汽车前减振器支柱总成装配机PLC控制系统.pdf

l 匐 化 汽车前减振器支柱总成装配机P L C 控制系统 An aut om obl i e f r ont S hOCk s t r ut s as sem bl y m achi ne bas ed on PLC c on t r ol 刘军 ，冯艳君 ，李中松 ，钟庆文 L I U J u n ，F E N G Y a n - j u n ，L I Z h o n g ． s o n g ，Z H ON G Qi n g - we n 1 ． 沈阳理工大学 信息科学与工程学院，沈阳 1 1 0 1 5 9 2 ． 沈阳天同工具有限公司，沈阳 1 1 0 0 4 4 摘要本文设计了用于汽车前减振支柱总成装配机的PL O电气控制系统。其中总成装配扭矩监测与控 制采用瑞典AT L A S CO P CO 公司生产的自动拧紧机实现。设计的P L C 控制系统采用日本三菱 电气生产的可编程逻辑控制器F X 2 N - 8 0 MR 作为主控 ，设计和开发了P L C电气控制硬件电路以 及P L C IJ 控软件 ，并实现了二者的有效集成。酌减振支柱总成批量装配试验证明，研制的P L O 电气控制系统满足装配系统功能及装配质量控制要求。 关键词 装配机 ；自动拧紧机 ；电气控制系统；P L C 控制 中圈分类号 T P3 6 8 ． 1 ； X 8 5 文献标识码A 文章编号 1 0 0 9 - 0 1 8 4 2 0 1 3 0 3 上 -0 0 1 5 - 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 9 4 ． 2 0 1 3 _ 0 3 ． ．E ． 0 5 0 引言 近年来 ，随着我 国汽 车工业的高速发展 ，对 于汽 车总成装配效率和装配质量提 出了更高 的要 求，因此迫切需要实现装配过程 自动化控制 以及 装配 质量 自动监测与保障 。汽车前减振支柱总成 是汽车 底盘前悬 架总成中的关键总成部件 ，对于 降低汽车 行驶过程 中的颠簸幅度和提 高乘用车驾 驶舒适性具有重要作用 。 前 减振 支柱总成主要包括减振杆 、橡胶垫 、 减振弹簧 、减振弹簧盖板 和螺帽 等部 件，总成 装 配 要求 将橡 胶 垫 、减振 弹 簧和 减振 弹 簧盖 板依 次穿过减振杆 ，然后将减振弹簧压缩并 穿过盖板 中心孔后将螺帽安装在减振杆末端 的螺钉上并拧 紧 。由于减振弹簧压缩后的弹力极大 同时要求减 振 杆末 端螺杆与螺帽的装配扭矩必须达到规定的 装配 质量要求才能满足减振器的可靠性和安全性 并保证 良好的减振功 能 ，因此必须采用高质量的 自动 化 装配 工艺 装置 夹具 才 能 实 现 上 述 装配 工艺及 质量要求 。根 据前减振 支柱总成装配机 的 夹具结构 以及装配工艺和质量要求 ，设计 了一种 实现前减振支柱总成弹簧 自动压缩、压缩位置 自 动检 测和控制 、总成 自动 装夹以及 螺钉螺帽 自动 拧紧的P L C电气控制系统 。 图1 前减振支柱总成装配机外观 1 系统结构与工作原理 前 减振 支柱 总成装配机 外观 如图 1 所 示 ，主 要 包括基座 、光杠 、直线轴 承、围栏框架 、上 滑 板 、下 滑 板 、夹具 、保 护机 械 手及 气 缸等 元部 件 组成 ，主要 完成 前减 振 支柱 总 成的 固定 和 防 护 、拧紧机拧 紧扳手升降定位 、减振弹簧压 紧和 放松 、前减振器总成装夹 、总成弹簧压缩安全保 护 、运 动部 件 上 下滑 板 、保 护机 械手 、夹具 等驱动等功能 。 收稿日期2 0 1 2 -1 0 - 3 0 作者简介刘军 1 9 7 2 一 ，男，辽宁沈阳人，副教授，工学博士，研究方向为传感器与检测技术、智能仪器及现场总线 控制系统。 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 3 上 [ 1 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 匐 ,fl u 2 P L C 控制系统的实现 2 ． 1控制要求 2 ． 1 ． 1机床上电、开机和紧停的功能设计 将位于机床 后部独立 电器 箱侧面的 总电源旋 钮开关 向右转动 ，接通机床总电源；将操纵按钮 盒上红色 “ 紧停 ”按钮向右扭 动使 之处于旋开状 态 ，然后按动 “ 紧停 ”按钮左侧的绿色 “ 电源” 按钮 ，此 时 ，绿 色 “电源 ”按钮 上 的绿色 灯 点 亮，表示控制电源接通，机床开机完成 。 