jù)就被系統(tǒng)獲得。照相機的校驗是在一個表面上有黑色的小圓點的盤子上進行的；他們被間隔5mm地分開。圖14顯示的是一張覆蓋在一幅獲得的圖像和一些被選出的補償點上的圖片。
圖11 建筑物里的設(shè)備安裝
圖12 裂縫檢查的軟件系統(tǒng)
圖13 繪圖數(shù)據(jù)窗口
圖14 套圖塑料膜
5.2.實驗結(jié)果
圖15顯示的是從室內(nèi)的結(jié)構(gòu)獲得的這幅圖像，發(fā)現(xiàn)的裂縫則會顯示在圖16中。在圖15的右邊顯示的兩條垂直的線是嵌入在結(jié)構(gòu)里的槽溝。因此，這些直線在它們被分辨出后將會被除去。顯示在圖15的右邊的直線會被排除，因為那些線不是真正的裂縫。
圖17和18顯示的是被處理后的圖像數(shù)據(jù)和被選出的裂縫。
因為鐵棒的終點線正好足夠長，但是改成某些形狀后，他們就不會被認為是裂縫了。
為了通過人眼的辨別率，系統(tǒng)通過圖畫來顯示結(jié)果。裂縫則使垂直，水平，和斜的校正方向，以及它們的長度，寬度，起點和終點來表達。這篇文章里我們推薦這個裂縫檢查系統(tǒng)，雖然它比較依賴操作環(huán)境的狀況，有一個75-85%的總出錯率。但是它認出的裂縫的測量誤差是10%或更少。
圖19 描述一堵地鐵內(nèi)側(cè)隧道墻的圖像。使用我們的系統(tǒng)，這幅圖像將會經(jīng)過圖20的判別環(huán)節(jié)后被選出。
這個結(jié)果說明被提議的系統(tǒng)能夠識別裂縫甚至當它們不是足夠長，在形狀上很明顯需要更多的試驗，包括裂片等等。
6.結(jié)論
這篇文章提出使用圖象處理程序來避免人的檢查失誤的一個結(jié)構(gòu)裂縫檢查系統(tǒng)，這些檢查失誤包括裂縫的錯誤判別，效率低，主觀性大和數(shù)據(jù)管理效率低。系統(tǒng)在室內(nèi)的實驗設(shè)置已經(jīng)被證實，包括一個室內(nèi)的建筑物，一條道路隧道和一條地鐵隧道。即使用先進的察覺方法，裂縫和非裂縫的錯誤的識別仍然存在。因此，考慮到要把錯誤的點去掉，半自動化系統(tǒng)用圖像搜索的方法才能確保如此，這種方法要求用戶輸入每個裂縫的起點和終點。
為了得到一個實用的系統(tǒng)，我們一定要加強對裂縫特性的深度和完全自動化的算法的研究。希望這篇文章能鼓勵這樣的研究繼續(xù)下去。
附件2：外文原文（復(fù)印件）
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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學 院： 機械電子工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名: 徐博 學 號: 060501501
設(shè)計(論文)題目： F釘自動壓扁機設(shè)計
起 迄 日 期: 2010年3月 1 日～6月 18日
設(shè)計(論文) 地點: 河北科技大學
指 導(dǎo) 教 師: 商國娟（副教授）
任務(wù)書下達日期: 2010年3月1日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)專業(yè)負責人審查簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號（如：031201106）；
5．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年3月21日”或“2004-03-21”。
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的：
F釘自動壓扁機包含了機械、、電子等的相關(guān)技術(shù)，學生通過查閱資料、方案的確定、機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、相關(guān)的運算等相關(guān)環(huán)節(jié)的親身實踐，能夠鍛煉學生對所學知識的綜合運用能力，提高他們分析問題、解決問題的能力。通過查閱資料，了解目前機電行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對就業(yè)環(huán)境有初步的認識和了解。
2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求
一、課題任務(wù)內(nèi)容：
F釘自動壓扁機應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)盤狀圓料開卷，校直、壓扁、自動下料等動作。
產(chǎn)品規(guī)格為：圓料直徑：1.0-1.6mm；
壓完厚度：0.4-0.9mm；
線速度：10-250m/min。也可參照實物。
二、課題任務(wù)的要求
1）通過查閱資料，了解設(shè)備的用途、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等，完成前期資料（開題報告、外文翻譯）的撰寫；
