朱占軍，伯潔，邢丁耒

（蘇州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)檢測(cè)裝置

Automatic detection device for sleeve roller chain parts defects

朱占軍，伯潔，邢丁耒

（蘇州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

基于光電傳感器的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，結(jié)合PLC的集成控制，設(shè)計(jì)了一套套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)檢測(cè)裝置。這套檢測(cè)裝置采用八對(duì)光電傳感器來(lái)檢測(cè)零件檢測(cè)缺損，三對(duì)光電傳感器用來(lái)檢測(cè)銷軸高度缺損情況，三對(duì)光電傳感器用來(lái)檢測(cè)套筒、滾子的缺損情況，另外兩對(duì)光電傳感器用來(lái)檢測(cè)內(nèi)外鏈片的缺損情況。傳感器的感應(yīng)信息傳輸?shù)絇LC，以綜合判斷并控制鏈條的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)減速，適時(shí)在缺失零件處作出標(biāo)記。該裝置可完全代替人工檢測(cè)，效率高、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化；套筒滾子鏈；自動(dòng)檢測(cè)裝置；零件缺損檢測(cè)

鏈條是一種剛性構(gòu)件組成撓性系統(tǒng)的多用途機(jī)械基礎(chǔ)件，主要滿足于傳動(dòng)、拉拽等功能要求，在鏈傳動(dòng)中最為常用，其需求和生產(chǎn)量越來(lái)越大。

目前，套筒滾子鏈的零件缺損檢測(cè)設(shè)備，多數(shù)采用杠桿機(jī)構(gòu)傳遞原理、有的結(jié)合PLC集成控制。采用各零件單項(xiàng)機(jī)械接觸式檢測(cè)，檢測(cè)速度較低，可靠性不夠高。實(shí)際應(yīng)用的這類設(shè)備雖然原理簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)有效，但需要人工硅膠打點(diǎn)，而且存在測(cè)點(diǎn)多、測(cè)線長(zhǎng)、設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量頭磨損快、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響檢測(cè)精度和使用壽命。為此，我們基于光電傳感器的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，結(jié)合PLC的集成控制，設(shè)計(jì)了一套套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)檢測(cè)裝置。

1 系統(tǒng)的原理組成

自動(dòng)檢測(cè)裝置由八對(duì)光電傳感器、鋁材支架、鏈輪張緊調(diào)節(jié)裝置、PLC等組成。其系統(tǒng)組成原理，如圖1所示。

受控的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪傳動(dòng)，帶有阻尼的從動(dòng)鏈輪兼做鏈條的張緊裝置。纏繞在三鏈輪上并與其輪齒相嚙合的被檢測(cè)滾子鏈條，在主動(dòng)鏈輪的牽引下作快速移動(dòng)，理論上鏈條具有無(wú)限長(zhǎng)度。鏈條經(jīng)過(guò)光電傳感器時(shí)，產(chǎn)生遮光，形成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

1.1 銷軸高度的檢測(cè)

根據(jù)套筒滾子鏈傳動(dòng)速度，適當(dāng)選取采樣步長(zhǎng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時(shí)進(jìn)行邏輯判斷。當(dāng)其中一組所顯示結(jié)果為光電傳感器全部遮光時(shí)，且持續(xù)遮光，即判定銷軸高度正常。否則判定銷軸高度不符合標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)檢測(cè)到銷軸存在缺損時(shí)，PLC發(fā)出減速指令，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使鏈條移動(dòng)速度減慢。同時(shí)，給標(biāo)記機(jī)構(gòu)發(fā)出標(biāo)記指令，使其在銷軸缺損處噴涂標(biāo)記，以便后道工序識(shí)別和處理。PLC同時(shí)將不合格信息及缺損類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，繼續(xù)檢測(cè)。

1.2 套筒缺損的檢測(cè)

根據(jù)套筒滾子鏈傳動(dòng)速度，適當(dāng)選取采樣步長(zhǎng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時(shí)進(jìn)行邏輯判斷。若套筒缺失，則鏈節(jié)必然加長(zhǎng)，滾子與滾子之間的距離增大，當(dāng)兩組光電傳感器遮光，另外一組光電傳感器未遮光，則判定套筒缺失，PLC發(fā)出減速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使鏈條移動(dòng)速度減慢。同時(shí)，給標(biāo)記機(jī)構(gòu)發(fā)出標(biāo)記指令，使其在套筒缺損處噴涂標(biāo)記，以便后道工序識(shí)別和處理。PLC還將同時(shí)將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，繼續(xù)檢測(cè)。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.3 滾子缺損的檢測(cè)

