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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 1 1 了解所測(cè)零件的結(jié)構(gòu)特征 1 2 熟悉和掌握目標(biāo)零件各待測(cè)尺寸的測(cè)量原理和方法 1 3 根據(jù)選定的測(cè)量方法和原理 設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制系統(tǒng) 包括氣 液路控制 電 路控制等 1 4 編制原理圖 控制邏輯圖 選定控制設(shè)備 編輯控制程序 1 5 要求 系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行 工作可靠 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作內(nèi)容 2 1 確定零件尺寸測(cè)量采用的基本原理和方法 2 2 完成控制系統(tǒng)的整體搭建 選定控制方法 元件 2 3 完成控制系統(tǒng)原理圖的繪制 2 4 完成控制程序的編制 2 5 完成程序的驗(yàn)證 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 3 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求 3 1 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告和說明書各一份 3 2 提供氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖和布局圖 3 3 所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制原理圖 3 4 提交相關(guān)內(nèi)容的外文翻譯一份 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2016 年 2 月 28 日 3 月 26 日 3 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 15 日 資料收集 方案設(shè)計(jì) 開題報(bào)告撰寫 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫 資料整理 打印 論文提交 評(píng)閱 答辯 學(xué)生所在系審查意見 同意下發(fā)任務(wù)書 系主任 2016 年 3 月 22 日 1 譯文 激光測(cè)徑儀的發(fā)展 Daisuke Knono 測(cè)徑儀大至分激光掃描測(cè)徑儀 CCD 投影測(cè)徑儀 激光衍射測(cè)徑儀 其中前 兩者都屬光學(xué)的幾何原理 后者為利用光學(xué)的波動(dòng)原理 CCD 投影測(cè)量徑儀 由于電機(jī)速度畢竟有限 而且掃描的平行光帶不太容易 保證 再加上現(xiàn)在平行光管與 CCD 的技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在很多企業(yè)開始采用 CCD 成像法測(cè)量直徑 在國(guó)內(nèi)以上海歐勒在這方面做得較早 其光源采用波長(zhǎng)較長(zhǎng) 的紅外光 抗干擾較強(qiáng) 由于少了許多機(jī)械件 所以設(shè)備較穩(wěn)定可靠 但 CCD 成像受相素的制約 在精度上不太容易拓展 特別是大直徑的物體測(cè)量 但又 不能太細(xì) 太細(xì)會(huì)有掃描測(cè)徑儀相同的問題 激光衍射測(cè)徑儀 利用衍射原理測(cè)量細(xì)線的直徑 此技術(shù)與前兩項(xiàng)剛好相 反 只適用于測(cè)小直徑的細(xì)絲 而且越細(xì)越好 因?yàn)榇思夹g(shù)是利用衍射原理 理論只有當(dāng)波長(zhǎng)與被測(cè)物相近或大于被測(cè)長(zhǎng)物時(shí)衍射最明顯 據(jù)網(wǎng)上查詢 目 前輝煌在這方面處于領(lǐng)先地位 其產(chǎn)品在測(cè)量 5um 到 300um 的細(xì)絲是沒問題的 根據(jù)其廣告宣傳最大可以測(cè)量到 500um 其精度由于限于標(biāo)準(zhǔn)樣件和測(cè)試環(huán)境 的影響 現(xiàn)在只有 0 2um 左右 但其重復(fù)精度相當(dāng)高 這是細(xì)絲測(cè)徑儀的一個(gè) 發(fā)展方向 在大直徑測(cè)量方面 據(jù)廣告資料顯示 現(xiàn)在市場(chǎng)上明銳做的測(cè)徑儀最大已 經(jīng)可以測(cè)量 400mm 而真尚有測(cè)徑儀通過多傳感器協(xié)同工作也可測(cè)直徑高達(dá) 500mm 上海共久電氣有限公司測(cè)徑儀通過雙光路邊緣測(cè)量原理 已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 1600mm 最大外徑測(cè)量 并以在大型管道行業(yè)投入應(yīng)用 大直徑測(cè)量主要有兩個(gè) 方向 一個(gè)是通過雙鏡頭實(shí)現(xiàn) 但這樣會(huì)犧牲一些小直徑的測(cè)量范圍 另一種 是通過單鏡片實(shí)現(xiàn) 但這樣對(duì)鏡頭的加工難度和質(zhì)量保證及成本控制上提出較 大要求 2 測(cè)量原理 目前 國(guó)內(nèi)比較常用的兩種非接觸測(cè)量方法 一種是基于 CCD 器件接收光 信號(hào)的測(cè)量方法 另一種是激光掃描測(cè)量方法 兩種方法各有各的優(yōu)勢(shì)以及劣 勢(shì) 下面讓我們來看看他們的基本工作原理 第一種測(cè)量原理 CCD 尺寸測(cè)量 CCD 尺寸測(cè)量系統(tǒng)基本都由 CCD 像傳感器 光學(xué)系統(tǒng) 微機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)組成 我們先來看一下采用 CCD 測(cè)量的基本原理 線陣 CCD 平行光法進(jìn)行非接觸測(cè)量的基本原理 將線陣 CCD 置于平行光路 被測(cè)物放于 CCD 前方光路中 射向 CCD 的光就被物體擋住一部分 因此 CCD 輸 出的信號(hào)就有一個(gè)凹口 顯然 凹口的寬度與物體的尺寸有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系 我們利用數(shù)字電路設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)處理就很容易的得到凹口對(duì)應(yīng)的 CCD 像元數(shù) 從而計(jì)算出被測(cè)物體的尺寸 但是我們也很容易的發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題 這種測(cè)量方 法要求 CCD 光敏區(qū)的長(zhǎng)度大于被測(cè)物體的尺寸 而大尺寸的 CCD 特別昂貴 所 以必須通過其他方法來實(shí)現(xiàn)光的接收 CCD 尺寸測(cè)量基本原理 顯然 CCD 接收法它具有一些獨(dú)特的一般機(jī)械式 光學(xué)式 電磁式測(cè)量?jī)x無 法比擬的優(yōu)點(diǎn) 這與 CCD 本身的自掃描高分辨率高靈敏度結(jié)構(gòu)緊湊位置準(zhǔn)確的 特性密切相關(guān) 其中關(guān)鍵的技術(shù)就是光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和 CCD 輸出視頻信號(hào)的采 集與處理 但是也存在著很多常見的問題 諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本高等缺點(diǎn) 下 面讓我們來看一下 CCD 測(cè)量的方法有哪些缺點(diǎn) 1 采用 CCD 接收然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法 測(cè)量的精度受限于 CCD 像元 的大小 我們知道 CCD 像元不管哪個(gè)部位接收到光 都會(huì)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化 成電信號(hào) 從而制約了 CCD 測(cè)量方法的測(cè)量精度 當(dāng)然我們也可以采用盡量小 的 CCD 像元 使它的測(cè)量誤差盡量減小 但我們也知道 CCD 的像元越小 CCD 的成本就越高 這是一個(gè)沒辦法回避的矛 2 同時(shí) 由于我們知道 CCD 光敏區(qū)一般為 28mm 這就直接限制了被測(cè)物 體的大小 系統(tǒng)的型號(hào)受限 3 3 衍射 我們知道衍射在精密測(cè)量中是無法回避的問題 而在這里我們的 CCD 像元不是連續(xù)的 是一個(gè)一個(gè)像元互相緊密排列組成的 而由于衍射造成 的光的傳播不是直線的 結(jié)果就很容易出現(xiàn)很大的誤差 第二種測(cè)量原理 激光掃描測(cè)量 激光掃描測(cè)徑儀系統(tǒng)采用激光器發(fā)出的光束通過多面體掃描轉(zhuǎn)鏡和掃描光 學(xué)系統(tǒng)后 形成與光軸平行的連續(xù)高速掃描光束 對(duì)被置于測(cè)量區(qū)域的的工件 進(jìn)行高速掃描 并由放在工件對(duì)面的光電接收器接收 投射到光電光電接收器 上的光線在光束掃描工件時(shí)被遮斷 所以通過分析光電接受器輸出的信號(hào) 可 獲得與工件直徑有關(guān)系的數(shù)據(jù) 為保證測(cè)量的高精度以及可靠性 光掃描計(jì)量 系統(tǒng)必須滿足以下三點(diǎn)基本要求 1 激光束應(yīng)垂直照射被測(cè)物體表面 2 光束必須對(duì)物體表面做勻速直線掃描運(yùn)動(dòng) 3 掃描時(shí)間必須測(cè)的很準(zhǔn)確 而在現(xiàn)實(shí)情況下 掃描速度并不是常數(shù) 而是隨掃描轉(zhuǎn)鏡的角位移的變化 而變化 這樣就會(huì)產(chǎn)生原理誤差 綜上所述 我們可以看出 使用 CCD 進(jìn)行測(cè)量的這種方法有它的優(yōu)點(diǎn) 但 同時(shí)也有它自己無法克服的缺點(diǎn) 再看利用激光掃描測(cè)量直徑的方法 雖然會(huì) 出現(xiàn)如掃描速度達(dá)不到均勻而產(chǎn)生的原理誤差 但是我們可以利用算法的不同 降低這部分誤差 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 撰寫 2000 字左右的文 獻(xiàn)綜述 文 獻(xiàn) 綜 述 1 1 研究背景 某產(chǎn)品藥筒工件都是成批量加工生產(chǎn) 成型較復(fù)雜 且加工精度要求比較高 而 現(xiàn)在藥筒尺寸合格與否的判定 都是依靠手工測(cè)量來實(shí)現(xiàn) 這種高強(qiáng)度 低效率的測(cè) 量方式 勢(shì)必會(huì)引入人為主觀因素 造成測(cè)量誤差 因而需要開發(fā)一套自動(dòng)化測(cè)量設(shè) 備來代替手工檢測(cè) 1 3 1 2 研究意義 本研究課題為實(shí)現(xiàn)藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量的專用設(shè)備 能夠?qū)崿F(xiàn)該型藥筒尺寸自動(dòng)側(cè) 量等功能 具有高效率 低誤差 高精度 可以實(shí)現(xiàn)柔性參數(shù)設(shè)定 實(shí)現(xiàn)程序系統(tǒng)易 讀易改 降低了藥筒的生產(chǎn)成本 可以節(jié)省多名手工測(cè)量人員 而且該設(shè)備能夠使得 該藥筒工件易于管理和質(zhì)量監(jiān)測(cè) 滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求 為提升我國(guó)軍用測(cè)量設(shè)備 的水平做出貢獻(xiàn) 4 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前藥筒尺寸的自動(dòng)化測(cè)量 