在机床任意 工作 方式下 ，如遇 到危险情 况发 生时 ，按下红色 “ 紧停 ”按钮 ，将切断机床控制 电源，使机床关机而紧急停止工作。 2 ． 1 ． 2 机床的手动工作方式 将 “ 手动／ 回原位／ 自动 ”三位旋钮 开关切换 到 “ 手动 ”位置 ，则机床处于手动工作方式，此 时 ，除 “ 合格／ 不合格 ”指示灯 、 “ 不合格报警” 蜂 呜器 和 “ 扳 手故 障 ”指 示灯 外 ，按下 任何 按 钮，将执行相应动作 。 2 ． 1 ． 3机床的回原位工作方式 将 “ 手动／ 回原位， 自动 ”三位旋钮开关切换到 “ 回原位 ”位置 ，则机床处于回原位工作方式， 此时，再按下 “ 启动／ 回原位 ”按钮 ，则机床各执 行机构 自动 回到机床原位位置 。机床紧停后 ，如 果要恢复正常工作状态 ，必须首先进行机床回原 位 操作 。 2 ． 1 ． 4机床的自动工作方式 在机床回原位的前提下，将 “ 手动／ 回原位／ 自 动 ”三位旋钮 开关切换 到 “自动 ”位置 ，则机床 转 入 自动 工作方式 ；如 果机 床尚未回原位 ，则 即 使 将 “ 手动／ 回原位， 自动 ”三位旋钮 开关切换到 “自动 ”位置 ，机 床也 不能转 入 自动 工作 方式 ； 在机床 转入 自动工作方式的条件下 ，首先人工上 料 ，然后按动 “ 启动， 回原位 ”按钮 ，则机床依次 进行夹具 夹紧总成、机械手前进、下 滑板上升 ， 然后工人手动将螺母带上数 口，再次按动 “ 启动／ 回原位 ”按钮 ，则机床依次进行下滑板下降、延 时到后开始拧紧动作并拧紧合格、上 滑板上升 、 夹具二放松 、下滑板下降 ，最后人工取下工件 ， 至此，一个 自动装配周期结束 。 2 ． 1 ． 5工件定位故障处理 在每 个 自动周期 内，如果在人工上料完成且 按 动 “启动／ 回原位 ”按钮 后 ，机床 上 的工 件不 【 1 6 】 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 0 3 上 能正常定位 如连杆不能正常 穿过定位板 ，此 时，将 “ 手动／ 回原位／ 自动 ”三位旋钮开关切换到 “ 回原位 ”位置，则机床退 出 “自动 ”工作方式 而进入 “回原位 ”工作方式 ，此时再次按动 “ 启 动／ 回原位 ”按钮 ，则机床将重新回到原位 ，以便 于工件人工取出。 2 ． 1 ． 6 工件拧紧故障处理 在每个 自动周期 内，如果在工件成功定位、 手动将螺母带上数 口，再次按动 “ 启动／ 回原位 ” 按钮后 ，工件不能 正常拧 紧 不合格或拧紧超时 1 5 秒 以上 ，则机床将给 出 “ 不 合格 ”声光告警 或 “ 扳手故障 ”提 示 ，同时 自动 完成停止扳手正 转 、延时 1 秒 后上 滑板上升 、结束 自动 循环等 操 作，然后等待以 “ 手动方式”取出零件 。 2 ． 2 P L C控制系统设计方案 2 _ 2 _ 1 P L C 控制系统硬件选择 装配机P L C控制 系统 主要包括电源模块、控 制输 入模 块 、控 制输 出模 块 、 自动 拧 紧机设 备 三个部分 ，其 中电源模块包括控制电源、照明电 源 、拧紧机电源三个 部分 ；控制输入模块包括3 5 个开关量输入点 ，涉及控制按钮、工作方式转换 开关 、安全光栅 、限位开关等输入元件及相应线 路 ；控制输 出模块包括3 0 个开关量输 出点 ，涉及 自动拧 紧机设备控制接 口以及指示灯 、中间继电 器、气动电磁换 向阀等输 出元件 。因此 ，选用三 菱P L C F X2 N一 8 0 MR 作为控制器 ，它包括4 0 个开关 量输入点和4 0 个开关量输 出点 ，完全满足机床控 制需要。 自动拧紧机设备采用瑞典AT L AS CO P C O 公司生产的。 2 _ 2 I 2 系统电气原理图 2 _ 2 _ 3 P L C 软件设计 1 机床手动控制程序设计 手动控制程序设计是实现 回原位 、 自动控制 功能的基础，通过 手动程 序，验证 了机床各机构 如上滑板、下滑板、夹具 、机械 手等动作 的可靠 性 。 