根據(jù)套筒滾子鏈傳動(dòng)速度，適當(dāng)選取采樣步長(zhǎng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時(shí)進(jìn)行邏輯判斷。若滾子缺失，缺失滾子的套筒與相鄰滾子之間的間距增大，當(dāng)兩組光電傳感器遮光，另外一組光電傳感器未遮光，則判定滾子缺失，PLC發(fā)出減速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使鏈條移動(dòng)速度減慢。同時(shí)，給標(biāo)記機(jī)構(gòu)發(fā)出標(biāo)記指令，使其在滾子缺損處噴涂標(biāo)記，以便后道工序識(shí)別和處理。PLC還將同時(shí)將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，繼續(xù)檢測(cè)。

1.4 內(nèi)外鏈板缺損的檢測(cè)

根據(jù)套筒滾子鏈傳動(dòng)速度，適當(dāng)選取采樣步長(zhǎng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)存于PLC寄存器中，適時(shí)進(jìn)行邏輯判斷。當(dāng)光電傳感器未遮光時(shí)即判定鏈片缺損，PLC發(fā)出減速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使鏈條移動(dòng)速度減慢。同時(shí)，給標(biāo)記機(jī)構(gòu)發(fā)出標(biāo)記指令，使其在鏈片缺損處噴涂標(biāo)記，以便后道工序識(shí)別和處理。PLC還將同時(shí)將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，繼續(xù)檢測(cè)。

2 裝置的設(shè)計(jì)概述

2.1 自制檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

（1）八對(duì)光電傳感器（帶微小透孔的鋁帽，使發(fā)射光線細(xì)化）；

（2）可編程控制器（PLC），型號(hào)：XC3-24T-E；

（3）兩對(duì)三個(gè)光電傳感器用的厚鋁板支架，兩對(duì)單光電傳感器用的鋁材支架，都具有可移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)節(jié)功能；

（4）3個(gè)鏈輪：1個(gè)主動(dòng)輪、1個(gè)從動(dòng)輪、1個(gè)張緊輪；

（5）臺(tái)面、支撐心軸、驅(qū)動(dòng)搖柄；

（6）開關(guān)電源、故障指示燈、蜂鳴器；

（7）鏈條張緊調(diào)節(jié)裝置。

如圖2所示。

圖2 自制檢測(cè)裝置

2.2 八對(duì)傳感器分組

三對(duì)光電傳感器，用來(lái)檢測(cè)銷軸高度缺損情況。分別安裝在厚鋁板支架上，使發(fā)射端與接收端的高度，皆與銷軸最高處平齊。

三對(duì)光電傳感器，用來(lái)檢測(cè)套筒、滾子的缺失情況。分別安裝在厚鋁板支架上，使發(fā)射端與接收端高度皆處于滾子的中部位置。

一對(duì)光電傳感器，用來(lái)檢測(cè)上內(nèi)鏈板和上外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁材支架上，使其對(duì)上部?jī)?nèi)外鏈板都能檢測(cè)得到。

一對(duì)光電傳感器，用來(lái)檢測(cè)下內(nèi)鏈板和下外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁材支架上，使其對(duì)下部?jī)?nèi)外鏈板都能檢測(cè)得到。

2.3 可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)方案概述

2.3.1 硬件連接概述

PLC輸入端子X0至X7分別連接傳感器的發(fā)射端和接收端，通過(guò)I/O通信口接收傳感器輸入的信號(hào)并存儲(chǔ)于PCL寄存器中，適時(shí)進(jìn)行邏輯判斷。同時(shí)PLC輸入子端L、N連接電源為其供電。PLC輸出端Y1至Y4分別連接蜂鳴器、故障指示燈，24 V、COM端子可以作為傳感器用供給電源400 mA/DC24 V使用。

