工业数字孪生项目5任务3 转盘模块与深度检测模块的建模与信号配置

项目5自动供料单元

工业数字孪生实战任务3转盘模块与深度检测模块的建模与信号配置目录01任务说明02知识准备03任务实施04任务评价与拓展任务说明1任务说明

本任务以DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）中的转盘模块与深度检测模块为例，介绍在工业数字孪生实战中对上述模块进行建模与信号配置的全流程。根据复杂程度与难度层次的要求，随着任务的逐步推进，还将对相应的建模与模型控制操作选项加以讨论和剖析。

通过完成本任务，学生将掌握在NXMCD仿真环境中，对DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）中的转盘模块与深度检测模块进行一体化概念设计与调试的方法和全流程，以及在此过程中提高操作效率、避免各类错误与问题的技巧，从而为后续完成自动供料单元模块间虚拟联调，以及平台全流程虚拟调试和虚实联调实战做好准备。知识准备2知识准备

1.转盘模块的组成、用途与主要工作模式

如图5-40所示，位于DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）中的转盘模块主要由转盘（步进电动机驱动）、传输带（直流电动机驱动）和检测传感器等组成。图5-40知识准备1）转盘受步进电动机驱动，绕垂直方向在水平平面上旋转。一般以顺时针方向（从上至下面对模块上表面视角）为正方向。2）直流电动机驱动的传输带（通称为“一站传输带"）固定在转盘机构上表面，随转盘机构转动而转动，用于运输放置于其上的物料。3）检测传感器包括光纤传感器与光电式传感器，用于测量转盘机构的位置。知识准备

一般而言，转盘模块的主要工作模式有如下步骤：1）物料从料盒供料模块中被推出，置于转盘模块的传输带上。2）步进电动机驱动转盘机构正转90°，物料在传输带上相对静止，随转盘机构转动，到达料芯装配位置。3）待完成料芯装配流程后，步进电动机驱动转盘机构正转90，物料在传输带上相对静止，随转盘机构转动，到达深度检测位置。4）流程后接搬运机械手、深度检测等模块相关的其他工序。依照实际工序需要，在其他模块工作的间隙，可能需要重复转盘转动、传输带运动等流程。知识准备

或者为如下步骤：1）物料从料盒供料模块中被推出，置于转盘模块的传输带上。2）搬运机械手模块将物料搬运至深度检测位置，深度检测模块进行测深。3）测深流程后接自动供料单元料芯双供料模块、搬运机械手模块、深度检测模块相关的其他工序。依照实际工序需要，在其他模块工作的间隙，可能需要重复转盘转动、传输带运动等流程。知识准备

2.深度检测模块的组成、用途与主要工作模式

如图5-41所示，位于DLDS-532实训平台自动供料单元（一站）中的深度检测模块主要由位移传感器、检测伸缩气缸和检测升降气缸等组成。图5-41知识准备

1）检测伸缩气缸用于在水平方向上伸出、缩回深度检测机构，以完成深度检测流程。2）检测升降气缸用于在垂直方向上降下、升起深度检测机构，以完成深度检测流程。3）位移传感器用于检测被测目标（即物料）对应的深度值。一般而言，深度检测模块的主要工作模式有如下步骤：1）在物料到达检测位后，检测伸缩气缸伸出到位，使深度检测机构移动至物料正上方。2）检测升降气缸下降到位，在此过程中，位移传感器通过测深过程中气缸的伸缩变化，产生对应的模拟量传输至PLC，再经过标准化缩放得出对应的深度值。3）得到深度值后，检测升降气缸上升至原位。4）检测伸缩气缸缩回至原位。任务实施3任务实施一、转盘模块的建模与信号配置在这一子任务中，目标是为转盘模块与其在工业数字孪生实战中需要产生交互的其他各个对象进行MCD建模，包括为涉及上述交互的可动部分（料盒、转盘机构）建立和设置刚体、对象源（以便在需要时模拟放置料盒的工序）、运动副与执行器，为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、一站传输带上表面、转盘机构内侧挡板）建立碰撞体。接着，需要为MCD模型中的转盘模块及其运行相关的其他部件配置必要的信号、信号适配器，并使用运行时表达式、信号适配器公式或仿真序列对上述信号以及机电对象参数实施控制、输入和输出。任务实施（1）转盘模块的建模1）在NXMCD仿真环境中打开“总图_step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反2）为自动供料单元中的料盒及转盘模块中的转盘机构创建刚体，并为料盒刚体创建对象源。注意，在已打开“刚体”对话框时，可在装配导航器中按照装配目录选中需要建立刚体的模型部件，这样一来，所建立的刚体即可自动引用模型部件的名称，便于后续查找索引。任务实施图5-423）为自动供料单元中的料盒创建碰撞体，其中包括从底部承载料盒瓶体的方块类型的碰撞体、包含外侧和内侧表面的多个凸多面体类型的碰撞体、包含内侧拐角曲面和料盒瓶体上边缘的网格类型的碰撞体，如图5-42所示。

