徐海威

（福建星云電子股份有限公司，福建 福州 350015）

循環(huán)式定位機(jī)構(gòu)沒(méi)有常規(guī)移載機(jī)構(gòu)的回程時(shí)間，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化集成應(yīng)用中屬于一種較常用的結(jié)構(gòu)，一般采用分割器、伺服旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、環(huán)形滑軌等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，由于鏈傳動(dòng)的自身特性，常使用于低速、重載、工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，有定位精度需求的場(chǎng)合較少采用鏈結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)，但是，旋轉(zhuǎn)類循環(huán)定位機(jī)構(gòu)在某些場(chǎng)合并不適用，且環(huán)形滑軌相對(duì)成本較高占用的空間也較大，在結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合也不適用，因此，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一套采用對(duì)射傳感器對(duì)隨鏈工裝進(jìn)行自定位方式的多位鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不加裝外部二次定位機(jī)構(gòu)、定位精度：?jiǎn)喂の弧?.12mm,多工位±0.21mm，基本可滿足多工位一般精度定位場(chǎng)合的使用要求，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低的優(yōu)勢(shì)。

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

如圖1，該鏈?zhǔn)蕉ㄎ粰C(jī)構(gòu)共由進(jìn)/出料工位、掃碼工位、預(yù)留工位、工作位一、工作位二，共六個(gè)工位組成，要求定位精度＜±0.25mm，工位移動(dòng)時(shí)間＜1.5s,采用隨鏈的定位機(jī)構(gòu)對(duì)電木治具進(jìn)行定位，通過(guò)治具與外部輸送線形成循環(huán)，一個(gè)工作循環(huán)＜3S，理論產(chǎn)能＞1200Pcs/h。

圖1

定位原理及相關(guān)參數(shù)計(jì)算具體如下。

隨鏈定位機(jī)構(gòu)與鏈條固定，隨鏈條循環(huán)運(yùn)動(dòng)。左側(cè)定位條采用金屬材質(zhì)，右側(cè)浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)采用非金屬材質(zhì)且高度低于左側(cè)的固定定位機(jī)構(gòu)。定位接近傳感器采用金屬檢測(cè)型接近傳感器，由于治具、右側(cè)浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)均為非金屬材質(zhì)，可保證在定位過(guò)程中檢測(cè)到的必定是定位條。當(dāng)定位接近傳感器檢測(cè)到金屬定位條時(shí)，定位對(duì)射傳感器的位置設(shè)定于兩個(gè)電木具之間，因浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的高度低于定位條，當(dāng)鏈條繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，定位對(duì)射傳感器必然是被定位條遮擋，此模式下可有效保證定位精度。根據(jù)驗(yàn)證，采用越低的速度遮擋對(duì)射傳感器并停止鏈輪可以獲得越高的精度，在該應(yīng)用中，一個(gè)隨鏈定位機(jī)構(gòu)的跨距為203mm,如全程采用低速定位則無(wú)法達(dá)到工位移動(dòng)時(shí)間＜1.5s的需求，因此，定位邏輯采用先高速運(yùn)行，當(dāng)定位接近傳感器檢測(cè)到定位條時(shí)，切換至低速，以低速運(yùn)動(dòng)對(duì)射傳感進(jìn)行遮擋并停止，以獲取較少的運(yùn)行時(shí)間和較高的定位精度（見(jiàn)圖3）。此處需保證低速段必須以勻速運(yùn)動(dòng)遮擋對(duì)射定位傳感器，如在高速的減速階段遮擋對(duì)射定位傳感器，會(huì)導(dǎo)致定位停止的位置不確定，影響定位精度（見(jiàn)圖4）。為避免以上情況，可通過(guò)加速度公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

圖3

圖4

S：當(dāng)定位條被接近傳感器感應(yīng)時(shí)定位條與定位對(duì)射傳感器的位置（圖3、圖4）=25～37mm。

如前述，為避免出現(xiàn)圖四的情況，需保證高速時(shí)的減速階段移動(dòng)的距離＜S（25～37mm）,取最小值25mm并預(yù)留安全距離5mm,即只要保證高速運(yùn)行時(shí)減速階段運(yùn)行的距離S加＜20mm，則必定不會(huì)出現(xiàn)圖四的定位不良現(xiàn)象。

則V勻=20mm/t加×2，由于加/減速時(shí)間設(shè)定過(guò)小（即極短的時(shí)間內(nèi)要從零速度增加至最高速）會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，一般取0.1～0.3s,由于此處有工位移動(dòng)時(shí)間＜1.5s的需求，且設(shè)備采用鋼結(jié)構(gòu)框架具有較大的穩(wěn)定性，因此，采用0.1s的加速時(shí)間，代入