還沒有一套成型的系統(tǒng)測(cè)量方法 大多數(shù)關(guān)于藥筒 測(cè)量方面的研究 只是針對(duì)單一或少量幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量 功能比較單一 集成化低 測(cè)量不夠全面 5 6 70 年代以前 我國(guó)軍用測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)化程度是很低的 以手工操作為主 測(cè)量 設(shè)備是為了某種測(cè)量目的而專門設(shè)計(jì)制造的 難以改作它用 稱為第一代軍用測(cè)量系 統(tǒng) 70 年代末 80 年代初 我國(guó)的軍用自動(dòng)測(cè)量設(shè)備轉(zhuǎn)入以 GPIB 和 CAMAC 總線為主的 半自動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試階段 7 9 與以前的專用設(shè)備比較 采用 GPIB 總線和 CAMAC 總線 武 器系統(tǒng)測(cè)量設(shè)備箱標(biāo)準(zhǔn)化 模塊化 通用化體制邁進(jìn)了一大步 提高了設(shè)備的重復(fù)利 用 率 避免了各型號(hào)或同型號(hào)不同批次測(cè)量設(shè)備的重復(fù)性研制 降低了設(shè)備投資 技術(shù) 上 達(dá)到了相互交流和繼承 使用上達(dá)到了成果共享和設(shè)備通用 因此縮短了研制周期 節(jié) 省了人力和資金 成為第二代軍用測(cè)量系統(tǒng) 90 年代初 隨著 VXI 總線的逐漸普及 我國(guó)的軍用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備越來越多的采用 VXI 總線 稱之為第三代測(cè)量系統(tǒng) 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展 我國(guó)的測(cè)量?jī)x器的生產(chǎn)規(guī)模 和生產(chǎn)能力僅次于美國(guó) 日本 英國(guó) 德國(guó) 法國(guó) 居世界第六位 但這些測(cè)量?jī)x器 主 要是中 低檔儀器 10 3 長(zhǎng)度尺寸測(cè)量 經(jīng)過廣泛查詢對(duì)比長(zhǎng)度尺寸測(cè)量?jī)x器資料 差動(dòng)變壓器式傳感器可以被用于該 藥筒長(zhǎng)度測(cè)量 差動(dòng)變壓式傳感器是將線性變化的機(jī)械量轉(zhuǎn)化成電量的變化 11 差 動(dòng)變壓器式位移傳感器初級(jí)繞組接通交流電源后 兩個(gè)次級(jí)繞組由于互感作用產(chǎn)生了 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E2 1 與 E2 2 如果把兩個(gè)二次線圈的同名端相連接 會(huì)在另一對(duì)同名端產(chǎn) 生一個(gè)與鐵芯位移成線性函數(shù)關(guān)系的特性曲線 當(dāng)鐵芯位于兩個(gè)二次線圈中間位置時(shí) 兩個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)相等 即 E2 1 E2 2 0 輸出電壓為 0V 把此時(shí)的電壓值稱為 零點(diǎn)電壓或殘余電壓當(dāng)鐵芯偏離中間位置時(shí) 兩組線圈產(chǎn)生的互感發(fā)生變化 兩個(gè)次 級(jí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不再相等 便有電壓輸出 輸出電壓的大小和鐵芯的位移量有 關(guān) 輸出電壓的相位取決于鐵芯移動(dòng)的方向 12 4 外徑測(cè)量 激光測(cè)徑儀箱體內(nèi)帶有高速旋轉(zhuǎn)的 HeNe 激光發(fā)射器和激光接收器 由激光發(fā)射器 發(fā)出的激光束通過多面鏡反射后 透過發(fā)射透鏡變成平行光 工件只要擋住光束 通 過 接收透鏡 傳到光電探測(cè)器上 就會(huì)有信號(hào)產(chǎn)生 然后通過光電傳感器將此信號(hào)傳到 計(jì) 算機(jī)上進(jìn)行處理 便可獲得測(cè)量工件的直徑值 13 5 內(nèi)經(jīng)測(cè)量 電子柱式氣動(dòng)量?jī)x的設(shè)計(jì)原理是比較測(cè)量法 其測(cè)量方法是將長(zhǎng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣 流信號(hào) 再通過氣電轉(zhuǎn)換器將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 由發(fā)光管組成的光柱顯示出測(cè)量 值 一套運(yùn)用電子柱式氣動(dòng)量?jī)x建立的完整氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 一般包括 氣壓閥 放大器 氣 動(dòng)測(cè)頭 標(biāo)定規(guī) 連接器及其他附件組成 14 6 底厚測(cè)量 機(jī)器視覺技術(shù)以其處理速度快 包含信息量大和方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn) 已經(jīng)廣 泛 的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域 機(jī)器視覺是運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬人的視覺功能 代替人眼 實(shí) 現(xiàn)測(cè)量和判斷 機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺采集裝置 對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行圖像采集 然后將其轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào) 傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)軟件 再對(duì)特征信息進(jìn)行分析 處 理 轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)被計(jì)算機(jī)識(shí)別控制 15 參考文獻(xiàn) 1 錢杏軒 鋼制整體引伸藥筒的設(shè)計(jì)與制造 M 國(guó)防工業(yè)出版社 1988 9 1 2 2 Brain Tasson Aluminum Cartridge Case Concept AD E403 044 ATK Ordnance and Ground Systems LLC 4700 Nathan Lane North Plymouth MN 55442 2512 May 2005 6 7 3 郭俊杰 彈藥發(fā)展史上的一次革命 藥筒可燃化 金屬世界 1998 6 4 李華 工程塑料在彈藥部件上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) J 工程塑料應(yīng)用 2007 年 第 35 卷 第 8 期 71 72 5 F W ROBBINS COMBUSTIBLE CARTRIDGE CASES CURRENT STATUS AND FUTURE PROSPECTS AD A254 636 BALLISTIC RESEARCH LABORATORY ABERDEEN PROVING GROUND MARYLAND AUGUST 1992 1 2 6 五三九六課題組 122 毫米榴彈炮用塑料藥筒的研究 22 23 7 史純厚 可燃藥筒的防護(hù)涂層 表面技術(shù) J 1990 年第 19 卷 第 1 期 24 25 8 吉韶華 可燃藥筒燃燒性能研究 火炸藥 J 1988 年第 1 期 29 30 9 張會(huì)生 可燃藥筒點(diǎn)火問題淺析 彈道學(xué)報(bào) J 1995 年第 7 卷 第 2 期 27 28 10 李煜 郭德惠 新型含能纖維可燃藥筒性能研究 含能材料 J 2009 年 11 張秋鄂 工件幾何尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào) J 2004 年增刊 1068 1071 12 Al Chilsholm OLE for Process Control takes first step to ward data sharing standards 2006 69 9 49 53 13 范富明 程良倫 王曉芬等 一種新型光學(xué)快速自動(dòng)聚焦系統(tǒng) J 光電工程 2010 37 5 127 133 14 Ramnivas Laddad Separate Software Concerns with Aspect oriented Programming IEEE Network Magazine 2004 8 1 56 61 15 竇燕 孔令富 一種基于視覺注意機(jī)制的刀具檢測(cè)方法 J 中國(guó)機(jī)械工程 2008 19 17 2024 2028 16 張秋鄂 工件幾何尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào) J 2004 年增刊 1068 1071 17 Keshab Das Pramathes Das and Chand Mohan Roy Application of distributed control a case study WORLD CEMENT SEPTEMBER 2005 59 62 18 Olivoer Peyro Saint Paul Poul Skjoth Process control in Greenfield Rim Super Plants Cement Industry Technical Conference 201 211 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 1 研究的問題 本文藥筒幾何尺寸的測(cè)量集成了多種測(cè)量方式 包括全長(zhǎng)測(cè)量 內(nèi)徑測(cè)量 兩檔 外徑測(cè)量等 綜合以上測(cè)量類別 將藥筒測(cè)量歸結(jié)為三大類 即長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)以及內(nèi) 外徑測(cè)量技術(shù) 本文主要研究?jī)?nèi)容是某藥自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 首先闡述課題的研究目 的及意義 其次通過對(duì)藥筒尺寸特點(diǎn)分析 將藥筒尺寸分為對(duì)長(zhǎng)度值 內(nèi)徑值 外徑 值 的測(cè)量 按照不同的尺寸類型探討測(cè)量的方法及原理 然后進(jìn)行總體規(guī)劃 明確 該型檢測(cè)設(shè)備機(jī)械部分如何開發(fā)設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的搭建 并重點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的搭 建與開發(fā)進(jìn)行詳細(xì)闡述 2 研究的方案 對(duì)于該型藥筒的長(zhǎng)度尺寸檢測(cè) 為了滿足到達(dá)檢測(cè)精度要求和自動(dòng)化檢測(cè)的要 求 需要尋找一款簡(jiǎn)單適用的測(cè)量?jī)x器 經(jīng)過廣泛查詢對(duì)比長(zhǎng)度尺寸測(cè)量的儀器資料 差動(dòng)變壓器式位移傳感器可以被用于該型藥筒自動(dòng)測(cè)量的長(zhǎng)度值測(cè)量 差動(dòng)變壓器式 位移傳感器是將線性變化的機(jī)械量轉(zhuǎn)化成電量的變化 圖 4 1 差動(dòng)變壓器式位移傳感器原理圖 針對(duì)該型藥筒的內(nèi)徑尺寸測(cè)量 經(jīng)過查找論證 