在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。任务实施图5-434）为转盘模块中的转盘机构内侧挡板创建碰撞体，如图5-43所示。在此可选择方块或多个凸多面体类型的碰撞体。一站传输带上表面对应的碰撞体可在创建传输面时一同创建。

对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。

任务实施5）为转盘模块中的转盘机构建立铰链副，如图5-44所示。注意，在建模时为确保在运动仿真的细节上与实际设备保持一致，应选择-ZC轴而非ZC轴作为铰链副的指定轴矢量。在设置“指定锚点”时，在“自动判断点”模式下选择机构位于旋转轴上的任一点即可。图5-44任务实施图5-456）为前述步骤中建立的铰链副建立位置控制（可将默认速度设置为一大于零的值）。其中，“角路径选项”可保持默认（即“沿最短路径”）选项不变。7）为转盘模块中的传输带建立传输面，如图5-45所示。在此，要考虑到在实际设备运行过程中，一般会在转盘转过180°后，再使传输带正转，将原本处于传输带起始位置、届时处于传输带末端位置处的料盒传输至智能分拣单元（二站）。因此，在此需要将传输面的指定矢量设置为-YC轴，而非YC轴。

8）学生可根据自身需要，将料盒从初始位置（转盘模块转动角度为0°时，一站传输带的起点处）移动至其他位置。

任务实施（2）转盘模块的信号配置1）创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应转盘模块的各个机电对象参数，创建控制转盘机构正/反转、一站传输带正/反转、各机构复位的控制信号，以及用于实时显示转盘机构正/反转状态、转盘机构实时位置、转盘机构实时速度、一站传输带正/反转状态、一站传输带实时速度的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图5-46所示。图5-46

任务实施2）确认完成转盘模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以在一站传输带上方生成1个料盒瓶体，待其落至传输带上表面。在运行时察看器中，为转盘机构与传输带对应的执行器（位置控制、传输面）各参数赋值，观察并验证转盘模块是否能顺利完成如前所述各流程。随后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述工序，且可随时复位。

在验证过程中，观察并确认用于显示转盘机构正/反转状态、转盘机构实时位置、转盘机构实时速度、一站传输带正/反转状态、一站传输带实时速度的各个信号取值是否正确。任务实施二、深度检测模块的建模与信号配置

在这一子任务中，目标是为深度检测模块与其在工业数字孪生实战中需要产生交互的其他各个对象进行MCD建模，包括为涉及上述交互的可动部分（检测伸缩气缸、检测升降气缸、承载于一站传输带上表面的空料盒瓶体、料芯或已装有料芯的料盒瓶体）建立刚体、对象源（以便在需要时模拟放入物料的工序）、运动副、传感器与执行器，并为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、料芯、深度检测探杆、一站传输带上表面、承载于一站传输带上表面的料盒瓶体）建立碰撞体。此外，还需要为MCD模型配置必要的信号、信号适配器，并使用运行时表达式、信号适配器公式或仿真序列对上述信号以及机电对象参数实施控制、输入和输出。任务实施