2 机床 回原位控制程序设计 回原位 控制 共分为 五个控制 步 ，步1 实现 上 滑板上升 ；步2 实现下滑板下降 ；步3 实现夹具放 松 ；步4 实现机械手后退 ；步5 实现拧紧扳手复位 和报警指示复位 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 化 I l ／ 嚣 茎 产 差 2 l 一 ， 二 1 D 、 ＼ 叫 口l{ 口l} ⅡI{口I} 叫 刊 I N IIN C N C o。M 『2 4J coM 『2 4 X O X 1 2 Ix 3 x 4 Jx s x fx ， J X fx 奉 ts1 sJⅪ 6} fw c N C x J x 。 L lP E l l l I F X2 N- 8 O MR可编辑控制器基本单元 ， C晰 H Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 N c v lY 5 Y 6 Y 7 N c 1 0 ／ ll Y Y 3 }N c {lY lY t s IY 4 Y 1 N c o Y 2 1 Y 2 Y 2 J 二][ ] l 出 l l K2 l 3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 夹具二上滑板 下滑板 下滑板夹具二 机械手 放下 上下 上夹后前 松降 升降 升 紧退 进 Y v 1 1『 v 2 w]Y V 4 w5 w6．f W w8 夹具二 上滑板 下滑板夹具二 机械手 放下 上 下 降上 升夹 紧后退 前 进 松降 升 气阔气阀气阀气阀气阀 气气 气 阀阀阀 图2 P L C 控 制系统电气原理图 3 机床 自动控制程序设计 自动控制共分为 I 1 个控制步 ，按下启动按钮 后执行步 1 ，步I 实现拧 紧扳手 复位和报警指示复 位 ；步2 实现夹具 夹紧 ；步_j 实现机械手前进 ；步4 实现下滑板上升 以便工人安装螺帽 ；再次按下启 动按钮执行步5 ，步5 实现上滑板下降；步6 控制拧 紧扳手正转；步7 实现根据拧紧合格或不合格信号 控制扳手停转或转入拧紧故障处理。步8 实现上滑 板上升 步9 实现下滑板 下降 ；步1 0 实现夹具 放 松 步 1 I 实现机 械手后退，然后人 工下料 完成一 次 装配 过程 。 图3 机床手动控制程序中上下滑板控制部分的梯形图 图4 机床自动控制程序中自动步1 部分的梯形图 3 装配试验结果 采用上述P L C控制 系统对I ． 6 T和1 ． 6 L 两种不同 车型 中的前减振支柱总成进行 了拧紧装配试验 。 【 下转第2 7 页】 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 - 0 3 上 【 1 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 化 3 文献【 6 】 的计算中把 目标与相机 的距离作为 已知 ，这一 点在实际应用 中受到局限。而本文的 方法通过人行横道标记巧妙地获得了这个距离。 5 结束语 综上所 述 ，本文对基于单幅运动模糊 图像 的 车速 测量方法 的改进主要体现在 用 隔行 扫描判 断车速变化情况 、分离散焦模糊和分离车轮 的旋 转模糊等 ，并灵活地获取 了 目标 与相机之 间的距 离 。实验结果的误差率在8 ％以下 ，证明该方法还 是具有一定的可行性 ，误 差还 比较大 ，虽然通过 多次抠图可以一定程 度减小误差 ，但是还存在一 些需要改进的方面，例 如，尝试使用采样和传播 相结合的鲁棒抠 图算法 来完成抠图，从运动模糊 和散焦模糊 以加权和形式混合 的角度去研究分离 方 法 。 参考文献 【 1 】池 墨 ． 2 01 1 年 全 国 交 通 事 故 造 成 6 2 3 8 7 人 死 亡 [ E B／ oL1 ． 2 01 2 2 9． [ 2 】贾满磊． 超速车辆自动检测系统的设计与实现[ D】 ． 上海 同济大学， 2 0 0 9 ． [ 3 】陈卓． 交通监测雷达的多目标分辨算法研究[ D】 ． 