選用成熟的電子式氣動(dòng)量?jī)x 比 較容易滿足于藥筒內(nèi)徑值檢測(cè) 電子式氣動(dòng)量?jī)x是一種針對(duì)內(nèi)外徑尺寸 運(yùn)用非接觸 式測(cè)量方法的精密測(cè)量?jī)x器 它能夠滿足自動(dòng)化檢測(cè)要求 具有高效的測(cè)量效率 圖 4 2 典型氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)連接圖 針對(duì)該型藥筒外徑需要對(duì)多個(gè)尺寸進(jìn)行測(cè)量 最好尋求一種能夠一次測(cè)量完成多 個(gè)外徑尺寸的方法 而且需要滿足測(cè)量效率和精度較高 方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制 經(jīng)過查找論證 選用成熟的激光測(cè)徑儀 可以滿足于該型藥筒外徑尺寸值測(cè)量 激光 測(cè)徑儀是一種運(yùn)用光電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品 該設(shè)備采用激光掃描方式 對(duì)生產(chǎn)線 上的圓形被測(cè)對(duì)象實(shí)行高速 高精度和非接觸式的測(cè)量 圖 4 3 激光測(cè)徑儀測(cè)量原理圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見 張曉凱同學(xué)通過閱讀相關(guān)的文獻(xiàn) 對(duì)于所研究的課題的意義以及設(shè)計(jì)內(nèi)容都有了 大體的了解 初步方案和設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了合理的安排 預(yù)計(jì)能夠按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 同意開題 指導(dǎo)教師 2016 年 3 月 20 日 所在系審查意見 系主任 2016 年 3 月 22 日 I 某藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備開發(fā) 摘要 本篇文章主要是關(guān)于某型號(hào)藥筒尺寸的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的開發(fā)研究 本 文詳細(xì)闡述了每個(gè)待測(cè)尺寸的測(cè)量方法 結(jié)合并借鑒其他機(jī)械測(cè)量的方法 應(yīng)用 LVDT 氣電內(nèi)徑測(cè)量系統(tǒng) 氣動(dòng)系統(tǒng) 差動(dòng)式位移傳感器測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng) 激光測(cè)徑系 統(tǒng)等等 實(shí)現(xiàn)對(duì)藥筒總長(zhǎng) 底厚 內(nèi)外徑等尺寸的自動(dòng)化測(cè)量 首先通過對(duì)總長(zhǎng) 的測(cè)量 其次對(duì)底厚的測(cè)量 然后對(duì)內(nèi)徑的測(cè)量 再次對(duì)外徑的測(cè)量和最后對(duì)藥 筒是否合格的檢測(cè)以及此次系統(tǒng)的可靠性與可行性 可得出本藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量 設(shè)備具有可行性和高效率性的結(jié)論 本文所完成的主要工作如下所示 1 了解藥筒測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平現(xiàn)狀 尤其是一些關(guān)于藥筒測(cè)量 的相關(guān)檢測(cè)技巧和方法 同時(shí)針對(duì)藥筒所要測(cè)量的尺寸進(jìn)行研究 2 描述了關(guān)于藥筒的各種尺寸的測(cè)量方法 并對(duì)相應(yīng)的測(cè)量原理和測(cè)量 工具進(jìn)行詳細(xì)的介紹 為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù) 3 根據(jù)藥筒需要測(cè)量的關(guān)鍵尺寸的結(jié)構(gòu)要求 將待測(cè)尺寸分為 5 個(gè)步驟 進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn) 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量 設(shè)計(jì)藥筒抓手實(shí)現(xiàn)其藥筒的移動(dòng) 4 根據(jù)藥筒所要測(cè)量的尺寸的結(jié)構(gòu) 對(duì)比選擇較合適的測(cè)量?jī)x器 并根 據(jù)測(cè)量控制要求 完成對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì) 5 針對(duì)每個(gè)測(cè)量?jī)x器所得出的測(cè)量數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 設(shè)計(jì)每個(gè)所要測(cè)量測(cè)尺 寸的分析方法 使之盡可能的滿足測(cè)量要求 6 本設(shè)計(jì)進(jìn)行了藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā) 根據(jù)系統(tǒng) 的需求 通過 s7 200 PLC 控制整個(gè)系統(tǒng) 形成一套完整的控制方案設(shè)計(jì)和相應(yīng) 的控制程序來控制外圍繼電器回路 控制氣動(dòng)控制回路 步進(jìn)電機(jī)的操作 料斗 振動(dòng)電機(jī) 本檢測(cè)系統(tǒng)的控制主要包括 升降平臺(tái)氣缸的控制 各檢測(cè)工位氣缸 及氣動(dòng)夾爪的控制 以及相關(guān)電機(jī)的控制 本文具體設(shè)計(jì)了氣壓控制系統(tǒng)和 PLC 控制程序設(shè)計(jì) II 關(guān)鍵詞 藥筒 總長(zhǎng)測(cè)量 外徑測(cè)量 內(nèi)徑測(cè)量 自動(dòng)控制 S7 200 氣壓控制 程序 III Automatic sizes measuring equipment developed of a cartridge Abstract This paper is a study of the development of a certain type of cartridge the size of an equipment measurement methods described in detail for size combined with the reference method for measurement of other machinery gas electric applications LVDT inner diameter of the measuring system pneumatic system poor fixed displacement sensor length measurement systems laser diameter measurement systems etc to achieve the total length of the cartridge thick bottom inner and outer diameter and other dimensions of automated testing First by measuring the total length followed by measurement of the thickness of the bottom then the measurement of the inner diameter outer diameter was measured again and the last cartridge eligibility detect far more than the feasibility and reliability of the system the drug can be drawn tube size automatic measuring equipment having a viable high efficiency characteristics The main complete as follows 1 The level of understanding of domestic and international development status of the cartridge measurement technology especially related to the detection cartridge measurement methods and techniques and study for the test cartridge size 2 Describes the measurement method cartridge of various sizes and the corresponding measurement principle and measurement tools in detail for the design of the system provides a theoretical basis 3 According to the requirements of the critical dimensions of the structure to be measured of the cartridge to be tested is divided into five steps and inspection in order to achieve automatic measurement the cartridge design which lever for moving the cartridge 4 The structure of the test cartridge size contrast selection Johnson appropriate IV measuring instruments according to the measurement and control requirements the completion of the measurement system control design 5 For details of each measurement instrument characteristic measurement data making it possible to meet the measurement requirements 6 This design were bullet size automatic measuring equipment control system design development according to the demand of the system through the S7 200 PLC control system as a whole form a set of complete control scheme is designed and the corresponding control program to control the external relay circuit gas control pneumatic control circuit stepper motor operation hopper vibration motor The control of the detection system mainly includes the control of the lifting platform cylinder the control of the cylinder and the pneumatic clamping and the control of the motor The design of air pressure control system and PLC control program is