滑块厚度综合检测平台分料机构设计.doc

目次1引言11.1课题的背景11.2课题的研究目的与意义11.3研究方法和手段12滑块厚度综合检测系统总体设计方案探讨42.1检测对象42.2总体设计难点及解决方案43机械结构总体设计63.1自动分料系统方案初步探讨63.2自动分料系统设计93.3复位弹簧的设计113.4电磁铁的选型143.5步进电机的选型164滑块厚度综合检测控制系统设计254.1控制系统的组成254.2控制系统的功能要求264.3控制系统硬件设计264.4PLC控制电机功能的实现284.5总控制流程图30结论31致谢33参考文献341引言尖端技术的发展要求机械制造工厂的生产向着快速、灵活、高质量、大批量的自动化方向发展，与此同时，产品检测能否跟得上生产的速度就决定了工厂生产率的高低。显然，传统的人工操作检测已经远远落后了,尤其是对大批量生产的重要元件的检测，靠人工检测显然费力、费时。此时，如果能有一条自动检测生产线来取代原来的手工操作，就显得非常必要，本课题就属于这样的范畴。1.1课题的背景本课题的设计检测主体滑块是空气调节器中的关键部件，其加工质量严重影响了空气调节器的性能指数，其加工的尺寸、平行度和垂直度等的精度要求非常高，因此滑块检测尤为重要。由于滑块生产量较大，现同步相关工厂每天生产数万只，对滑块厚度的检测采用人工手动的方式，大部分测量用千分表来进行，测量分辨率1m2m，部分测试项目用万分表来进行测量，测量分辨率0.1m0.2m，检测效率是5000片/8人天。这样不仅要耗费较大的人力、物力、财力，若稍有不甚，检测精度就较难保证，而且明显与当今机械制造、检测自动化的方向不符。少数国内比较先进的工厂都采用流水线作业的自动检测方式，从产品的尺寸测量、翻转，到测点数据的传输、与上位机的通讯，再经过计算机对数据作分类处理，到最后实现分组，都是由生产线自动完成的。1.2课题的研究目的与意义本课题就是拟采用流水线的作业方式对滑块进行检测，核心工作就是要设计一套滑块自动检测系统来取代原有的人工检测，测试过程要实现自动化，操作工人只负责将滑块放入工作台第一个工位和收取流水线上分组后的滑块。滑块自动检测装置的应用，将有效地提高企业的自动化水平，在提高了测量精度的基础上，极大的提高工厂的生产检测效率，提高产品质量和竞争力，可以产生极大的经济效益。因此，此检测装置的设计和应用，具有极高的实用价值与推广价值，有着重要的意义1.3研究方法和手段本课题为实现滑块厚度尺寸精度的综合自动检测，主要采用的流水线为导轨式结构，在导轨中完成滑块的运行、姿态的变换，并在完成综合检测后自动分料，导轨用步进电机带动双面同步齿形带传动，分料机构用步进电机及电磁铁实现；采用可编程序控制器（PLC）作为系统的控制核心，通过串行通讯与工控机组成上位机监控系统，实现对滑块检测、分料过程的实时监视和自动控制。1.3.1可编程控制器技术可编程控制器是一种典型的采样控制系统，它通过循环方式进行闭环控制，包括数字量和模拟量控制。它既可进行顺序控制，也可实现过程控制，随着微处理器技术和通信技术的发展，可编程序控制器已不仅仅是传统意义上的控制元件，其功能日益完善。它整合了CPU、存储器、输入输出端口，使其成为一个小型微处理器，不仅能实现传统继电器吸合、延时等功能，还有逻辑运算、算术运算、指令运算、数制转换等控制功能，它与其它外部设备如数采卡、CRT、打印机、计算机组成分布式测控系统就能实现显示、监控、打印及报表生成。1.3.2串行通讯技术串行通讯是按位传输数据的一种通讯方式，由于其传输距离远、价格低而被广泛使用。串行通讯分为同步通讯和异步通讯方式，采用同步方式时，除需传送数据信号外，还需传送用于位指示的时钟信号；而采用异步方式时，收发双方分别使用各自的时钟信号，发送端可选择任何时刻开始发送数据，异步通讯用一个起始位表示一个字符的开始，用停止位表示字符的结束，采用帧来传送数据，数据传送速度用波特率表示，其常用的波特率有：110、300、600、1200、2400、9600、14400、19200等。1.3.3拟采取的检测方法经研究决定，拟采用流水线为导轨式结构，滑块的运行、姿态的变换均在导轨中完成，且由设计结构自动完成，以满足自动化要求。滑块在检测过程中每种工位完成不同的参数测试，最终满足检测的数据要求。