基于PLC的回转支承装配检测台控制系统设计.pdf

l lI5 化 基于P L C 的回转支承装配检测台控制系统设计 Desi gn o f cont r ol s ys t em of as s em bl i n g and t e st i ng b ench of sl ew i ng bear i ng bas ed on PL C 彭洋，余晓流 ，谈莉斌 PE NG Ya n g，YU Xi a o ． 1 i u。T AN L i b i n 安徽工业大学 机械工程学院，马鞍山 2 4 3 0 3 2 摘要 针对目前回转支承装配和检测中存在的装配质量差、检测强度大等问题，设计了一种基于P L O 的回转支承装配检测台控制系统 ，该系统由装配和检测两部分组成。本文设计了装配检测台 的结构和工艺流程 ，并由此提出了控制系统的控制要求，进而阐述了控制系统的硬件组成和 软件设计。结果表明，该控制系统操作方便、自动化程度高，具有一定的工程实用价值。 关键词 P L C；控制系统；回转支承 ；检测；装配 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 0 8 上 ． 1 2 0 引言 目前 ，对 回转支承 的装配大 多采用传统的人 工方式 ，通过人 力使 回转支承的内外 圈旋转以便 滚 动 体 的 装填 ，这 种 方 式 劳 动 强 度大 ，装 配 质 量 差 ；同时，对 回转支承的检测大多采用人工操作 百分表、塞尺 等简单仪器的方式，检测强度大， 作业效率低，且这种人工装配 和检测方式对大型 回转支承很难 完成 。而现有的回转支承装配和检 测装置较 少，主要针对某些特定型号和尺寸的回 转支承，检 测项 目单一，且需要配合简单仪器进 行检测， 自动化程度低 。针对上述 问题 ，提出了 基于P L C 的回转支承装配检测台控制系统的设计 。 该系统以P L C 为控制核心，交流伺服驱动系统为动 力元件 ，传感器为检测元件 ，来实现 回转支承的 装配和多参数 轴向间隙、径向间隙、齿圈跳动和 空载启动力矩 检测，以提高回转支承的装配质量 和 检 测精度 。 1 装配检测台结构和工艺流程 1 ． 1装配检测台结构 装配 检测台以内齿式或外齿式非风电 回转支 承为对象，一方面可完成回转支承 内外圈和滚动 体 的装配 ，另一方面可用于回转支承轴 向间隙、 径向间隙、齿圈跳动和空载启动力矩的检测。 据此，设 计完成的装配检 测台结构主要包括 轴向模块、径 向模块和旋转模块，如图1 所示为回 转支承装配检测台示意图。 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 8 上 一0 0 3 6 0 5 1 ． 轴 向模 块 ；2 ． 径 向 模 块 ； 3 ． 旋转 模 块 图1 回转支承装配检测台示 意图 轴 向模 块有三组 3 6 0 。均布 ，且主要 由装 夹机 构和 顶升机 构组 成 。装夹机 构用 于 回转 支 承 内外圈的三点装夹定心，通过电机来实现定心 运动 ；顶升机构用于实现 回转支承内外圈轴 向运 动 ，以便 电涡流位移传感器对轴向间隙的检测 ， 同时 由于被检测对象为大型 回转支承且轴 向运动 精度对检测结果影响大，故采用三组电动推杆同 步推动顶升机构来实现 轴向运动 。径向模块主要 包括螺杆机构 、电动推 杆、位移传感器等，是用 于回转支承径 向运动和径向间隙检测。旋转模块 主要包括齿轮机构、电机、位移传感器和力矩传感 器等，一方面用于回转支承内外圈的旋转运动，另 一 方面用于齿圈跳动和空载启动力矩的检测。 1 ． 2装配检测台工艺流程 装配检测台工艺流程主要包括装配模式和检 测模式，如图2 所示为装配检测台工艺流程图。 首先判断 回转支承 是内齿还是外齿 ，若是内 齿则将齿轮机构手动进给至检测 台内侧 ，装夹机 收稿日期2 0 1 3 - 0 5 - 2 3 基金项目安徽工业大学研究生创新研究基金 2 0 1 2 0 4 9 作者简介彭洋 1 9 8 9一，男，安徽六安人，硕士，研究方向为机电一体化技术。 【 3 6 】 第3 5 卷第8 期2 0 1 3 0 8 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 甸 似 图2装配检测 台工艺流程 图 构位于原点附近， 若是外齿则将齿轮机构位于外侧， 装夹机构 自动进给至内侧位置A A 距检测台中心距离 a 2 O O mm ， 然后再选择装配模式或检测模式。 1 装配模式 利用三组装夹机构将 回转支承 进行装夹定心 ，然后通过回转支承的工艺孔装填一 个滚动体至滚道内，装填完后利用齿轮机构带动回 转支承旋转一定角度 ，继续装填一个滚动体，如此 循环 ，直至装配完成 ，再进入检测模式。 