designed in this paper Keywords Cartridge length measurement diameter measurement diameter measurement automatic control pressure control S7 200 program V 目 錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 1 緒論 1 1 1 課題的研究背景 1 1 2 測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 3 研究的內(nèi)容及意義 2 1 3 1 研究的內(nèi)容 2 1 3 2 研究的意義 2 2 藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量整體方案 4 2 1 藥筒尺寸的主要測(cè)量?jī)?nèi)容 4 2 2 藥筒尺寸的檢測(cè)方案 4 2 2 1 內(nèi)徑的測(cè)量方法 4 2 2 2 長(zhǎng)度的測(cè)量方法 6 2 2 3 外徑的測(cè)量方法 7 2 3 藥筒尺寸的整體方案 8 3 可編程器簡(jiǎn)介 9 3 1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 9 3 2 擴(kuò)展模塊 9 3 3 S7 200 系列 PLC 元件功能 10 3 4 程序編輯器 10 4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 4 1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 15 4 2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 VI 4 3 氣動(dòng)控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容 15 5 系統(tǒng)控制與設(shè)計(jì) 18 5 1 控制系統(tǒng)控制方式確定 18 5 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 18 5 3 控制任務(wù)分析 18 5 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 總結(jié) 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 1 1 緒論 1 1 課題的研究背景 藥筒在武器發(fā)展的過程中占有很重要的地位 它不僅是彈體的重要組成部分 還是彈體研制成功的重要環(huán)節(jié) 藥筒的最基本的作用是 1 確定裝填藥的量 2 對(duì)彈頭 底火起連接作用 對(duì)發(fā)射藥進(jìn)行密封 3 起密封作用 防止因發(fā)射產(chǎn)生的高溫高壓氣體從炮管后部沖出 對(duì)使用 者產(chǎn)生危害 一旦彈體在發(fā)射過程中藥筒出現(xiàn)諸卡殼現(xiàn)象 輕微的會(huì)影響到戰(zhàn)斗的進(jìn)程 嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)使用者造成誤傷 另外 武器能否順利發(fā)揮作用與藥筒系統(tǒng)的加工 制造也密切相關(guān) 所以為了檢驗(yàn)藥筒是否合格 在出廠前有必要對(duì)藥筒主要尺寸進(jìn)行測(cè)量 由 于藥筒的基本尺寸相對(duì)較小 并且需要測(cè)量的重要尺寸又多 所以目前商家對(duì)于 藥筒的檢測(cè)基本上都是借用技術(shù)工人加特制測(cè)量工具來測(cè)量 這樣檢測(cè)耗費(fèi)巨大 的人力 物力和財(cái)力 并且檢測(cè)效率低下 不能滿足現(xiàn)階段的檢測(cè)要求 隨著檢 測(cè)技術(shù)的發(fā)展 對(duì)于藥筒的檢測(cè) 有了一定的發(fā)展 這些檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)使得藥 筒的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果能夠以數(shù)據(jù)的形式被檢測(cè)者所觀察到 在很大程度上減少了檢 測(cè)對(duì)檢測(cè)人員的要求 緩解了測(cè)量工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 也為以后藥筒的自動(dòng)化檢測(cè) 的發(fā)展打下了基礎(chǔ) 目前在藥筒檢測(cè)方面還沒有一套成型的方案被提出 有的只 是對(duì)藥筒某些關(guān)鍵性技術(shù)的研究 所以 目前來說急需一套自動(dòng)測(cè)量設(shè)備對(duì)藥筒 進(jìn)行全方位的檢測(cè)與測(cè)量 來滿足軍工市場(chǎng)的要求 6 8 因此 本課題就是利用現(xiàn)有設(shè)備檢測(cè)藥筒 全方位的檢測(cè)藥筒的各個(gè)關(guān)鍵尺 寸 開發(fā)一套完整的檢測(cè)設(shè)備 1 2 測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前關(guān)于藥筒幾何尺寸的自動(dòng)化測(cè)量 并沒有系統(tǒng)的檢測(cè)方法 基本上都是 一些關(guān)于藥筒檢測(cè)方面的研究 如果只是針對(duì)單一的幾何尺寸的檢測(cè) 功能單一 而且檢測(cè)所得結(jié)果將會(huì)是很是片面的 本文關(guān)于藥筒幾何尺寸的測(cè)量采用了多種檢測(cè)方式 包括總長(zhǎng)測(cè)量 底厚測(cè) 量 內(nèi)徑測(cè)量和外徑測(cè)量 簡(jiǎn)單地來說 也就是長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù) 內(nèi)徑測(cè)量技術(shù)和 2 外徑測(cè)量技術(shù) 目前 長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種 1 測(cè)長(zhǎng)機(jī) 測(cè)長(zhǎng)機(jī)是以線紋尺刻 度或是光波波長(zhǎng)作為已知長(zhǎng)度 結(jié)合機(jī)械測(cè)頭對(duì)物體的長(zhǎng)度尺寸進(jìn)行接觸測(cè)量的 測(cè)長(zhǎng)工具 9 2 激光測(cè)距儀 激光測(cè)距儀是利用激光對(duì)遠(yuǎn)距離測(cè)量目標(biāo)的距 離進(jìn)行測(cè)量的技術(shù) 3 激光位移傳感器 激光位移傳感器大體可以分為兩種 一種是利用回波分析法對(duì)遠(yuǎn)距離進(jìn)行測(cè)量的激光測(cè)距儀 一種是利用激光三角測(cè) 量法激光三角測(cè)量法激光位移傳感器 4 LVDT 位移傳感器 LVDT 的測(cè)量原理 類似于變壓器原理 它是通過內(nèi)部的鐵芯移動(dòng) 來引起內(nèi)部線圈的電壓變化 在 一定范圍內(nèi)鐵芯位移引起的內(nèi)部電壓變化與鐵芯的位移關(guān)系成線性關(guān)系 測(cè)量時(shí) 通過測(cè)量電壓的變化值來得到鐵芯位移量 內(nèi)外徑的測(cè)量技術(shù)包括以下幾種 1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 在空間坐標(biāo)上測(cè)得工件內(nèi)徑的坐標(biāo)值 再跟據(jù)相應(yīng)算法計(jì)算測(cè)量工件的內(nèi)經(jīng)值 2 內(nèi)外徑千分尺 利用內(nèi)徑千分尺檢測(cè)圓筒內(nèi)徑是我國(guó)普遍使用的手動(dòng)測(cè)量 內(nèi)徑的方法 3 氣動(dòng)量?jī)x 測(cè)量?jī)?nèi)徑所使用的氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量方法是氣柱量?jī)x 從而對(duì)工件的內(nèi)經(jīng)進(jìn)行測(cè)量 4 激光掃描法 激光器發(fā)出的光束通過高速旋 轉(zhuǎn)的多面體棱鏡和接收器共同測(cè)量 5 1 3 研究的內(nèi)容及意義 1 3 1 研究的內(nèi)容 綜上所述 本文主要需要進(jìn)行的是 1 根據(jù)藥筒的零件尺寸 首先分析 待測(cè)藥筒的主要的尺寸 將各待側(cè)尺寸進(jìn)行一個(gè)總體的分類 找出哪些尺寸可以 選擇相同的測(cè)量?jī)x器 然后對(duì)各工位的測(cè)量進(jìn)行安排 2 基于對(duì)藥筒尺寸進(jìn) 行分析的基礎(chǔ)上 選擇 LDVT 差動(dòng)式位移傳感器作為總長(zhǎng)與底厚的測(cè)量元器件 3 通過對(duì)氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行選型然后對(duì)藥筒的內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量 4 在測(cè)量完內(nèi)徑 之后 在對(duì)藥筒外尺寸分析的基礎(chǔ)上 選擇激光測(cè)徑儀對(duì)外徑尺寸進(jìn)行測(cè)量 5 關(guān)鍵尺寸測(cè)量完之后 對(duì)藥筒進(jìn)行合格檢驗(yàn) 最終通過多次調(diào)試達(dá)到要求 1 3 2 研究的意義 就某型號(hào)藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量來說 假如一直采用人工測(cè)量法 在測(cè)量過程中 所要涉及的各種精密儀器及精密測(cè)量都沒有辦法得到可靠的論證 更不可能對(duì)藥 3 筒各個(gè)尺寸進(jìn)行精確測(cè)量后得出相應(yīng)的數(shù)據(jù) 此時(shí)就需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量 12 本文旨在研究藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量 并且設(shè)計(jì)一整套自動(dòng)測(cè) 量設(shè)備 當(dāng)然首先要做的是根據(jù)所要測(cè)量的尺寸進(jìn)行分析 然后根據(jù)所測(cè)得尺寸 對(duì)測(cè)量尺寸進(jìn)行分類 再根據(jù)分類后的尺寸進(jìn)行測(cè)量?jī)x器的選擇 按照測(cè)量工位 進(jìn)行儀器使用及擺放的安排 根據(jù)測(cè)量?jī)x器的特點(diǎn)設(shè)計(jì)符合藥筒尺寸檢測(cè)的控制 方法和自動(dòng)測(cè)量控制方法 最后進(jìn)行安裝調(diào)試 接下來所要做的是進(jìn)行一批測(cè)試 以實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)行過程表現(xiàn)出精良 穩(wěn)定等特性 這樣 不僅可以節(jié)省大量勞動(dòng)力 還可以縮減對(duì)其的物力投資 在一定程度上節(jié)省出人力 物力和財(cái)力 并且如果 此次所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)能夠快速 準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)實(shí)際要求 則可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)批量 化生產(chǎn) 4 2 藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量整體方案 2 1 藥筒尺寸的主要測(cè)量?jī)?nèi)容 在對(duì)藥筒的主要的尺寸進(jìn)行檢測(cè)前 先對(duì)藥筒有一個(gè)整體的了解 考慮需要 測(cè)量哪些尺寸 并且需要哪些測(cè)量工具 藥筒的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 