后可得到V勻= 20mm/0.1s×2=400mm/s。

勻速階段移動(dòng)的距離S勻=S總-S加-S定

S總：定位機(jī)構(gòu)的跨距=203mm

S加：加速階段移動(dòng)的距離=V勻×t加/2=20mm

S定：當(dāng)定位條被接近傳感器感應(yīng)時(shí)，定位機(jī)構(gòu)還需要移動(dòng)的距離≈48～60mm。

此處S定取最小值，以假定勻速時(shí)運(yùn)行最長(zhǎng)的移動(dòng)距離則S勻=S總-S加-S定=203-20-48=135mm，可計(jì)算勻速階段移動(dòng)的時(shí)間=135/400=0.3375s≈0.34s，所以一個(gè)高速運(yùn)行階段從加速-勻速-減速移動(dòng)的時(shí)間總和：T高=0.1+0.34+0.1=0.54s。

低速階段移動(dòng)的距離S低=S定-S減

S減：當(dāng)定位條被接近傳感器感應(yīng)時(shí)，高速運(yùn)行將進(jìn)行減速，此過(guò)程移動(dòng)的距離=V勻×t減/2=20mm，則S低=S定-S減=（48～60)-20=40mm

此處S定取最大值，以假定低速時(shí)運(yùn)行最長(zhǎng)的移動(dòng)距離。

根據(jù)需求工位移動(dòng)時(shí)間＜1.5s，T低=1.5-T高=1.5-0.54=0.96s

則V勻低=S低/t勻=S低/(T低-t減)=40/(0.96-0.1)≈46.5mm/s，因此電氣編程控制時(shí)，設(shè)定加/減速時(shí)間為0.1s,高速速度400mm/s,低速速度50mm/s，既可滿足工位移動(dòng)時(shí)間＜1.5s，又實(shí)現(xiàn)了低速的定位以保證精度。

2 機(jī)構(gòu)安全防護(hù)及機(jī)構(gòu)復(fù)位邏輯

機(jī)構(gòu)在緊急停止、人工操作等各種可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)初始位置不正確的情況，如機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)后不能回到正確工作位置，會(huì)導(dǎo)致治具或產(chǎn)品卷入料輪機(jī)構(gòu)下方造成產(chǎn)品損壞或者機(jī)構(gòu)損壞，因此，制定一套復(fù)位邏輯，以保證機(jī)構(gòu)不論處于任何位置下，均可回到正確的工作位。

如圖2，機(jī)構(gòu)頭尾均設(shè)有機(jī)械限位，可保證在調(diào)試等人為移動(dòng)鏈條時(shí)，治具無(wú)法掉入鏈輪下方。同時(shí)，頭尾各設(shè)定兩套安全傳感器作為軟限位、軟極限限位，軟極限限位用于防止軟限位失效。一般情況下，軟極限限位不會(huì)觸發(fā)，當(dāng)軟極限限位被觸發(fā)時(shí)（非人工干預(yù)的情況），就需要確認(rèn)軟限位傳感是否失效。

圖2

機(jī)構(gòu)復(fù)位邏輯流程，如圖5所示。

圖5

2.1 低速反轉(zhuǎn)

判斷條件一：反轉(zhuǎn)安全極限判斷。

（1）反轉(zhuǎn)極限被觸發(fā)，報(bào)警。如在復(fù)位前沒(méi)有人工對(duì)機(jī)構(gòu)位置進(jìn)行改變，需確認(rèn)反轉(zhuǎn)限位的傳感器是否失效。

（2）反轉(zhuǎn)極限被觸發(fā)，報(bào)警。如在復(fù)位前有人工對(duì)機(jī)構(gòu)位置進(jìn)行改變，人工將機(jī)構(gòu)位置移動(dòng)至正確位置。

判斷條件二：反轉(zhuǎn)限位判斷。

（3）反轉(zhuǎn)限位被觸發(fā)，執(zhí)行低速正轉(zhuǎn)動(dòng)作。反轉(zhuǎn)限位由接近型傳感器+對(duì)射型傳感器組合而成，接近傳感器的位置用于檢測(cè)隨鏈定位機(jī)構(gòu)的定位條，對(duì)射傳感器用于檢測(cè)電木治具，接近傳感器的位置設(shè)定可保證當(dāng)定位條被檢測(cè)時(shí)，機(jī)構(gòu)所處的位置，必然可以執(zhí)行正轉(zhuǎn)定位工作。對(duì)射傳感器檢測(cè)電木治具可作為防止治具掉入機(jī)構(gòu)下方的第一層安全防護(hù)。

（4）反轉(zhuǎn)限位未被觸發(fā)且機(jī)構(gòu)移動(dòng)2個(gè)工作位，報(bào)警需確認(rèn)反轉(zhuǎn)限位的傳感器是否失效。此故障與判定條件一中a項(xiàng)目相同，是為了避免反轉(zhuǎn)限位的傳感器失效且所有工位都沒(méi)有治具的情況下，觸發(fā)不了反轉(zhuǎn)極限，機(jī)構(gòu)將進(jìn)入反轉(zhuǎn)死循環(huán)。

2.2 低速正轉(zhuǎn)

