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        套筒滾子鏈零件缺損的自動(dòng)檢測(cè)裝置

        2015-11-17 03:49:18朱占軍伯潔邢丁耒
        橡塑技術(shù)與裝備 2015年23期
        關(guān)鍵詞:銷軸自動(dòng)檢測(cè)滾子

        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.

        [6] 張靖,何漢朝,黃藝?yán)? 滾子鏈高度的自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)化。

        2015-10-26

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