2）安裝并學習三維、二維繪圖軟件，為下一步設(shè)計做準備；
3）通過對設(shè)備動作的分析，及相關(guān)的計算，對比不同的可采納的方案的優(yōu)缺點，確定自己要采用的方案，進行總裝配圖設(shè)計和控制方案的設(shè)計；
4）優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進行零件圖的設(shè)計及相關(guān)的校核。
5）完成設(shè)計說明書的撰寫。
6）提供完整設(shè)計資料光盤一張
3．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2010年
3月 01日 ~ 3月31日
4月 01日 ~ 5月21日
5月 22日 ~ 6月04日
6月 05日 ~ 6月13日
6月 14日 ~ 6月18日
6月 19日 ~ 6月20日
查閱大量相關(guān)資料，了解機械設(shè)備的設(shè)計過程，零件及加工工藝，設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，趨勢，可行的技術(shù)路線，安裝并學習繪圖軟件，確定方案，撰寫完成前期資料。
開題
設(shè)計系統(tǒng)總裝圖，使結(jié)構(gòu)合理，加工裝配方便，進行必要的校核。設(shè)計控制原理圖。進行零件的設(shè)計。
撰寫設(shè)計說明書，要簡明扼要，敘述完整流暢。
準備相關(guān)資料，完成圖紙、說明書等的打印，準備答辯資料。
論文答辯。
按要求把所有設(shè)計資料準備齊全，修改正確，交到老師處。
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書
畢 業(yè) 設(shè) 計
學生姓名： 徐博 學 號： 060501516
學 院： 機械電子工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
題 目： F釘自動壓扁機設(shè)計
指導(dǎo)教師： 商國娟(副教授)
評閱教師：
2010 年 6月
河北科技大學畢業(yè)設(shè)計成績評定表
姓 名
徐博
學 號
060501516
成 績
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及自動化
題 目
F釘自動壓扁機設(shè)計
指導(dǎo)教師評語及成績
指導(dǎo)教師：
年 月 日
評閱教師評語及成績
評閱教師：
年 月 日
答辯小組評語及成績
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會意見
學院答辯委員會主任：
年 月 日
注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學生畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中。
畢 業(yè) 設(shè) 計 中 文 摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計F釘自動壓扁機，該設(shè)備所要解決的問題是能夠自動連續(xù)將圓鋼絲壓扁成要求厚度的扁鋼絲以實現(xiàn)鋼絲粘合成排，用于高效高速低成本的向排釘生產(chǎn)提供原料。
自動鋼絲壓扁機是鋼材軋制技術(shù)和機械自動化技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，該系統(tǒng)可在無人看管的情況下自行將鋼絲連續(xù)壓扁到規(guī)定厚度，并在斷絲時自動停機，布線機構(gòu)可將扁線均勻纏卷，鋼絲接入設(shè)備就可自動開卷，自動校直，自動壓扁，自動纏線。
在鋼絲通過校直機構(gòu)后進入軋輥壓軋機構(gòu)，設(shè)備采用兩個軋輥將鋼絲冷軋成扁絲，通過做往復(fù)直線運動的布線機構(gòu)將鋼絲均勻纏到輥子上，最終實現(xiàn)鋼絲的自動開卷、校直、壓扁和自動下料。
關(guān)鍵詞 F釘 校直 壓扁 冷軋 自動
畢 業(yè) 設(shè) 計 外 文 摘 要
Title The design of the squashing machine for F nail
Abstract
The graduation project is to design auto-squashing machine for F nail, the problem to be solved is to complete that a round wire will be automatically flatten into a flat wire which is satisfied with the thickness requirements in order to achieve the flat wire and wire rows for efficient high-speed nail to the row of low-cost raw materials reduction.