2 检 测模式分为轴向间隙、径 向间隙以及齿 圈跳动和空载启动力矩 。 1 轴向间隙检测首先将三组顶升机构进给 至 回转支承有齿 圈的下部确定位置 ，再通过顶升 机构实现 回转支承的轴 向运动 ，最后通过位移传 感器检测轴向位移。 2 径 向间隙检测首先将螺杆机构与回转支 承上的螺栓孔手动连接 固定 ，再利用螺杆机构实 现 回转支承的径 向运动 ，最后利用位移传感器检 测径 向位移。 3 齿 圈跳动和空载启动力矩检测 首先将齿 轮机构与 回转支承有齿圈手动啮合 ，其 次通过 齿 轮机 构实现回转支承的旋转运动 ，最后利用力矩 传感器检测空载启动力矩 ，同时利用位移传感器 检测齿轮机构与 回转支承有齿圈的 中心距变化， 即为齿圈跳动 。 2 控制系统控制要求 根据装配检 测台工艺 流程 的分析 ，对其控制 系统提出以下控制要求 1 初 始 内外 齿 判断 即 装夹机 构位 置 的判 断，内齿时P L C控制装夹机构位于原点附近 ，外 齿时P L C通过伺服驱动器控制三组进给伺服电机 运动 ，电机再通过滚珠丝杠带动 装夹机构进给至 A处。每组装夹机构的行程极限和参考原点由接近 开关控制。 2 定心运动P L C控制三组进给伺服 电机运 动 ，电机通过滚珠丝杠带动装夹机构直线运动 ， 三组装夹机构 同时对 回转支承进 行装夹 ，从而实 现回转支承的定心运动。 3 旋转运动P L C通过伺服驱动器控制传动 伺服 电机运动 ，电机再通过减速器带动齿轮机构 旋转运动，从而实现回转支承的旋转运动 。 4 人 工辅助装配人工装填一个滚动体后 ， P L C根据被装配 回转支承所需的滚动体数N，控制 回转支 承旋转 J D _U - ，再装填一个滚动体 ，如此循 环 ，直至装填 完成。为了操作者装填滚动体 时的 安全，利用脚踏开关来判断 回转支承是否旋转运 动，脚开关有效则旋转回转支承，相反则停止。 5 轴 向运动 P L C 通过伺服驱动器控制 三组 电动推杆带动顶升机 构直线运动 ，三组顶升机构 同步对回转支承 有齿 圈进行顶升 ，实现回转支承 轴向运动 ；径向运动P L C 控制电动推杆带动螺杆 机构直线运动 ，从而 实现 回转支承径 向运动 。利 用压力传感器控制轴向和径向运动极限位置 。 6 参数 检测和处理 P L C 控制 电涡流位移 传 感器检测轴向间隙、径 向间隙和齿 圈跳动，控制 力矩 传感器检测空载启动力矩 ，并采集数据进行 处理，由触摸屏显示。 3 控制系统硬件组成 控制系统硬件主要由P L C、触摸屏、交流伺服 驱动系统 、传感器、光栅尺等组成，如图3 所示为 控制系统硬件组成。 位 力 压 触 移 矩 力 接 摸 传 传 传 近 屏 感 感 感 开 器 器 器 关 个 五 四 九 个 个 个 个 r 1 【 _ _ T r r I 可 编 程 控 制 器 P L c l 伺服驱动器 l 伺服驱动器l 伺服驱动器 三组 I 一组 l E m 组 e e 进给伺服 传动伺服 恫 服电动 电 机 电 机 l推杆 图3 控制系统硬件框图 第3 5 卷第8 期2 0 1 3 0 8 上 【 3 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 訇 出 判断、装配模式和检测模式。在P L C 程序编写前 ， 须知道P L C的控制流程，P L C控制流程是根据控制 系统的控制要求制定的。 1 内外齿判断P L C控制流程 原点信号 重 脉冲数 c计算 二][ 进给电机运动 二 进给至 A处 I堕 塞 l 图6 内外齿 判断P L C 控制流程 如 图6 所示为内外齿判断P L C控制流程 。装配 检测开始前需判断 回转支承是 内齿还是外齿 ，若 是内齿 ，P L C接收到原点接近开关信号时，控制装 夹机构回原点；若是外齿 ，P L C 计算装夹机构进给 至A处 电机所需脉冲数c ，从而控制三组进给 电机 运动，带动装夹机构进给至A处 。 2 装配模式P L C 控制流程 如 图7 所示为装配模式P L C控制流程 。装配开 始后，P L C计算进给电机进给运动所需脉冲数n 通 过 回转支承滚道直径求的 ，根据脉冲数P L C 控制 三组进给电机进给运动进给运动完成后P L C接收 到脚开关信号，控制传动电机旋转e 等，同时 计数器值N减1 ，若N不等于0 ，则继续判断脚开关 信号，如此循环 ，直至N 0 ；装配完成后，三组进 给 电机根据原点接近开关信号回原点 ，同时计数 器复位。 图7 装配模式P L C 控制流程 3 检测模式P L C 控制流程 检测模式P L C控 制流程 分为轴 向间隙径 向间 隙、齿圈跳动和空载启动力矩 检测控制流程 ，如 图8 所示。 