根据初步的探讨，自动检测系统采用接触式测量，在待检测滑块运动到传感器位置时，经过一个传感器探头，获得三个所需的厚度值，然后滑块旋转90，经过另一个传感器探头，测得另三个所需的厚度值，滑块继续前进，再经过翻面过程，经过另一组即先后两个传感器探头，又获得另一个面的五个（或六个，中间一个重复）所需厚度值，完成所需待测参量的测量。测试过程自动化，操作工人只负责将滑块放入测试平台和收取测试分组后的滑块。1.3.4本文的主要内容如下在整个滑块自动检测系统中，本文将在简述检测平台总体设计方案的基础上，重点完成分料口部分机械结构和控制系统的设计。第一章引言介绍了滑块厚度测量系统的相关概念以及国内外在该课题方面的发展概况及趋势，并阐述了本课题研究的方法、手段及意义。第二章总体设计简单介绍了本课题的总体设计思想，以及在测量、传送、分类、数采等方面设计中遇到的难点及初步解决方案。第三章介绍了系统主体部分的机械结构设计，其中，详细介绍了滑块传送系统的方案设计、方案认证及其具体的机械结构设计，并对关键部件的设计和选型进行了详细的分析、计算及认证。且介绍了传动及分料机构步进电机的选型及验证。第四章滑块厚度综合检测控制系统设计部分详细地介绍了控制系统（主要是分料机构的控制系统）设计，包括控制系统组成、功能要求、PLC硬件选择以及控制流程设计等。结论部分中队本课题做了简单总结，并详细介绍了本人在本课题中所做工作、所得收获，以及在工作中发现的不足、有待解决的问题等。2滑块厚度综合检测系统总体设计方案探讨滑块自动检测系统的总体设计思想如下：采用数字几何量传感器来进行测量，测量分辨率高，能保证测试精度；各个测试数据点独立测量，流水进行，以保证测量的效率；利用数采卡采集数据，通过工控机计算各个指标，如厚度和平行度，以综合判断该滑块合格或是不合格，并进行分组。2.1检测对象滑块是空调压缩机的关键部件之一，其外形如图2.1所示，滑块规格见表2.1(单位：mm)。图2.1滑块外形图本课题中，按产量最大的一个规格（53527）进行设计，并保留足够的空间以备在其后几台研制中通过更改夹具等方法兼容其它规格的测试要求。厚度检测系统测试滑块中心厚度及四个角的厚度，五个数据的最大差值为厚度平行差。设七个分组出口，按平均厚度分组：合格、中心厚度超上限、中心厚度超下限、平均厚度超上限、平均厚度超下限、平行差超。分组方式可以通过控制计算机进行调整。2.2总体设计难点及解决方案检测对滑块的平面度和垂直度有一定要求，测量精度较高，测量分辨率0.1m,测量重复性0.1m，在此精度要求，接触式传感器完全可以满足要求，且成本相对较低，所以我们采用接触式传感器，而不考虑用非接触式传感器。此外，用作测量的检测平台也要满足很高的精度要求，才能作为基准。需对滑块两个平面的厚度值进行测量，因而要用一定装置实现滑块的定时定位旋转和翻转，而且对旋转和翻转的时间也要有很好的控制。此时，可考虑先用气缸将滑块顶起，再由步进电机实现旋转，用机械手实现滑块的翻转。但这样一个工位非常耗时，想要在2s3s内完成不易实现，所以我们想办法在滑块传送过程中，利用导轨来面符号尺寸最大最小S/T厚度d5.33.2U/V高度h4516W宽度w3023表2.1滑块规格表：实现滑块的旋转和翻转，这就是本课题最终选用的设计方案。具体的介绍将由本团体中另一同学详细讨论。测试速度要求较高，一般为每个测点2s3s，流水测试，每天至少要测试一万片以上，由于流水线采用多工位测量方式传动，因而每个滑块的检测速度取决于滑块通过最慢的工位所用的时间，因而生产线上每个工位的操作时间需要在2s3s内完成。纵观整个流水线作业过程，无疑分料口滑块分类这一工位耗时最久，因而如何能在最短的时间内实现这一过程就是能否提高检测速度的关键所在。由表2.1可知，检测对象滑块的外形相似，但尺寸大小不一，而且对滑块的厚度、高度和宽度都有最大最小值界定，这给检测之后的产品分组带来一定难度，可采用可编程序控制器（PLC）作为系统的控制核心，通过串行通讯与工控机组成上位机监控系统，实现对滑块检测、分料过程的实时监视和自动控制。采用数据采集系统将测点数据传入数据库，再由计算机进行处理分组，在计算机上修改合格要求和分组要求。由于检测工序的上述特点，本系统采用接触式测量的光栅测长仪。整个测试过程实现自动化，操作工人只负责将滑块放入测试平台和收取测试分组后的滑块。3机械结构总体设计我们研制的滑块厚度综合检测系统总体结构如图3.1所示。其可以分成三大功能单元，即滑块传送系统、滑块翻转系统和自动分料系统。本文主要对自动分料系统进行详细分析。为满足安装和使用的方便，在总体结构的设计中作