The auto-squashing machine applies rolled steel wire technology and machinery automation technology, the system can be left unattended when it squash the wire to the required thickness of straight and broken wires in automatic shutdown, and the wiring body can arrange the steel wire regularly when winding line. When we put the wire access to the device, it can automatically open the wire, automatically rectifying, automatically squashing, automatically winding line.
After the wire through the rectifying mechanism, it will be drawn into the pressure roll bodies which equipment use two rolls of cold-rolled steel wire to squash the round wire into a flat wire, and then the flat wire will be arranged regularly evenly wrapped around the wire roller through the wiring mechanism which do the back and forth movement in order to realize the ultimate realization of automatically opening automatically retifying, straightening, flattening and winding.
Key Words F Nails ，Rectify ，Squash ，Cold-rolling system ， Automatic
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題 目： F釘自動壓扁機設(shè)計
學生姓名： 徐博 學 號： 060501516
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 商國娟 （副教授）
2010 年 3 月 28 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年2月26日”或“2004-02-26”。
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
1．文獻綜述
1.1 機械制造自動化的概念和發(fā)展歷程
制造自動化是人類在長期的社會生產(chǎn)實踐中不斷追求的主要目標。隨著科學技術(shù)的不斷進步，自動化制造的水平也越來越高。采用自動化技術(shù)，不僅可以大大降低勞動強度，而且還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善制造系統(tǒng)適應(yīng)市場變化的能力，從而提高企業(yè)的市場競爭能力。
機械制造自動化是制造自動化的主要組成部分，它主要控制機械運動及可能變化的制造工藝，使整個生產(chǎn)處于優(yōu)化狀態(tài)。以機械加工和裝配為主要代表的機械制造業(yè)要實現(xiàn)自動化，比之其他制造業(yè)來要困難得多，主要是表現(xiàn)在自動化機構(gòu)上。這是因為機械制造中所使用的材料、加工手段等較為復(fù)雜，對制造對象要求高精密、高準確的定向、定位，可靠的識別裝置，握持裝置等。機械制造自動化就是在機械制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)機械制造全過程的自動化。
一般的機械制造主要由毛坯制備、物料運輸、機械加工、裝配、輔助過程、質(zhì)量控制、熱處理和系統(tǒng)控制等過程組成。機械制造過程中的自動化技術(shù)主要由：
1.機械加工自動化技術(shù)，包括上下料自動化技術(shù)、裝夾自動化技術(shù)、換刀自動化技術(shù)、加工自動化技術(shù)和零件檢驗自動化技術(shù)等。