藥筒零件的工程圖如上圖所示 從圖上可知 這次檢測(cè)的尺寸有 總長(zhǎng) L1 底厚 L2 內(nèi)徑 r 底部外徑 R1 凸緣部外徑 R2 筒口部外徑 R3 經(jīng)過統(tǒng)計(jì) 一共需檢測(cè) 6 處零件尺寸 2 2 藥筒尺寸的檢測(cè)方案 由于待測(cè)工件所需測(cè)量的尺寸很多 而且測(cè)量系統(tǒng)要求效率高 需要達(dá)到 2000 件 8 小時(shí) 測(cè)量質(zhì)量好 使用 維修均很方便 成本較低 工作可靠 對(duì) 于 2000 件 8 小時(shí) 也就是是說每件的測(cè)量時(shí)間大約是 14 4 秒 如果在 14 4 秒 內(nèi)檢測(cè)完成一個(gè)工件的所有尺寸 檢測(cè)難度之大可想而知 所以將工件尺寸測(cè)量 方案設(shè)定為流水線自動(dòng)操作 在完成所有的尺寸測(cè)量后 再與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比 待綜合評(píng)定后 判定工件檢測(cè)是否合格 因此 下面就要詳細(xì)介紹各種尺寸的測(cè)量方法以及流水線的詳細(xì)測(cè)量方案 以此來完成所需的要求 2 2 1 內(nèi)徑的測(cè)量方法 對(duì)于該型藥筒的內(nèi)徑尺寸測(cè)量 結(jié)合其他資料可知 選用電子式氣動(dòng)量?jī)x更 圖 2 1 藥筒結(jié)構(gòu)圖 5 相對(duì)容易滿足對(duì)藥筒內(nèi)徑的測(cè)量 電子式氣動(dòng)量?jī)x是一種精密的測(cè)量?jī)x器 它是 運(yùn)用非接觸式測(cè)量方法從而測(cè)量?jī)?nèi)外徑尺寸的 這種測(cè)量?jī)x器容易滿足自動(dòng)化檢 測(cè)要求 同時(shí)具備相當(dāng)高效的測(cè)量效率 電子式氣動(dòng)量?jī)x的精度可以達(dá)到測(cè)量 范圍內(nèi)的偏差值 當(dāng)測(cè)量更小公差時(shí) 它的測(cè)量分辨率可達(dá)到 0 1m 0 5m 電子式氣動(dòng)量?jī)x的原理主要是運(yùn)用嵌入式單片機(jī)技術(shù) 具備相對(duì)高效穩(wěn)定的運(yùn)算 速率 對(duì)模擬信號(hào)可以進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 能夠直接顯示出被測(cè)尺寸的絕對(duì)或相對(duì)測(cè) 量值 同時(shí)方便校量機(jī)上位機(jī)和下位機(jī) PLC 的數(shù)據(jù)采集 使的自動(dòng)化檢測(cè)控制 成為可能 電子柱式氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量原理是將長(zhǎng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣流信號(hào) 再把氣信號(hào)通 過氣電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 最后顯示出測(cè)量值 完整的電子柱式氣動(dòng)量?jī)x主要 包括 氣動(dòng)測(cè)頭 氣壓閥 標(biāo)定規(guī) 放大器 連接器及其他附件組成 下圖所示 為 AEC 300 電子柱式氣動(dòng)量?jī)x 氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)原理是通過空氣流量和壓力的比例關(guān)系從而得到工件尺寸大小 的技術(shù) 氣動(dòng)測(cè)量?jī)x中接通的空氣流量和壓力存在一定的物理關(guān)系 電子式氣動(dòng) 量?jī)x主要是用來測(cè)量藥筒的內(nèi)徑和外徑 兩個(gè)噴嘴氣動(dòng)測(cè)頭是成對(duì)分布的 是測(cè) 量孔內(nèi)徑的 而兩噴嘴是成氣動(dòng)測(cè)量環(huán)規(guī)的測(cè)量圓外徑 如下圖所示為噴嘴氣動(dòng) 測(cè)量示意圖 圖 2 2 1 電子柱式氣動(dòng)量?jī)x 6 對(duì)本次測(cè)量設(shè)備的設(shè)計(jì) 要選用量程和規(guī)格適當(dāng)?shù)碾娮邮綒鈩?dòng)量?jī)x和特點(diǎn)適 合藥筒尺寸大小的噴嘴測(cè)頭 來實(shí)現(xiàn)其內(nèi)徑的測(cè)量 2 2 2 長(zhǎng)度的測(cè)量方法 對(duì)于某型號(hào)的藥筒的長(zhǎng)度檢測(cè) 需要選擇一款適當(dāng)?shù)臋z測(cè)儀器來滿足其精度 要求和自動(dòng)化的要求 通過查找資料對(duì)比后得知 測(cè)量該型號(hào)藥筒最佳測(cè)量工具 是差動(dòng)變壓器式位移傳感器 它的轉(zhuǎn)換關(guān)系是將線性變化的機(jī)械量轉(zhuǎn)化成電量 差動(dòng)變壓器式位移傳感器具有優(yōu)良的工作性能 他的最高測(cè)量精度為 0 05 最 高絕對(duì)誤差和最高重復(fù)性精度都可以達(dá)到 分辨率一般為 本文采用1m 0 1m LVDT 位移傳感器來對(duì)藥筒的長(zhǎng)度尺寸進(jìn)行測(cè)量 如下圖所示為傳感器的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)示意圖 在 LVDT 的實(shí)物圖的上面的線圈為初級(jí)線圈 底部的兩組線圈為次級(jí)線圈 內(nèi)部橫穿一根鐵芯 一旦給初級(jí)線圈施加激勵(lì)電流時(shí) 線圈內(nèi)的鐵芯軸向移動(dòng)就 會(huì)使次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 由于兩個(gè)次級(jí)線圈電壓的極性正好正負(fù)極相反 所以產(chǎn)生的真實(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為兩線圈電動(dòng)勢(shì)之差 當(dāng)鐵芯在不同位置移動(dòng)時(shí) 也會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同的次級(jí)的電動(dòng)勢(shì)差 在誤差所允許的范圍內(nèi) 鐵芯的位移量與 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)差值成線性關(guān)系 差動(dòng)變壓式位移傳感器在尺寸的測(cè)量上應(yīng)用十分廣泛 尤其適用于小量程測(cè) 量 因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)很多 1 可以進(jìn)行無摩擦測(cè)量 2 傳感器堅(jiān)固耐用 無限 圖 2 2 2 噴嘴氣動(dòng)測(cè) 量示意圖 圖 2 2 3 傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 7 機(jī)械壽命 3 可以不用擔(dān)心分辨率問題 4 可實(shí)時(shí)進(jìn)行零位可重復(fù)性 5 較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性 6 可以進(jìn)行輸入 輸出隔離 綜合以上所述 只要選 用的位移傳感器的量程在允許范圍內(nèi) 便可用于該型藥筒長(zhǎng)度尺寸的自動(dòng)化測(cè)量 2 2 3 外徑的測(cè)量方法 基于藥筒有 3 個(gè)外徑尺寸需要測(cè)量 與其他資料進(jìn)行對(duì)比得知 其他工具無 法實(shí)現(xiàn)一次測(cè)量 3 個(gè)外徑 所以對(duì)藥筒的外徑尺寸進(jìn)行測(cè)量所采用的測(cè)量?jī)x器是 能夠隨時(shí)測(cè)量多個(gè)外徑尺寸的激光掃描測(cè)徑儀 激光掃描測(cè)徑儀的原理是利用激光掃描 激光源發(fā)出的光束穿過多面棱鏡和 光學(xué)系統(tǒng)后 形成平行的掃描帶 對(duì)面的光電接收器接收平行掃描光束 當(dāng)藥筒 置于掃描帶區(qū)域的 掃描帶被藥筒的放入所打斷 被藥筒遮擋的平行線無法投射 到光電接收器上 通過分析光電接受器輸出的信號(hào) 可以得出與藥筒直徑有關(guān)的 數(shù)據(jù) 激光掃描測(cè)徑儀的原理如下圖所示 通過對(duì)比激光測(cè)徑儀和其它測(cè)徑儀器得出以下特點(diǎn) 1 與被測(cè)物體進(jìn)行非接觸測(cè)量時(shí) 不但可以保證被測(cè)工件的質(zhì)量和測(cè)量的 實(shí)時(shí)性 而且可以避免發(fā)生接觸產(chǎn)生誤差 2 測(cè)量精度很高 最高精度可達(dá) 1um 3 通過輸出接口和外顯示儀對(duì)接 可直接閱讀數(shù)據(jù) 4 在惡劣環(huán)境下也可以使用 使用壽命約長(zhǎng) 本文選用 LMD 系列的激光測(cè)徑儀 其實(shí)物圖如下圖所示 圖 2 2 4 激光掃描測(cè)徑儀的原理圖 8 以上就是這次主要的尺寸測(cè)量 由于其他的尺寸測(cè)量不是很重要 不會(huì)對(duì)正 常使用產(chǎn)生較大的影響 所以這次不參與測(cè)量 可以留作以后的課題供其他人使 用 2 3 藥筒尺寸的整體方案 設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)是對(duì)藥筒尺寸測(cè)量的保證 也是對(duì)測(cè)量的的精確性和 可靠性的保證 在設(shè)計(jì)過程中 保證證機(jī)械結(jié)構(gòu)的可行性和實(shí)用性是非常重要的 大部分情況下一套成熟的機(jī)械設(shè)備 往往需要經(jīng)歷上百次的不斷改進(jìn)和完善 機(jī) 械結(jié)構(gòu)的最終定型也需要經(jīng)歷時(shí)間的檢驗(yàn)與完善 因此 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)好與壞 將將直接決定測(cè)量結(jié)果的好壞 結(jié)合所需檢測(cè)的尺寸 設(shè)計(jì)出測(cè)量藥筒尺寸工藝流程 首先對(duì)每個(gè)工位合理 安排測(cè)量?jī)?nèi)容 并且繪制測(cè)量流程圖 然后不斷地進(jìn)行可行性論證 最終制定出 一套完善的檢測(cè)流程圖 流程圖如下圖所示 上料 總長(zhǎng)測(cè)量 底厚測(cè)量 內(nèi)徑測(cè)量 外徑測(cè)量 合格檢驗(yàn) 下料 根據(jù)藥筒尺寸檢測(cè)流程圖 在三維設(shè)計(jì)軟件 solidworks 中對(duì)藥筒的自動(dòng)測(cè) 量設(shè)備進(jìn)行建模 經(jīng)過反復(fù)修改及論證后 建立的模型如下圖所示 在工廠一套 成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 都需要在后期實(shí)踐中不斷的進(jìn)行摸索改進(jìn) 那樣才能一直 適用于成批量加工制造 圖 2 2 5 LMD 系列的激光測(cè)徑儀 圖 2 3 1 流程圖 9 3 可編程器簡(jiǎn)介 3 1PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 西門子 S7 200 系列 是一種小型的可編程控制邏輯器件 分為 6 部分 中央處理單元 CPU 電源 輸入電路 編程器 輸出電路 存儲(chǔ)器 PLC 中存儲(chǔ)區(qū)分為以下幾個(gè)區(qū) 1 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū) 3 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)包括 邏輯線圈 數(shù)據(jù)寄存器 計(jì)時(shí)器 計(jì)數(shù)器 變址 寄存器 累加器等存儲(chǔ)器 具體分為 1 I O 映象區(qū) 2 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 3 