摘 要

本文是针对钢珠工业生产过程中钢珠直径自动检测的需求，提出一种采用直线型位移传感器（俗称千分尺）用于对钢珠直径的测量，并通过单片机判断钢珠直径是否合格后进行自动分选的方案。通过对直线位移传感器输出的模拟信号进行A/D模数转换，再通过单片机计算判断后，将数据信号传输给显示模块和分选装置，进而将钢珠进行分选。在通过Proteus仿真和硬件系统的实现后验证了该方法的可行性。

本文在模数转换方面采用AD7705和高精度直线位移传感器搭配，并在机构设计方面给出了具体结构，该方案可以大幅提高钢珠直径的测量精度，减少钢珠自动分选的误差。

关键词：钢珠；分选；AD7705；位移传感器；单片机；直径

Abstract

This article is to meet the needs of automatic detection of steel ball diameter in the production process of steel ball industry, a linear displacement sensor (commonly known as a micrometer) is used to measure the diameter of the steel ball, and a single-chip microcomputer determines whether the steel ball diameter is qualified. . The A / D analog-to-digital conversion is performed on the analog signal output by the linear displacement sensor, and then calculated and judged by the single-chip microcomputer, and then the data signal is transmitted to the display module and the sorting device, and then the steel balls are sorted. After Proteus simulation and hardware system implementation, the feasibility of this method is verified.

In this paper, AD7705 and high precision linear displacement sensor are used in A / D conversion, and the specific structure is given in the mechanism design. This scheme can greatly improve the measurement accuracy of steel ball diameter and reduce the error of steel ball automatic separation.

Key words：steel ball; sorting; AD7705; displacement sensor; single chip microcomput; diameter

目 录

第1章 绪论 1

1.1 钢珠分选系统研究的国内外现状 1

1.2 主要研究的内容 3

1.3 方案设计 4

第2章 钢珠分选系统控制系统设计 5

2.1 器件选型 5

2.2 软件设计 8

2.2.1 AD7705转换模块 8

2.2.2 STC89C52单片机系统 9

2.2.3 LCD1602显示模块 12

2.3 电路设计 14

2.4 Proteus仿真 17

2.5 硬件系统实物 21

2.6 本章小结 23

第3章 钢珠分选系统机械结构设计 24

3.1 供料送料模块 24

3.2 测量模块 26

3.3 分选模块 27

3.4 本章小结 28

第4章 钢珠分选系统机电联调 29

4.1 软件系统调试 29

4.2 硬件系统调试 33

4.3 本章小结 38

第5章 结论 39

参考文献 40

致 谢 41

附录A 42

附录B 46

第1章 绪论

1.1 钢珠分选系统研究的国内外现状

回转运动是物理运动中最常见的运动形式之一，轴承则是实现这一运动形式最常用的零件之一；它的质量和精度将直接或间接影响机械设备的使用寿命和系统的稳定性能，滚动轴承在现代机械自动化工业中被称为机械的关节^[2]。钢珠是轴承的一个重要零部件，且轴承的回转特性对轴承中的钢珠要求最高，轴承钢珠的制造精度决定了轴承的性能 ^[1] 。

由于加工精度的限制，生产出来的钢珠会有一定的直径误差，误差不仅影响轴承的使用寿命和性能，在装配过程中这种直径误差会导致装配失败，从而影响生产效率。机械类企业为了得到更稳定的轴承，就必然要在生产环节加大投资，采购更高精度的设备用于流水线，甚至是购买国外生产技术专利来达到目的；除了这方面能有效提高生产的钢珠精度外，钢珠的检测环节是投入最少收益最大的一个环节，它把控着整条生产线的成品质量标准^[3]，有效的利用这一点，针对这一环节的工艺流程进行优化，在不需要太大资金投入的情况下，可以使生产流水线的潜力发挥到最大。检测环节单独分离生产线，与钢珠分选系统大同小异，也就是在钢珠成为产品之前对其的各类尺寸属性、质量以及化学特性等进行全面的检测、统计、分类入库。

现代工业生产钢珠过程中的检测环节，机械巨头企业早已采用自动检测，但在整个机械行业中，人工手动分选依旧是检测分选的主力军，虽然借助各种仪器，但仍不可避免因疲劳、人眼识别错误、注意力不集中等各种由于人的身心素质产生的误差甚至错误，另一方面人工手动分选的方式检测速度被大大限制，已经也不能适应现代工业大规模、高精度生产要求，更不能应对变化迅速的工业市场需求^[1]。所以自动精密测量技术会在工业生产高精度这一时代需求下高速发展，凭借先进的技术来达到自动高效检测的目的。

根据现有的资料分析总结，轴承钢珠的工业化生产技术及手段都已经经历了一百多年的发展和进步；从人工到机械自动化再到信息智能化，每一阶段都使轴承钢珠的质量和精度得到了极大的提升。而分选可谓作为钢珠生产过程中最重要的一环，国内外对分选系统的研究范围广、时间长，分选系统在矿石等原材料开采领域应用广泛，故而研究投入也是很多，但分选对象都尺寸很大，分选精度不高^[1-2]。对于轴承生产这一精密仪器行业，钢珠的分选精度决定了轴承质量，好的分选系统亦可提高生产效率，减轻工人的劳动强度，具有十分重要的意义^[3-4]。

在现代化钢珠生产过程中，对其直径的测量根据测量仪器大部分可分为接触式测量和非接触式测量两种^[2]。接触式检测过程中测量仪器与钢珠需直接接触，常见的如游标卡尺、千分尺、经纬仪测量和三坐标机测量等^[2]；而非接触式测量不需要接触到钢珠，利用光电的变化得到钢珠的直径，常见的如电感传感器测量、超声波测量、激光多普勒检测、激光扫描和面阵CCD检测等^[2]。