2.物料運輸過程自動化技術(shù)，包含工件儲運自動化技術(shù)、刀具儲運自動化技術(shù)和其他物料儲運自動化技術(shù)等。
3.裝配自動化技術(shù)，包含零件部件供應(yīng)自動化技術(shù)和裝配過程自動化技術(shù)等。
4.質(zhì)量控制自動化技術(shù)，包含零件檢測自動化技術(shù)，產(chǎn)品檢測自動化技術(shù)和刀具檢測自動化技術(shù)等。
機械制造中采用自動化技術(shù)可以顯著提高勞動生產(chǎn)效率，有效縮短生產(chǎn)周期，大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量，有效改善勞動條件，并能顯著降低制造成本。因此，機械制造自動化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在生產(chǎn)實踐中得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。
1.2 排釘?shù)膽?yīng)用及其特點
排釘機起源于國外，日本、臺灣、西歐的技術(shù)比較先進，目前已經(jīng)實現(xiàn)流水線全自動化控制，一個工人可以負責幾條甚至十幾條流水線，制釘機的生產(chǎn)速度也可以達到100－200片/分鐘，但是設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，一臺制釘機至少需要八十萬人民幣，而整條流水線的價格更高。排釘在建筑、裝修、家具、包裝、裝潢、沙發(fā)、皮鞋、皮具等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用，排釘?shù)氖褂脤⒅鸩饺〈美祁^打進釘子的陳舊緊固方式。90年代，隨著我國對外開放的發(fā)展及建筑、裝修、家具等行業(yè)的繁榮，這種新型釘，開始在我國應(yīng)用，且用量逐年增加。與此同時，生產(chǎn)排釘?shù)墓に嚒⒓夹g(shù)、設(shè)備也隨之由國外引進。在沿海一帶及內(nèi)地部分省市已新建數(shù)家生產(chǎn)排釘?shù)钠髽I(yè)，形成金屬制品行業(yè)的一個新領(lǐng)域。
目前，市場上排釘?shù)念愋椭饕校杭埮裴敗⑺芘裴?、鋼排釘?shù)?，單個釘?shù)男螤钣蠪、T、U型等。根據(jù)生產(chǎn)工藝可以把它們分成兩類：一類是紙排釘、塑排釘、直排釘；另一類是鋼排釘。
紙排釘、塑排釘如圖1-1所示，由于此類排釘?shù)氖褂脠龊蠈姸?、硬度要求不是太高，故在生產(chǎn)過程中省去了很多工序，目前能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)，且技術(shù)比較成熟。經(jīng)調(diào)查，此類排釘所用材料主要為碳鋼。一般生產(chǎn)過程如下：圓線材經(jīng)壓扁機校直、壓扁，并集于一定數(shù)量的線軸上，經(jīng)上膠機上膠、烘干制成線帶，將線帶送入成型主機中進行切斷、成型、打頭，從而完成整個制作程序。目前，生產(chǎn)此類排釘所用設(shè)備主要有：壓扁機、上膠機、成型機。
圖1-1 F釘
1.3 排釘生產(chǎn)工藝
生產(chǎn)排釘與生產(chǎn)普通釘大不一樣,普通釘是用單根鋼絲輸入制釘機,經(jīng)過鐓帽、鐓尖、搓絲等工序一顆一顆地生產(chǎn)。排釘一改傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,采用板塊化制釘,即把50-100根鋼絲經(jīng)過放線、軋扁、粘結(jié)制成線板,輸入專用制釘機,經(jīng)鐓帽、鐓尖、刻痕等工序一次完成,形成板塊化、連續(xù)化、高速化的生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)方式可稱為制釘行業(yè)的一次革命,也為鋼絲的深加工開辟了一個新的研究領(lǐng)域。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)目前通用的生產(chǎn)排釘?shù)木唧w工藝過程如下：
冷拔--校直--除應(yīng)力--壓扁--排線--并線--制釘--出料--包裝
冷拔：將直徑較大的金屬絲拉拔成較小直徑的；
校直：校正除去彎曲的部分；
除應(yīng)力：消除拉拔后金屬絲的內(nèi)應(yīng)力，提高綜合性能；