用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 輸入 輸出模塊是 PLC 進(jìn)行控制邏輯執(zhí)行的相當(dāng)重要的組成部分 這些里面 輸入模塊是對(duì)接近開關(guān) 按鈕 行程開關(guān) 等開關(guān)量進(jìn)行采集的 并且輸入模塊 的采集是在 PLC 開啟后一直在進(jìn)行的掃描 輸出模塊是實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)設(shè)備控制的重 要部分 輸出模塊的控制電壓是 24V 所以真正的實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)電機(jī)等設(shè)備的三相 電的控制需要繼電器和接觸器等設(shè)備間接來實(shí)現(xiàn) 那么控制順序是 24V 的弱點(diǎn)控 制 220V 380V 或者更高的電壓 比如本次設(shè)計(jì)中就用到了氣缸控制閥中的電磁 閥 3 2 擴(kuò)展模塊 數(shù)字量輸入 輸出模塊是擴(kuò)展可編程控制器的組成設(shè)備 在當(dāng) PLC 的控制點(diǎn) 數(shù)減少 不符合系統(tǒng)項(xiàng)目建立的點(diǎn)數(shù)要求時(shí) 就必須使用輸入 輸出模塊使擴(kuò)展 模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)數(shù)的而增加 數(shù)字量輸入 輸出模塊是與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的控制點(diǎn)數(shù)或 工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口 現(xiàn)場(chǎng)的采集的輸入信號(hào) 如行程開關(guān) 限位開關(guān)量 模擬量輸入 輸出模塊是工廠自動(dòng)化必須具備的基礎(chǔ)控制器件 模擬量輸入模塊 在工廠中可以采集電壓 壓力 流量 溫度 電流等信號(hào) 這些要通過輸入模塊 送到 PLC 這個(gè)過程中需要編制程序 量采對(duì)模擬集的信號(hào)進(jìn)行后處理 實(shí)現(xiàn)儀 表式的可以供人類進(jìn)行讀取的數(shù)字信息 10 PLC 可以對(duì)電壓信號(hào)處理 收集范圍可以設(shè)置 收集的電壓范圍 0 5 v 電 壓 0 到 10 v 電壓 也可以收集電流信號(hào) 收集范圍是 4 20 mA 因?yàn)樾盘?hào)電流在 每種傳感器中是不同的 所以要經(jīng)過信號(hào)變送器將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?PLC 可以 采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 輸出模塊可以驅(qū)動(dòng)如電磁閥 燈光顯示 PLC 的輸入輸出點(diǎn)可 以進(jìn)行擴(kuò)展 本次設(shè)計(jì)應(yīng)用個(gè)的是西門子的模擬量擴(kuò)展模塊 EM223 該模塊可以 實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)的擴(kuò)展 完成對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的邏輯控制 3 3 S7 200 系列 PLC 元件功能 1 數(shù)據(jù)類型 S7 200 系列 PLC 的數(shù)據(jù)類型有 字符串型 布爾型 0 或 1 整數(shù)型和 實(shí)數(shù)型 浮點(diǎn)數(shù) 布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號(hào)整數(shù) 整數(shù)型數(shù)包括 16 位符號(hào) 整數(shù) INT 和 32 位符號(hào)整數(shù) DINT 2 編程元件 1 輸入繼電器 I 2 變量存儲(chǔ)器 V 3 中間輔助繼電器 M 4 特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器 SM 5 定時(shí)器 T 6 計(jì)數(shù)器 C 7 累加器 AC 3 4 程序編輯器 本設(shè)計(jì)中的程序設(shè)計(jì)使用的是 STEP7 MicroWin 編程軟件 使用的是梯形圖的編 程模式 這樣有利于控制邏輯的識(shí)別 有利于編程人員發(fā)現(xiàn)控制邏輯的錯(cuò)誤 該 編程軟件還可以對(duì) PLC 進(jìn)行在線監(jiān)控調(diào)試 這樣也有利于編程人員快速的完成編 程任務(wù) 同時(shí)該軟件還可以導(dǎo)出 awl 文件 這樣可以導(dǎo)入到仿真軟件中進(jìn)行仿 真調(diào)試 由于本次編制的控制程序基本是邏輯上的控制 所以 程雪在仿真軟件 中可以很好的運(yùn)行 但是對(duì)于復(fù)雜的程序 比如有子程序 中斷的程序就很難在 仿真軟件中運(yùn)行 在程序設(shè)計(jì)完成之后要下載到 PLC 中進(jìn)行調(diào)試 有的 PLC 可以通過仿真軟 件進(jìn)行仿真調(diào)試 但是其調(diào)試結(jié)果的可信度很低 參考價(jià)值極地 所以要將編制 11 好的程序下載到 PLC 中進(jìn)行實(shí)際的調(diào)試 軟件則具體的操作步驟如下 1 首先登錄 STEP7 Micro WIN 軟件界面 如圖 3 1 所示 圖 3 1 登錄軟件界面 2 進(jìn)入 STEP7 Micro WIN 軟件之后 打開項(xiàng)目進(jìn)行新建程序 如果已經(jīng)建立 好了 可以直接進(jìn)入項(xiàng)目 然后選擇相應(yīng)的 PLC 型號(hào) 如圖所示 3 2 所示 圖 3 2 PLC 型號(hào)選擇 3 完成程序編制后 對(duì) PLC 與 PC 機(jī)的通訊進(jìn)行通訊前準(zhǔn)備 首先要在 12 通訊的接口進(jìn)行設(shè)置 如果使用的是 USB 485 的通訊電纜則選擇 COMX 通訊口 進(jìn)行 PC 機(jī)與 PLC 的對(duì)接 其次還要設(shè)置通訊協(xié)議 具體如圖 3 3 所示 圖 3 3 PLC 站地址及通信模式設(shè)置 4 完成程序下載的任務(wù)之后 就可以對(duì)程序進(jìn)行在線監(jiān)視調(diào)試 如圖 3 4 所示是程序在線監(jiān)視和調(diào)試相關(guān)按鈕 如果想看程序運(yùn)行的具體情況 可以進(jìn)入 程序之前的而程序編程框進(jìn)行軟元器件的監(jiān)視 如圖 3 5 所示 圖 3 4 PLC 程序監(jiān)視按鈕 13 圖 3 5 PLC 程序軟元件監(jiān)視 本次只用的仿真軟件是第三方軟件 這樣在仿真模擬時(shí)候會(huì)有很多的問題 所以 這樣的仿真調(diào)試只能是參考性的 最終的控制程序需要在實(shí)體 PLC 中進(jìn)行運(yùn)行調(diào) 試完成 如圖 2 6 所示 是仿真軟件 圖 3 6 S7 200 仿真軟件 設(shè)計(jì)過程中對(duì)編制好的程序進(jìn)行了仿真 第一步 先進(jìn)行仿真文件的配置 即導(dǎo) 出 awl 文件 第二步 進(jìn)入仿真軟件 進(jìn)行 PLC 類型型號(hào)的配置 以及相關(guān)擴(kuò) 展的數(shù)字量模塊進(jìn)行配置 如圖 3 7 所示 配置好的 PLC 及擴(kuò)展模塊的界面 14 15 4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 氣動(dòng)控制系統(tǒng)中有 控制元件 動(dòng)力元件 傳感元件組成 氣動(dòng)發(fā)生裝置一 般為空氣壓縮機(jī) 它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能 氣動(dòng)執(zhí)行元件 則將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 完成規(guī)定動(dòng)作 在這兩部分之間 根據(jù)機(jī)械或設(shè)備工 作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的需求 按一定順序?qū)⒏鞣N控制元件 壓力控制閥 流量控制閥 方 向控制閥和邏輯元件 傳感元件和氣動(dòng)輔件連接起來 4 2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在藥筒尺寸測(cè)量系統(tǒng)中 要求實(shí)現(xiàn)有四個(gè)工位的驅(qū)動(dòng)氣缸 由于一個(gè)傳動(dòng)盤 上下的驅(qū)動(dòng)氣缸 在具體的控制過程中 每個(gè)氣缸要進(jìn)行上下的移動(dòng) 即進(jìn)工位 和復(fù)位的控制 這樣就需要三位四通的控制閥 對(duì)方向進(jìn)行控制 1 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) 1 先了解設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)控制對(duì)象的用途和使用環(huán)境 2 初步設(shè)定工作的循環(huán)過程 簡(jiǎn)單的而形成控制回路 并依據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi) 容 進(jìn)行元器件的類型 規(guī)格 性能的選擇 完成選型工作 3 對(duì)于每一個(gè)執(zhí)行元件在進(jìn)行于氣壓泵連接時(shí)的控制單元精細(xì)的選擇 搞清楚其中的互鎖 同步的問題 不能發(fā)生干繞 4 設(shè)計(jì)好相關(guān)電控器件 并對(duì)限位開關(guān)的位置進(jìn)行合理的選擇 2 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 對(duì)空氣壓縮機(jī)的供氣量 Qg 可進(jìn)行計(jì)算 按下式簡(jiǎn) 單估算 Qg N 1 2 1 5 QZ QO m3 min 式中 QZ 一臺(tái)機(jī)器的用氣量 QO 機(jī)器和配管的漏氣量 N 工作臺(tái)數(shù) 4 3 氣動(dòng)控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容 在本藥筒自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的藥筒測(cè)量頭設(shè)計(jì) 將藥筒的底厚 測(cè)量放在工位一 藥筒的總長(zhǎng)測(cè)量設(shè)計(jì)在二工位中進(jìn)行 三工位進(jìn)行的是藥筒的 16 內(nèi)徑測(cè)量 四工位進(jìn)行的是藥筒的外徑測(cè)量 由于氣動(dòng)控制的要求的 系統(tǒng)通過 三位四通電磁閥 同時(shí) 由于控制系統(tǒng)中的導(dǎo)氣管 容器和附設(shè)裝置存在著氣容 和氣阻現(xiàn)象 在實(shí)際控制中 氣體的氣壓 流量和速度將會(huì)發(fā)生振蕩 直接影響 控制的精度 為此 在系統(tǒng)中引入壓力表 實(shí)時(shí)對(duì)導(dǎo)氣管中的壓力 進(jìn)行壓力檢 測(cè) 以滿足實(shí)際氣動(dòng)控制的進(jìn)行 同時(shí)在氣路中加入空氣過濾器 對(duì)氣體進(jìn)行一 定的過濾 保護(hù)氣控設(shè)備有長(zhǎng)久的使用壽命 4 4 氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖繪制 氣動(dòng)控制原理圖如圖 4 1 所示 圖見下頁 17 圖 4 1 氣動(dòng)控制原理圖 18 5 系統(tǒng)控制與設(shè)計(jì) 5 1 控制系統(tǒng)控制方式確定 