（1）深度检测模块的建模1）在NXMCD仿真环境中打开“总图_step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反。另外，在本子任务中，假设一站传输带上表面与承载于其上的空料盒瓶体在上一子任务中已经过必要的MCD建模。任务实施2）为自动供料单元中已装有料芯的料盒瓶体与深度检测模块中的检测伸缩气缸、检测升降气缸创建刚体，并为料盒刚体创建对象源。在为料盒瓶体建模时，可以选择先仔细调整料盒瓶体与料芯之间的相对位置，确保其已正确接触后，将其建为一个刚体，如图5-47所示，也可以选择为其分别建立刚体。在创建对象源时，即使已为料盒瓶体和其中的料芯分别创建了刚体，也建议使用单一对象源，以便同步产生装有料芯的料盒瓶体。注意，在已打开“刚体”对话框时，可在装配导航器中按照装配目录选中需要建立刚体的模型部件，这样一来，所建立的刚体即可自动引用模型部件的名称，便于后续查找、索引。图5-47任务实施3）为自动供料单元中已装有料芯的料盒瓶体创建碰撞体。如果在上一步中选择将料盒瓶体与料芯建为一个刚体，则在此只需要将其考虑为一个整体为其创建多个凸多面体类型的碰撞体，对应料盒瓶体外表面与料芯上表面，如图5-48所示。对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图5-48任务实施4）为深度检测模块中的深度检测探杆外表面创建圆柱体类型的碰撞体，如图5-49所示，或为探杆底面创建凸多面体类型的碰撞体，如图5-50所示。在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图5-49图5-50任务实施5）为深度检测模块中的检测升降气缸、检测伸缩气缸建立滑动副，如图5-51、图5-52所示。在此，可以不设置滑动副运动的上下限，只需要在后续进行控制时注意限定向对应执行器传递的参数即可。其中，由于检测伸缩气缸跟随检测升降气缸运动，需要为前者对应的滑动副选择后者作为基本体。图5-51图5-52任务实施6）为前述步骤中建立的滑动副建立位置控制（可将默认速度设置为一大于零的值）。7）按照设备实际布局，在深度检测模块检测伸缩气缸的深度检测探杆处创建碰撞传感器，如图5-53所示，以检测探杆（底面）是否接触到了待测物料，并通过记录此时的机电对象位置参数换算出待测高度。图5-53任务实施

或者，为实现深度检测功能，也可在深度检测模块检测伸缩气缸的深度检测探杆处创建距离传感器，如图5-54所示，以检测探杆底面与待测物料的距离（当距离极小、接近于零时即可认为检测探杆底面与待测物料接触），并通过记录此时的机电对象位置参数换算出待测高度。图5-54任务实施

（2）深度检测模块的信号配置1)创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应深度检测模块的各个机电对象参数，创建控制检测伸缩气缸推出/缩回、检测升降气缸上升/下降、各气缸复位的控制信号，以及用于实时显示各气缸原位/到位状态、模块是否处于测高状态、检测升降气缸下探深度的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图5-55所示。图5-55任务实施2）确认完成深度检测模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以在一站传输带上方生成1个空料盒瓶体，待其落至传输带上表面。在运行时察看器中，为检测伸缩气缸与检测升降气缸对应的执行器（位置控制）各参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成如前所述各流程。随后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述工序，且可随时复位。将以上流程中所用空料盒瓶体换为已装有料芯的料盒瓶体，并进行验证，比较前后验证结果。在以上验证过程中，观察并确认用于显示各气缸原位/到位状态、模块是否处于测高状态、检测升降气缸下探深度的各个信号取值是否正确。任务评价与拓展4任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1转盘模块的建模能在一站传输带上方生成料盒瓶体，且料盒瓶体能与模块中各碰撞体正确交互30能在运行时察看器中，控制转盘机构正/反转与复位能在运行时察看器中，控制一站传输带正/反转2转盘模块的信号配置能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示转盘机构的正/反转状态与实时位置20能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示一站传输带的正/反转状态与实时速度任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分3深度检测模块的建模能在运行时察看器中，控制检测升降气缸上升/下降与复位30能在运行时察看器中，控制检测伸缩气缸伸出/缩回与复位能控制模块中的各机构反复顺利完成深度检测流程（在此不要求给出深度检测结果，不对深度检测结果评价）深度检测机构能在深度检测过程中与待测物料正确交互任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分4深度检测模块的信号配置能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示各气