西安 西 安电子科技大学， 2 0 1 0 ． [ 4 】 Hu e i Yu ng Li n ， Ku n J h i h Li ， Chi a Ho ng Ch a ng ． Ve hi c l e s p ee d de t e c t i o n f r om a s i ng l e m ot i on b l u r r e d i ma g e [ J ] ， I ma g e a n d Vi s i o n Co mp u t i n g ， 2 0 0 8 2 6 1 3 2 7 1 3 3 7 ． [ 5 】Xu Ti n g Fa ， Zha o Pe ng ． I ma g e mot i on - b l u r ba s e d o b j e c t ’ S s p e e d me a s u r e me n t u s i n g a n i n t e r l a c e d s c a n i ma g e [ J 】 ． M EAS UREMENT S CI ENCE AND TE CHN0LoGY． 2 0 1 0 ， 2 1 0 7 5 5 0 2 ． [ 6 】许 元 男， 赵远 ， 刘 丽萍， 孙秀冬 ． 基于 局部运动 模糊 图像的 测速方法[ J 】 ． 光电工程 ， 2 0 0 9 ， 3 6 1 0 7 1 8 0 ． 【 7 】贾亚 佳 ． S i n g l e I ma g e Mo t i o n De b l u r r i n g Us i n g T r a n s p a r e n c y [ C 】 ． I E E E ． 2 0 0 7 ， 1 - 4 2 4 4 - 1 1 8 0 - 7 ． [ 8 】An a t Le v i n ，Da n i Li s c h i ns k i ，Ya i r W e i s s ． A Cl os e d Fo r m S ol u t i on t o Na t u r a l I ma g e Ma t t i n g[ J 】 ． I EEE TRANSACT1 0NS oN PATTERN ANALYSI S AND MACHn E I NT EL LI GE NCE．2 0 0 8 ． 3 0 2 2 2 8 2 4 2 ． 【 9 】战荫伟． 自然图像抠图方法的研究[ D】 ． 广州 广东工业大 学， 2 0 0 9 ． ●囊● {蠡‘ 妇． 矗‘出． 重● 重● ． 出． 盘● 出． 矗I 矗‘ ． 矗‘ 童‘ 矗● 矗● 童‘ 蠡● 盘● {童‘ |矗‘ ． ． 矗● 【 上接第1 7 页】 其中1 ． 6 T 总成的压紧装配长度为3 0 0 mm，而1 ． 6 L 总 成 的压 紧装配长度为4 0 0 mm，因此通过在高度上 相距 l O O mm的两个位置安装两个非接触式电感式 接近开关 实现 装配机 中下 滑板位置 的检 测并通过 P L C输 出开关量控制电磁换 向气 阀进而控制下 滑 板升降气缸压 紧减振器弹簧 。对上述两种 产品进 行小批量装配试验 以及后续 生产装配试验 ，其一 次装配合格率均达到1 0 0 ％，证明设计的总成装配 机、装配夹具、P L C 控制系统满足 了系统功能及装 配工艺要求 。 4 结束语 根据前减振 支柱 总成装配机的设 计功能要求 和装配工艺要求 ，同时满足装配机适应 多品种 、 小批量生产的需求 ，设计 了一种实现乘用车前减 振支柱总成拧紧装配控制的P L C 控制系统，装配试 验及生产运行结果表 明，该控制 系统满足 了装配 机的各项设计功能和装配工艺要求 ，总成装配合 格率达到1 0 0 ％。 参考文献 [ 1 】栾继光． 前减振支柱总成在 线检具 的设计[ J ] ． 现代制造工 程， 2 0 0 3 1 2 8 1 8 2 ． 【 2 】王少纯， 邓宗全， 戴 达军等． 汽车减振器 自动装配线 自动注 油机研究【 J 】 _ 汽车工艺与材料， 2 0 0 2 1 1 8 1 8 2 ． 【 3 】王少纯， 邓宗全， 韩秀琴等． 汽车减振器半自动装配线设计 【 J 】 ． 汽车工艺与材料， 2 0 0 3 7 1 7 2 0 ． [ 4 】王 少纯， 孙玉 喜等． 汽车减 振器 自动装配线垫 圈 自动供料 机研 究【 J ] ． 机 械设计与制造， 2 0 0 3 1 8 3 8 4 ． 【 5 】李艳 娟． 基于P L C的注汽机控制 系统 【 J 】 ． 仪表技 术与传感 器， 2 0 1 1 5 6 5 6 6 ． 【 6 】刘玉梅 ， 郝万新， 李忠明． 基于P L C 控制 的双蓄 热式钢包烘 烤器 自动控制系统[ J 】 ． 仪表技术与传感器， 2 0 0 8 3 9 4 9 6 ． 第3 5 卷第3 期2 0 1 3 - 0 3 上 【 2 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m