根據(jù)藥筒檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制要求 必須根據(jù)控制要求選擇合適的控制 方式 PLC 控制的優(yōu)點(diǎn)有 1 可靠性高 2 易于擴(kuò)展 3 控制能力強(qiáng) 4 單片機(jī)采用了面向控制的指令 便于設(shè)計(jì)人員使用 5 價(jià)格低廉 綜上所述 選擇的控制系統(tǒng) 圍繞 PLC 進(jìn)行設(shè)計(jì) 5 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要前后進(jìn)行充分準(zhǔn)備 具體的而過程分別為方案設(shè)計(jì) 設(shè)備 選型 程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試 方案設(shè)計(jì) 確定氣缸 電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程和順序 協(xié)調(diào)機(jī)械結(jié)構(gòu)擬定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 方法 根據(jù)藥筒的測(cè)試流程及要求確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 設(shè)備選型 根據(jù)控制邏輯 確定控制的輸入輸出點(diǎn) 繪制電氣原理圖 確 定 PLC 型號(hào) 并選擇相應(yīng)輔助設(shè)備 程序設(shè)計(jì) 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對(duì)硬件接線檢查無誤的情況下 進(jìn)行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié) 果進(jìn)一步優(yōu)化硬件與軟件設(shè)計(jì) 直至滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止 5 3 控制任務(wù)分析 藥筒自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的順序控制 運(yùn)動(dòng)控制 過程控制在機(jī)電一體化的集成系 統(tǒng)中 控制系統(tǒng)的管理下 實(shí)現(xiàn)藥筒自動(dòng)檢測(cè)尺寸的要求 基于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和安全可靠地運(yùn)行 本設(shè)計(jì)所選的 S7 200 控制外圍繼電器的通斷 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 氣缸的推動(dòng) 直流電機(jī) 系統(tǒng)整體運(yùn)行方式為 當(dāng)藥筒到位后 按照預(yù)先編制好的程序 升降氣缸 推動(dòng)圓盤上升至定位傳感器的有效監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi) 然后機(jī)械手臂夾取彈料 PLC 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)到位 則開始進(jìn)行檢測(cè) 依次一工位 二工位 三工位 19 四工位的轉(zhuǎn)換 然后 各工位按照規(guī)定的檢測(cè)方式對(duì)被測(cè)工件的相應(yīng)尺寸進(jìn)行 檢測(cè) 檢測(cè)完畢后 PLC 將采集到的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī) 當(dāng)判斷出藥 筒是否合格后 通過 PLC 控制分揀氣缸作出相應(yīng)的分揀動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件總長(zhǎng) 底厚的檢測(cè) 具體工作時(shí)序如圖 5 1 所示 20 PLC 主機(jī)通過與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)接 通過編制好的程序讀取測(cè)量采集系 統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部寄存器中 導(dǎo)桿氣缸驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)測(cè)頭做直線往復(fù) 圖 5 1 工作時(shí)序 21 運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)徑值的檢測(cè) PLC 主機(jī)通過 RS 485 串口實(shí)現(xiàn)與氣電電子柱 測(cè)微儀的通信 根據(jù)測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)傳輸格式計(jì)算通信地址 通過編制程序 RS485 通訊接口 或者以太網(wǎng)的通訊模式與測(cè)量模塊進(jìn)行通訊 讀取氣電電子柱 測(cè)微儀檢測(cè)到的測(cè)量數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部寄存器中 由以上動(dòng)作過程可知 該控制系統(tǒng)的輸入控制信號(hào)主要包括三部分 系統(tǒng) 運(yùn)行狀況 工位運(yùn)行限位開關(guān)信號(hào) 零件檢測(cè)信號(hào) 并確定了 PLC 的控制輸入 輸出控制點(diǎn) 則 I O 分配表如表 5 2 所示 表 5 2 I O 分配表 1 Q2 4 直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) KM3 2 I1 4 放松到位 SQ13 3 Q1 1 四工位復(fù)位 YA10 4 Q0 7 三工位復(fù)位 YA8 5 Q0 5 二工位復(fù)位 YA6 6 Q0 3 一工位復(fù)位 YA4 7 M0 4 開始檢測(cè) 8 Q2 3 有殘品 KM2 9 Q2 1 放松 YA12 10 Q2 2 轉(zhuǎn)動(dòng)盤 KM1 11 Q2 0 夾緊 YA11 12 I2 0 啟動(dòng)程序 SB1 13 M0 3 不合格品 14 M0 1 復(fù)位判斷 15 M0 0 起始 16 I1 1 四工位到位 SQ9 17 I0 7 三工位到位 SQ7 18 I0 5 二工位到位 SQ5 19 I0 3 一工位到位 SQ3 20 Q1 0 四工位驅(qū)動(dòng) YA9 21 Q0 6 三工位驅(qū)動(dòng) YA7 22 Q0 4 二工位驅(qū)動(dòng) YA5 23 Q0 2 一工位驅(qū)動(dòng) YA3 24 I1 2 四個(gè)復(fù)位到 SQ10 25 I1 0 三工位復(fù)位到 SQ8 26 I0 6 二工位復(fù)位到 SQ6 27 I0 4 一工位復(fù)位到 SQ4 28 I0 2 下移到位 SQ2 29 Q0 1 轉(zhuǎn)盤下移 YA2 30 I1 5 轉(zhuǎn)動(dòng)到位 SQ12 31 I0 1 上升到位 SQ1 32 Q0 0 轉(zhuǎn)盤上升 YA1 22 33 I0 0 料斗來料 SQ11 系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)包括啟動(dòng) 停止 通過按鈕的斷開 閉合實(shí)現(xiàn) 其中系統(tǒng) 的運(yùn)行和停止通過上位機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn) 因此需 1 個(gè) I O 輸入點(diǎn) 接近開關(guān)感 應(yīng)信號(hào)限位開關(guān)包括各檢測(cè)工件的來料信號(hào)檢測(cè)和傳送裝置定位檢測(cè) 共需 9 個(gè) I O 輸入點(diǎn) 限位開關(guān)控制信號(hào)用來判斷升降平臺(tái)的行程 需 3 個(gè) I O 輸 入點(diǎn) 機(jī)械手臂的夾取需要一個(gè)限位開關(guān)的限制 以防夾取壓力太大 對(duì)零件 有傷害 對(duì)于本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)共需 14 個(gè)輸入點(diǎn) 但在選擇 PLC 型號(hào)是一定要 留有控制點(diǎn)余量 系統(tǒng)的輸出信號(hào)主要包括直流電機(jī)的控制 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)控制 電磁閥換向控制以及測(cè)量模塊移動(dòng)切換控制 對(duì)于直流電機(jī)的控制 本系統(tǒng)要 求實(shí)現(xiàn)起停即可 因此需 1 個(gè) I O 輸出點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降平臺(tái) 而步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)采用專用驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng) 其運(yùn)轉(zhuǎn)需要一的輸出點(diǎn)進(jìn)行控制 PLC 通過控制電磁閥換向來實(shí)現(xiàn)氣缸的伸縮控制 測(cè)量模塊移動(dòng)的切換控制 因此需 10 個(gè) I O 輸出點(diǎn) 為了使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更加直觀 人員操作方便 需設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)指示燈 分別對(duì)應(yīng)上述的系統(tǒng)啟動(dòng) 關(guān)閉輸出點(diǎn) 因此 系統(tǒng) 共需 15 個(gè)輸出點(diǎn) 本文藥筒尺寸測(cè)量系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的 S7 200 系列的 CPU224XP 型 PLC 作為主控制模塊核心器件 該機(jī)型屬于 S7 200 系列的加強(qiáng)型 功能齊全 具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力 而且外圍 I O 資源豐富 有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 其端口 可以進(jìn)行自由通信 modbus 通訊模式的選擇 等強(qiáng)大功能 可以便捷的進(jìn)行 I O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展 不需要程序的初始化 如圖 5 3 所示 為 PLC CPU224XP 23 圖 5 3 CPU224XP 5 4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在硬件接線之前 必須根據(jù)選定的電氣元件設(shè)計(jì)電氣原理圖 便于明確系統(tǒng)電路 整體結(jié)構(gòu) 電氣元件之間的相互關(guān)系以及控制信號(hào)的走向 該藥筒尺寸測(cè)量系統(tǒng) 的強(qiáng)電系統(tǒng)主要應(yīng)用中間繼電器的常開觸點(diǎn)作為控制元件控制氣缸的啟動(dòng)和電機(jī) 的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào) 將 PLC 的輸出信號(hào)傳遞至各執(zhí)行元件 即 DC24V 的電壓控制高電 壓 具體有以下幾個(gè)功能 1 PLC 對(duì)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 2 控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)物料盤的振動(dòng) 