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檢測裝置

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檢測裝置。這套檢測裝置采用八對光電傳感器來檢測零件檢測缺損，三對光電傳感器用來檢測銷軸高度缺損情況，三對光電傳感器用來檢測套筒、滾子的缺損情況，另外兩對光電傳感器用來檢測內(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，效率高、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了檢測過程的自動化。

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

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、拉拽等功能要求，在鏈傳動中最為常用，其需求和生產(chǎn)量越來越大。

目前，套筒滾子鏈的零件缺損檢測設(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，檢測速度較低，可靠性不夠高。實(shí)際應(yīng)用的這類設(shè)備雖然原理簡單，經(jīng)濟(jì)有效，但需要人工硅膠打點(diǎn)，而且存在測點(diǎn)多、測線長、設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量頭磨損快、自動化程度低等問題，嚴(yán)重影響檢測精度和使用壽命。為此，我們基于光電傳感器的光電信號轉(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檢測裝置。

1 系統(tǒng)的原理組成

自動檢測裝置由八對光電傳感器、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)動主動鏈輪傳動，帶有阻尼的從動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滾子鏈條，在主動鏈輪的牽引下作快速移動，理論上鏈條具有無限長度。鏈條經(jīng)過光電傳感器時(shí)，產(chǎn)生遮光，形成光電信號的轉(zhuǎn)換。

1.1 銷軸高度的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當(dāng)選取采樣步長，檢測數(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)檢測到銷軸存在缺損時(shí)，PLC發(fā)出減速指令，控制步進(jìn)電動機(jī)，使鏈條移動速度減慢。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)電動機(jī)，繼續(xù)檢測。

1.2 套筒缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當(dāng)選取采樣步長，檢測數(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，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)電動機(jī)，使鏈條移動速度減慢。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)電動機(jī)，繼續(xù)檢測。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.3 滾子缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當(dāng)選取采樣步長，檢測數(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)電動機(jī)，使鏈條移動速度減慢。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)電動機(jī)，繼續(xù)檢測。

1.4 內(nèi)外鏈板缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當(dāng)選取采樣步長，檢測數(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)電動機(jī)，使鏈條移動速度減慢。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)電動機(jī)，繼續(xù)檢測。

2 裝置的設(shè)計(jì)概述

2.1 自制檢測裝置的設(shè)計(jì)

（1）八對光電傳感器（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：XC3-24T-E；

（3）兩對三個(gè)光電傳感器用的厚鋁板支架，兩對單光電傳感器用的鋁材支架，都具有可移動和轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)功能；

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

（5）臺面、支撐心軸、驅(qū)動搖柄；

（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 自制檢測裝置

2.2 八對傳感器分組

三對光電傳感器，用來檢測銷軸高度缺損情況。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。

三對光電傳感器，用來檢測套筒、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。

一對光電傳感器，用來檢測上內(nèi)鏈板和上外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉(zhuǎn)動的鋁材支架上，使其對上部內(nèi)外鏈板都能檢測得到。

一對光電傳感器，用來檢測下內(nèi)鏈板和下外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉(zhuǎn)動的鋁材支架上，使其對下部內(nèi)外鏈板都能檢測得到。

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I/O通信口接收傳感器輸入的信號并存儲于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)動作是否正確。并且還設(shè)置了I/O對應(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化檢測控制這個(gè)PLC自動任務(wù)過程。

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)采集速率來計(jì)算取樣步長。

設(shè)鏈條移動速度V為常量，PLC采集速率為N，鏈條節(jié)距為L。以滾子檢測為例（設(shè)滾子直徑為Φ），在檢測時(shí)，當(dāng)任意一對光電傳感器遮光時(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、鏈片檢測方式與滾子檢測方式相類似。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

我們所設(shè)計(jì)制作的自動檢測裝置設(shè)備體小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，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。通過多次調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，我們所設(shè)計(jì)制作的自動檢測裝置已經(jīng)能夠準(zhǔn)確的測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

隨著科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步，我們的生活越來越離不開機(jī)械化的設(shè)備和產(chǎn)品，而很多機(jī)械設(shè)備都是通過鏈條進(jìn)行傳動的?，F(xiàn)代社會鏈條的制造已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，但鏈條的檢測還局限于機(jī)械式的檢測，我們所研制的套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測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，能夠大幅度提高工作效率。光電傳感器與PLC的結(jié)合，將提高裝置的檢測能力與自動化程度，大大節(jié)省人力。同時(shí)，采用光電傳感器技術(shù)，直接避免了檢測儀器與套筒滾子鏈的接觸，延長了儀器使用壽命，增強(qiáng)了儀器檢測質(zhì)量，加快了檢測速度，使經(jīng)濟(jì)效益與社會效益最大化。

［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. 檢測滾子鏈內(nèi)外鏈片缺失的自動裝置［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檢測裝置［N］. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

［6］ 張靖，何漢朝，黃藝?yán)? 滾子鏈高度的自動檢測裝置［N］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（27）.

（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)制造及自動化。

2015-10-26