壓扁：將一定直徑的圓截面的金屬絲，用壓扁機加工為扁圓截面；
排線：將若干根已壓扁的金屬絲排列整齊；
并線：將排線粘合并經(jīng)烘干后制成板料；
制釘：使用制釘機將并線工藝生產(chǎn)的板料制成各種規(guī)格的排釘；
出料：將產(chǎn)出的排釘送出工作臺；
裝盤：將生產(chǎn)出的排釘插入到帶凹槽的托盤內(nèi)；
包裝：將托盤包裝成盒。
F釘自動壓扁機包含了機械、、電子等的相關(guān)技術(shù)，隨著電子科技的迅猛發(fā)展， 裝潢、家俱、等行業(yè)的興起，汽動排釘因其使用方便，省力，施工速度快，已逐步替代40-60公分以下圓釘。隨著建筑和裝飾市場規(guī)模的不斷擴大，其市場規(guī)模更是成倍增長。本機型是在新世紀初引進國外的先進技術(shù)，既可連續(xù)生產(chǎn)，也可間接生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)部分采用了皮帶傳動，利用皮帶傳動的彈性滑動，保證了收線輪的線速度的一致性，高效率，低噪音，尤其是能夠制造出高品質(zhì)射槍排釘?shù)闹贫ň€材[2]。
2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑：
2.1 課題要注重解決的問題
對整盤圓料的開卷、校直、壓扁是生產(chǎn)排釘?shù)闹匾ば?，為了實現(xiàn)對盤狀原料的自動開卷、自動校直、自動壓扁過程，本課題要設(shè)計F釘自動壓扁機要解決以下問題：
1.保證壓輥轉(zhuǎn)速和收線輪的轉(zhuǎn)速相一致，以免導(dǎo)致因收線輪轉(zhuǎn)速較慢，引起線材的纏繞不均勻。
2.保證安全應(yīng)急措施到位
當收線輪的轉(zhuǎn)速高于軋輥的轉(zhuǎn)速時會將線材拉斷，那么檢測裝置就會由于自身重力向下旋轉(zhuǎn)，觸及行程開關(guān)，將整個生產(chǎn)線停止。
3.保證硬件和控制部分的信息傳遞
雖然彼此有各自的分工，但之間的連接性能很重要。硬件動作取決于控制部分發(fā)出的命令信號，而當硬件到達適當?shù)奈恢脮r，觸碰到相應(yīng)的電器元件，使其發(fā)出信號傳遞到控制部分，然后控制部分發(fā)出下一個命令，執(zhí)行下一步動作。因此要求它們之間的連接要緊密，而且要有足夠的準確性和穩(wěn)定性。
4.保證硬件部分和控制部分的柔性和靈活性
因為每一批生產(chǎn)的F釘線材不一樣，直徑和長度就不一樣，而且在同一批的產(chǎn)品中也存在不同程度的尺寸公差，所以就要求在硬件和控制部分上都能進行相應(yīng)的調(diào)整。例如，布線器的軸向移動距離，以均勻的纏繞被壓扁的的線材，以實現(xiàn)自動下料[3-4]。
2.2. 機械部分方案論證和確定
F釘自動壓扁機的機械部分由三部分組成：
2.2.1 第一部分：開卷裝置
開卷裝置的形式多樣，機構(gòu)性能不一。由于生產(chǎn)線對開卷裝置性能沒有較高要求，選取結(jié)構(gòu)簡單的一種裝置并且結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便適合各種盤狀卷材的開卷。該裝置如下圖所示:
圖2-1 開卷機構(gòu)
1.鋼絲卷 2.支架體 3.穿絲環(huán)4.轉(zhuǎn)臂
2.2.2 第二部分：自動整直、壓扁裝置
鋼絲整直機又稱鋼絲調(diào)直機、鋼絲校直機，它的主要作用是將鋼絲從卷裝彎曲的物料拉直，成為直線形的鋼絲物料。一般情況下，鋼絲僅呈彎曲狀是比較容易被拉直的，如果鋼絲呈扭曲狀則比較不容易被拉直;另外，如果鋼絲的線徑較粗，鋼絲比較容易被拉直，如果鋼絲線徑較小則比較不容易被拉直。目前，日常生活及普通的生產(chǎn)實踐中使用的鋼絲線徑都較大，所使用的鋼絲整直機能夠比較方便、快速地將這些鋼絲拉直，但是，對于線徑較小的鋼絲，現(xiàn)有的鋼絲整直機則很難滿足生產(chǎn)需要，不能將線徑較小的鋼絲拉直。因此，非常有必要設(shè)計出一種整直機能夠快速、方便地實現(xiàn)線徑較小的鋼絲拉直，以滿足生產(chǎn)需求[5-6]。
本實用新型涉及鋼絲輔助加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鋼絲自動整直機，它包括機架，機架上安裝有拉絲輪，機架上安裝有第一鋼絲整直框3、第二鋼絲整直框4，第一鋼絲整直框、第二鋼絲整直框的放置方向交錯90度（如圖2-2），鋼絲從第一鋼絲整直框、第二鋼絲整直框中穿過;本裝置通過兩個整直框后，能夠使鋼絲從彎曲、扭曲狀態(tài)整理成直線形狀態(tài)，尤其適合線徑較小的鋼絲整直操作。