2.3.2 PLC程序?qū)崿F(xiàn)

利用圖1系統(tǒng)原理圖編寫PLC的T形圖程序，在新建立的工程上編寫T形圖。在完成系統(tǒng)程序的編寫后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試修改程序。檢查邏輯及語(yǔ)法進(jìn)行程序查錯(cuò)，在局部插入END，分段調(diào)試程序，整體運(yùn)行調(diào)試。在監(jiān)視方式下，監(jiān)視一下控制程序的每個(gè)動(dòng)作是否正確。并且還設(shè)置了I/O對(duì)應(yīng)表，最終將編寫完成的系統(tǒng)程序輸入PLC中運(yùn)行。有效地實(shí)現(xiàn)了套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)化檢測(cè)控制這個(gè)PLC自動(dòng)任務(wù)過(guò)程。

PLC中數(shù)據(jù)取樣時(shí)，按照鏈條傳輸速率、光電傳感器閃爍頻率以及PLC數(shù)據(jù)采集速率來(lái)計(jì)算取樣步長(zhǎng)。

設(shè)鏈條移動(dòng)速度V為常量，PLC采集速率為N，鏈條節(jié)距為L(zhǎng)。以滾子檢測(cè)為例（設(shè)滾子直徑為Φ），在檢測(cè)時(shí)，當(dāng)任意一對(duì)光電傳感器遮光時(shí)，PLC開始記錄有效數(shù)據(jù)，之后每隔0.1 mm再取一組數(shù)據(jù)（分別為第共計(jì)取5組數(shù)據(jù)。節(jié)距所允許的公差范圍為0.2 mm，所以當(dāng)?shù)谌虻谒慕M數(shù)據(jù)顯示為三對(duì)傳感器都遮光時(shí)，并且之后持續(xù)遮光，即判定滾子未缺損。最后插入延時(shí)語(yǔ)句，其計(jì)數(shù)時(shí)間并以此為一個(gè)循環(huán)。銷軸、套筒、鏈片檢測(cè)方式與滾子檢測(cè)方式相類似。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

我們所設(shè)計(jì)制作的自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)備體小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將其復(fù)雜的性能要求內(nèi)涵，轉(zhuǎn)移到電信息的采集和PLC數(shù)據(jù)處理的編程中。通過(guò)多次調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，我們所設(shè)計(jì)制作的自動(dòng)檢測(cè)裝置已經(jīng)能夠準(zhǔn)確的測(cè)出套筒滾子鏈上可能出現(xiàn)的零件缺損各種情況，達(dá)到了預(yù)期的目的，取得了良好的實(shí)驗(yàn)成果。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，我們的生活越來(lái)越離不開機(jī)械化的設(shè)備和產(chǎn)品，而很多機(jī)械設(shè)備都是通過(guò)鏈條進(jìn)行傳動(dòng)的。現(xiàn)代社會(huì)鏈條的制造已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，但鏈條的檢測(cè)還局限于機(jī)械式的檢測(cè)，我們所研制的套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)檢測(cè)裝置采用光電傳感器與PLC結(jié)合，大大減少了漏檢、誤檢。

該裝置不受杠桿位移滯后的影響，適合快速檢測(cè)，能夠大幅度提高工作效率。光電傳感器與PLC的結(jié)合，將提高裝置的檢測(cè)能力與自動(dòng)化程度，大大節(jié)省人力。同時(shí)，采用光電傳感器技術(shù)，直接避免了檢測(cè)儀器與套筒滾子鏈的接觸，延長(zhǎng)了儀器使用壽命，增強(qiáng)了儀器檢測(cè)質(zhì)量，加快了檢測(cè)速度，使經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益最大化。

［1］ 濮良貴，紀(jì)明剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)［M］. 北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 張雋雋. 光學(xué)識(shí)別鏈條套筒定向裝配的研究［D］. 吉林：吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，2007:1～71.

［3］ 張麗珂. PCL基礎(chǔ)教程［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［4］ 劉少東，何漢朝，王添江. 檢測(cè)滾子鏈內(nèi)外鏈片缺失的自動(dòng)裝置［N］. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

［5］ 黃藝?yán)伲螡h朝，張靖. 滾子鏈套筒滾子缺失的自動(dòng)檢測(cè)裝置［N］. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

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（R-01）

TP272

1009-797X（2015）23-0067-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.017

朱占軍（1995-），男，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。

2015-10-26