判斷條件一：正轉(zhuǎn)安全極限判斷（判定條件同反轉(zhuǎn)安全極限判斷）。

判斷條件二：正轉(zhuǎn)限位判斷。

（1）正轉(zhuǎn)限位被觸發(fā)，報(bào)警:正轉(zhuǎn)限位由接近型傳感器+對(duì)射型傳感器組合而成，檢測(cè)原理同反轉(zhuǎn)限位，如圖1、圖6，鏈輪上方共用8個(gè)工位，其中工作位6個(gè)（進(jìn)料工位、掃碼工位、緩沖工位、工作位一、工作位二、出料位），緩沖位二個(gè)（機(jī)構(gòu)頭尾各一個(gè)），復(fù)位時(shí)機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，當(dāng)滿足正轉(zhuǎn)條件時(shí)，此處工位上必然無(wú)電木治具，因此不可能出現(xiàn)定位條和電木治具同時(shí)檢測(cè)到的情況，除非有人為因素改變了機(jī)構(gòu)上的治具數(shù)量或者位置，如觸發(fā)該判定則需要人工進(jìn)行確認(rèn)，并排除錯(cuò)誤位置的治具。

（2）正轉(zhuǎn)限位未被觸發(fā)，繼續(xù)執(zhí)行低速正轉(zhuǎn)動(dòng)作

判斷條件三：定位接近點(diǎn)判定。

（3）定位接近未被觸發(fā)，繼續(xù)執(zhí)行正轉(zhuǎn)。

（4）定接近觸發(fā)，繼續(xù)執(zhí)行正轉(zhuǎn)，尋找定位點(diǎn)判斷條件四：定位接近點(diǎn)判定。

（5）定位點(diǎn)未被觸發(fā)，繼續(xù)執(zhí)行正轉(zhuǎn)（在此過(guò)程中同步進(jìn)行一、二、三的判定條件）。

（6）定位點(diǎn)被觸發(fā)，執(zhí)行正轉(zhuǎn)定位。

（7）執(zhí)行正轉(zhuǎn)定位邏輯，移動(dòng)指定距離并停止。

（8）復(fù)位流程結(jié)束。

以上過(guò)程中，所有判定條件均是同步實(shí)時(shí)執(zhí)行，當(dāng)任一條件滿足，即執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。如上，編制一套完整的復(fù)位流程，并在正確的位置設(shè)定傳感器，可保證機(jī)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下的任何異常停止，人工調(diào)試狀態(tài)下的任何異常干預(yù)均可恢復(fù)至正常位置或提示性報(bào)警，有效保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行和產(chǎn)品安全（人員安全由外部防護(hù)框架及門禁等相關(guān)安全措施組成，不在此處贅述）。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及精度校驗(yàn)

（1）單工位精度校驗(yàn)。采用一個(gè)百分表放置于外部的移載機(jī)構(gòu)上，外部移載機(jī)構(gòu)可沿定位條方向移動(dòng)，依照二章節(jié)的定位原理對(duì)鏈輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位，每定位一次對(duì)定位條進(jìn)行一次檢測(cè)并記錄百分表數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)3000次，按讀取的最大值和最小值，作為定位誤差，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果定位精度＜±0.12mm。

（2）多工位等分調(diào)整。先使用游標(biāo)卡尺按圖紙理論尺寸測(cè)量并調(diào)整兩個(gè)相鄰工位的定位條間距，測(cè)量最后一個(gè)位置的間距，并按理論尺寸與最后一個(gè)位置的間距差值除以工位數(shù)量，得出每個(gè)工位需要修正的距離。接著采用兩個(gè)百分表放置于外部的移載機(jī)構(gòu)上，同時(shí)，對(duì)兩個(gè)相鄰工位的定位條進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)修正距離，依次調(diào)整每個(gè)相鄰的定位條的相對(duì)間距，調(diào)整至最后一個(gè)工位時(shí)，確認(rèn)最后一個(gè)工位與的相對(duì)間距，再按以上流程進(jìn)行二次調(diào)整，調(diào)整后誤差＜±0.025mm。

（3）多工位精度校驗(yàn)。按單工位精度校驗(yàn)方式，同時(shí)采用兩個(gè)百分表對(duì)相鄰工位的定位條進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)3000次，按兩個(gè)百分表讀取的最大值和最小值，作為定位誤差，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果定位精度＜±0.21mm，滿足＜±0.25mmd的定位精度需求。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的最好依據(jù)，該機(jī)構(gòu)運(yùn)行參數(shù)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行多年，均未出現(xiàn)定位失敗及精度不足問(wèn)題，實(shí)際產(chǎn)能1210～1250pcs/h，完全滿足設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需求。由于工況屬于輕載中速，除底板鏈條托襯(POM材質(zhì))有輕微磨損，未見(jiàn)其他機(jī)械問(wèn)題，工作穩(wěn)定可靠。因此，在不適合使用環(huán)形滑軌、分割器，且精度要求不高、結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合還是很具有優(yōu)勢(shì)。