3 控制氣缸電磁換向閥 并且對(duì)氣缸運(yùn)行位置檢測(cè) 4 與測(cè)量設(shè)備進(jìn)行通訊 傳送裝置工作主要由步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)升降設(shè)備控制 同時(shí)利用行程開關(guān)檢測(cè)傳送 裝置是否到位 或者用磁性開關(guān)檢測(cè)氣缸中活塞的位置 將這些信號(hào)反饋至 PLC 繼而控制傳送裝置的運(yùn)動(dòng)和停止 藥筒的抓取和測(cè)量器件的驅(qū)動(dòng)都是氣缸實(shí)現(xiàn) 他們的具體運(yùn)動(dòng)邏輯由 PLC 24 控制 控制電路如圖 5 4 所示 圖 5 4 工作時(shí)序 圖 5 4 控制電路圖 25 本章主要是對(duì)藥筒尺寸自動(dòng)測(cè)量設(shè)備所涉及到的主體結(jié)構(gòu)及各個(gè)關(guān)鍵零部件 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試 在此過程中詳細(xì)指出了各個(gè)部分的框架構(gòu)建以及工作原 理和流程 1 測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 可將測(cè)量機(jī)構(gòu)劃分為 5 個(gè)測(cè)量工位 首先主要是運(yùn)用 位移傳感器對(duì)藥筒總長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量 其次是運(yùn)用位移傳感器對(duì)藥筒底厚進(jìn)行測(cè)量 接著運(yùn)用電子柱式的氣量動(dòng)儀對(duì)藥筒內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量 然后采用激光測(cè)徑儀與螺旋 升降平臺(tái)相結(jié)合對(duì)藥筒外徑的三個(gè)部位外徑尺寸進(jìn)行測(cè)量 最后 對(duì)各個(gè)藥筒進(jìn) 行是否合格的檢測(cè)與分揀 2 抓手的設(shè)計(jì) 將藥筒的抓手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分為其上下 前后和左右的運(yùn)動(dòng) 以保證其可以抓住藥筒從一個(gè)位置移致另外一個(gè)位置 3 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 主要介紹了控制系統(tǒng)的組成及各部分電器件 例如 PLC 的主要功能 26 總 結(jié) 本文主要是研究藥筒各個(gè)尺寸的測(cè)量 其關(guān)鍵在于測(cè)量方法及得出的數(shù)據(jù)分 析 設(shè)計(jì)一套完整的流水線操作過程 要做的工作有以下幾點(diǎn) 1 根據(jù)藥筒需要測(cè)量的關(guān)鍵尺寸的結(jié)構(gòu)要求 將待測(cè)尺寸分為 5 個(gè)步驟 進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn) 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量 設(shè)計(jì)藥筒抓手實(shí)現(xiàn)其藥筒的移動(dòng) 2 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適儀器完成設(shè)計(jì)方案 3 根據(jù)每個(gè)測(cè)量?jī)x器所測(cè)得的數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 對(duì)每個(gè)待測(cè)尺寸進(jìn)行分析 使之盡可能的滿足測(cè)量要求 4 對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)開發(fā) 使之要滿足使用者的使用要求 針 對(duì)內(nèi)徑檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)氣壓要求進(jìn)行檢測(cè) 若檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定 再進(jìn)行獨(dú)立的內(nèi)徑測(cè)量 支氣路的設(shè)計(jì) 27 致 謝 時(shí)光飛逝 歲月如梭 轉(zhuǎn)眼間 我的大學(xué)生活即將進(jìn)入尾聲 回首往昔 心 中充滿無限的不舍 在畢業(yè)論文完成之際 我向所有關(guān)心 幫助過我的人表示感 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 曾老師給了我很大的幫助 從系統(tǒng)的講解到工件的安 排和選型 都給我細(xì)致的指導(dǎo) 每次遇到疑惑 找到曾老師 他都會(huì)給我提問題 這樣帶領(lǐng)著我對(duì)問題的一步步深入分析 曾老師的治學(xué)態(tài)度 也讓我受益 他對(duì) 我要求深入細(xì)致地理解原理之后再使用相關(guān)元器件 這樣確實(shí)讓我對(duì)所用的部件 更加明了 也節(jié)約更多時(shí)間 每次去見老師 他都會(huì)慢慢細(xì)致地給我們講解每個(gè) 人的問題 幫助分析所做的任務(wù)及怎樣開展 和具體部件怎么理解和選用 這種 平易近人 仔細(xì) 有耐心的態(tài)度 對(duì)我有很多幫助 在校期間 無論是本班老師還是其他老師都給了我許多指導(dǎo)和幫助 我衷心 的向?qū)W校的所有老師表示感謝 同時(shí)感謝班里所有同窗好友的關(guān)心和幫助 感謝父母一直以來對(duì)我的關(guān)心和鼓勵(lì) 感謝他們不遺余力的支持是我 我一 定會(huì)不畏艱難 在未來的旅途中秉著一顆赤誠(chéng)而又堅(jiān)毅的心 一路披荊斬棘戰(zhàn)勝 沿途各種困難 學(xué)業(yè)即將完成 我將帶著師長(zhǎng) 家人的鼓勵(lì)和期望 人生的社會(huì)階段 28 參 考 文 獻(xiàn) 1 于海榮 特種彈藥藥筒尺寸自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量方法和軟件設(shè)計(jì)研究 D 國(guó)防 科技大學(xué) 2003 2 羅志超 藥筒幾何尺寸數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的研究 D 國(guó)防科技大學(xué) 2005 3 Stephen J Tallon CliveE Davies The Effect of Pipeline Locating on AcousticMeasurement of Gas Solid Pipeline Flow Flow Measurement and Instrumentation 2000 PP 165 169 4 蔡明知 用于長(zhǎng)度測(cè)量的位移傳感器及直線度補(bǔ)償器 D 大連理工大學(xué) 2008 5 伍濟(jì)鋼 薄片零件尺寸機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 D 華中科技大學(xué) 2008 6 葉宗茂 淺談三坐標(biāo)機(jī)對(duì)孔 軸 平面的正確測(cè)量 J 工具技術(shù) 2005 39 7 91 93 7 張志君等 導(dǎo)彈彈體坐標(biāo)幾何參數(shù)的檢測(cè) J 吉林大學(xué)儀器儀表學(xué)報(bào) 2006 27 6 10 11 8 劉志才 LVDT 位移傳感器數(shù)字信號(hào)處理算法及電路研究 D 浙江大學(xué) 2012 9 唐海勇 基于氣動(dòng)測(cè)量的球徑球度測(cè)量系統(tǒng)研究 D 合肥工業(yè)大學(xué) 2007 10 陳桂芬 套類零件全自動(dòng)生產(chǎn)線在線內(nèi)徑測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) J 機(jī)械制造與白 動(dòng)化 2005 06 84 85 11 徐富昌 機(jī)械制造領(lǐng)域中對(duì)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用探討 J 信息系統(tǒng)工程 2012 4 53 56 12 倪高紅 低速走絲線切割運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) D 南京航空航天大 學(xué) 2005 13 賀東坤 自動(dòng)化彈藥輸送線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) J 長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào) 2013 12 1549 1554 14 袁慧珠 精密砂輪劃片機(jī)的設(shè)計(jì)及精度分析 D 沈陽工業(yè)大學(xué) 2004 15 牛賈睿 零件內(nèi)孔尺寸氣電測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā) D 山東理工大學(xué) 2009 16 張根元 線陣 CCD 測(cè)量技術(shù)在煙草物理檢測(cè)中的應(yīng)用 J 工業(yè)計(jì)量 29 2004 1 31 33 17 Heydari M Varjani A Y Mohamadian M A novel variable speed wind energy system using induction generator and six switch AC AC converter C Power Electronics and Drive Systems Technology PEDSTC 2012 3rd IEEE 2012 244 250 18 C K IJuang L G Wang H C Tang Y S Tan Automatic laser inspection of outer diameter run out and taper of micro drills Materials Processing Technology 2006 171 19 李繪卓 電力配網(wǎng)線損管理系統(tǒng)的研究與開發(fā) D 電子科技大學(xué) 2004 20 張百春 機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室智能管理系統(tǒng) D 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 2009 21 史振國(guó) 嵌入式智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì) D 湖南大學(xué) 2007 22 hu C F Ji S J Zhao J L Research on Mathematical Model and Calibration of Weighing System by Digital Addition J Applied Mechanics and Materials 2012 151 101 104 23 顧強(qiáng) 張亞 路國(guó)英等 藥筒外形尺寸自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) J 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào) 2008 28 4 146 148 24 高遠(yuǎn)飛 王明泉 郭棟 基于 X 射線的藥筒質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù) J 應(yīng)用光學(xué) 2010 31 3 463 466 25 張秋鄂 工件幾何尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào) J 2004 年增 刊 1068 1071