1 轴向间隙检测控制流程 P L C计算三组进给 电机进给运 动所需脉冲数 m 顶升机构进给至有齿圈下部 ，从而控制电机运 动 ；进给运动完成后，三组 电动推杆开始 同步运 动，同时电涡流位移传感器开始检测，当P L C 接收 到压力传感器信号时，电动推杆停止运动 ，同时 P L C 采集位移传感器的电压变化数据，并将其存入 数据存储器中；P L C 对采集数据进行运算处理，结 果 由触摸屏显示。 2 径 向检测控制流程 首先P L C 控制电动推杆正向运动，同时位移传 感器开始检测 ，当接收到压力传 感器 的信号时 ， 正 向运动停止并将此时采集的数据1 存储在数据存 储器 中；其次P L C 控制电动推杆反向运动，当接收 到压力传感器的信号时，反向运动停止并将此时 采集的数据2 也存储在数据存储器 中P L C 对采集 的数据进行运算处理并由触摸屏显示。 3 齿圈跳动和空载启动力矩控制流程 P L C接收到脚开关信号后，控制传动电机旋转 运动 ，同时采集 电涡流位移传感器 的数据 ，并采 集力矩传感器的数据 ，将采集的数据存储于数据 存储器中，结果 由触摸屏以图表方式显示。 轴 向 检测开始 J 一 器蜜 申圈 墓 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l lI5 似 参考文献 【 1 ]车 晓． 我国汽车驾驶人过2 亿 交通安全任重道远 【 J ] ． 道路 交通管理． 2 0 1 3 ， 3 ， 9 ． 【 2 】L i n ， T． 一 T． ，Ts a i ，A C． ， e t a 1 ． A r e a l t i me s t e r e o v i s i o n s y s t e m f o r o b s t a c l e d e t e c ti o n a n d e c o g n i ti o n ． Ame r i c a n S o c i e t y o f Ag ri c u l t u r a l a n d Bi o l o g i c a l En g i n e e r s An n u a l I n t e r n a t i o n a l M e e t i n g 2 01 2 6 ． P P ． 4 9 4 3 4 9 5 9． 【 3 】T a k e o Ka t o ，Yo s h i k i Ni n o mi y a ， 2 c h i r o Ma s a k i ． P r e c e d i n g v e h i c l e r e c o g n i t i o n b a s e d o n l e a r n i n g f r o m s a m p l e i ma g e s [ J ] ． 2 E EE TRANS ACT1 0NS ON 2 NT ELLI GENT T R A NS P oR T A T 1 0 N S YS T E MS ． 2 0 0 2 ． 3 4 2 5 2 2 6 0 ． 【 4 】Yi n g C K， Ne n g S P ， Ye n F L ． Vi s i o n b a s e d v e h i c l e d e t e c t i o n f o r a d riv e r a s s i s t a n c e s y s t e m 【 J 】 ． Co mp u t e r s Ma t h e ma t i c s w i t h Ap p l i c a t i o n s ， 2 0 1 1 ， 6 1 8 ， 2 0 9 6 21 0 0 ． 【 5 】迟健 男， 张朝晖， 周楠楠等． 基于特征的车辆 目标复合探 测 方法研究 [ J 】 ． 仪器仪表学报， 2 0 0 8 ， 2 9 1 2 2 5 5 3 2 5 5 8 ． [ 6 ]高德芝， 段建民， 于宏啸． 基于激光雷达和摄像机的前方车 辆检测[ J ] ． 北京工业大 学学报． 2 0 1 2 ， 3 8 9 1 3 3 7 ． 1 3 4 2 ． 【 7 】曾庆跃， 丁友东． 旧电影中基于Ho u g h 变换直线划痕的检 测[ J 】 ． 计算机工程与设计， 2 0 1 0 ， 3 1 4 8 4 3 8 4 6 ． 【 8 】滕今 朝， 邱杰 ． 利用H o u g h 变换实现直线 的快 速精确检测 【 J J _ 中国图象图形 学报， 2 0 0 8 ， 1 3 2 2 3 4 2 3 7 ． [ 9 ]范九伦， 赵凤． 灰度图像的二维O t s u 曲线阈值分割法[ J ] 电 子学报． 2 0 0 7 ， 3 5 4 7 5 1 - 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