圖2-2 自動壓扁機示意圖
鋼絲自動整直機，它包括導(dǎo)向輪1、2，且兩導(dǎo)向輪的安裝方向相互交錯90度，機架10，機架10上安裝有軋輥5，其特征在于:機架10上安裝有第一鋼絲整直框3、第二鋼絲整直框4，第一鋼絲整直框3、第二鋼絲整直框4的防止方向交錯90度，鋼絲從第一鋼絲整直框3、第二鋼絲整直框4中穿過。
所述的鋼絲整直框（如圖3-2所示）上具有圓柱，且各導(dǎo)向輪交錯排列，鋼絲依次繞過各導(dǎo)向輪，在整直框內(nèi)呈“S”形分布，校準時，可以先將鋼絲從整直框3內(nèi)穿過，然后調(diào)節(jié)調(diào)整螺絲，使各導(dǎo)向輪壓鋼絲，增加對鋼絲的壓力;另外，還可以增加套管，使圓柱頂壓套管而不直接接觸鋼絲，以減少磨損。所述的機架10下方具有底座11，底座11上安裝有電機12，為節(jié)約成本，電機同時驅(qū)動軋輥5和收線輪8。布線器7用電機6來驅(qū)動，用以保證當線材排滿一層時通過行程開關(guān)控制電動機6 的正反轉(zhuǎn)，從而保證線材的均勻打卷，自動下料[7-9]。
圖2-3 整直框
1．導(dǎo)向輪2．可調(diào)校直輪3．固定校直輪 a、b為可調(diào)校直輪的調(diào)整螺絲
本整直機能夠?qū)€徑較大、較小的鋼絲進行整直，也能夠完成切絲的工序，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，能夠滿足生產(chǎn)需要。
2.2.3第三部分 自動收線裝置
制作F釘?shù)木€材經(jīng)過壓扁后要規(guī)整的纏起，以備后續(xù)工作的排線、并線、制釘。收線輪直接由電動機驅(qū)動，布線器7，該裝置采用絲杠螺母副傳動，以保證收線輪轉(zhuǎn)動一圈布線器軸向移動一個壓扁后的線的直徑的距離。
2.3. 電氣控制部分
設(shè)備中所要用到的電器元件主要有：行程開關(guān)、安全繼電器、總線系統(tǒng)。根據(jù)流水線的實際生產(chǎn)情況和機構(gòu)本身的動作順序，應(yīng)合理安排各元件的位置，規(guī)劃出正確的控制線路的原理圖與接線圖.
首先，設(shè)置一個檢測裝置，用來識別線材是否壓扁完畢，當整盤線材都被加工完畢時，該裝置由于重力作用向下旋轉(zhuǎn)，觸及行程開關(guān)，整個生產(chǎn)線停止生產(chǎn)。
布線器要保證當軸向移動到收線輪的一端時然后觸及另一個行程開關(guān)，保證該絲杠螺母的螺母反方向繼續(xù)軸向運行，以保證收線輪轉(zhuǎn)一周，該裝置軸向移動一個經(jīng)過壓扁的線材直徑的距離。這一系列的動作需要行程開關(guān)和繼電器控制，在時間上要盡可能滿足最快的生產(chǎn)效率，而且要有較好的柔性和靈活性。這樣才能保證收線輪規(guī)則的將線材收起。當遇到緊急情況時，要有報警系統(tǒng)提示，那樣可以通過工作人員進行調(diào)整，以保證安全生產(chǎn)[10-12]。
還有一些細節(jié)上要注重的問題，這將在后面的設(shè)計說明中給以說明和解決方法。
參考文獻
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2 劉于雄.排釘及排釘用鋼絲的生產(chǎn).金屬制品，1998第二期:22~26
3 吳繼根.介紹一種校直金屬絲的方法.機械制造，1980年10期:15~18
4 郭漢橋，王林，陳勇軍等.電子設(shè)備檢測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.2007
5 楊盡巨.行星式多輥板料校直機.重型機械，1980年04期:29~30
6 侯志明.鋼絲校直機.水利電力機械，1980年03期:23~31
7 成大先.機械設(shè)計圖冊.第一卷.北京：化學工業(yè)出版社，2000
8 Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering .Katson publ.House，1985
9 鄒家祥.軋鋼機械.第三版.冶金工業(yè)出版社，2002
10 濮良貴.機械設(shè)計.第八版.高等教育出版社，2005
11 陳彥博，趙紅亮，翁康榮.有色金屬軋制技術(shù).化學工業(yè)出版社.2007
12 鄧星鐘.機電傳動控制.第三版.華中科技大學出版社，1998
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