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畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1 畢業(yè)設計的任務和要求 1 1 了解所測零件的結(jié)構(gòu)特征 1 2 熟悉和掌握目標零件各待測尺寸的測量原理和方法 1 3 根據(jù)選定的測量方法和原理 設計出相應的控制系統(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 選定控制設備 編輯控制程序 1 5 要求 系統(tǒng)簡單易行 工作可靠 2 畢業(yè)設計的具體工作內(nèi)容 2 1 確定零件尺寸測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 完成程序的驗證 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 3 對畢業(yè)設計成果的要求 3 1 提交畢業(yè)設計開題報告和說明書各一份 3 2 提供氣動系統(tǒng)原理圖和布局圖 3 3 所設計控制系統(tǒng)的控制原理圖 3 4 提交相關內(nèi)容的外文翻譯一份 4 畢業(yè)設計工作進度計劃 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 方案設計 開題報告撰寫 結(jié)構(gòu)設計 控制系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計說明書撰寫 資料整理 打印 論文提交 評閱 答辯 學生所在系審查意見 同意下發(fā)任務書 系主任 2016 年 3 月 22 日 1 譯文 激光測徑儀的發(fā)展 Daisuke Knono 測徑儀大至分激光掃描測徑儀 CCD 投影測徑儀 激光衍射測徑儀 其中前 兩者都屬光學的幾何原理 后者為利用光學的波動原理 CCD 投影測量徑儀 由于電機速度畢竟有限 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 成像法測量直徑 在國內(nèi)以上海歐勒在這方面做得較早 其光源采用波長較長 的紅外光 抗干擾較強 由于少了許多機械件 所以設備較穩(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量 但又 不能太細 太細會有掃描測徑儀相同的問題 激光衍射測徑儀 利用衍射原理測量細線的直徑 此技術(shù)與前兩項剛好相 反 只適用于測小直徑的細絲 而且越細越好 因為此技術(shù)是利用衍射原理 理論只有當波長與被測物相近或大于被測長物時衍射最明顯 據(jù)網(wǎng)上查詢 目 前輝煌在這方面處于領先地位 其產(chǎn)品在測量 5um 到 300um 的細絲是沒問題的 根據(jù)其廣告宣傳最大可以測量到 500um 其精度由于限于標準樣件和測試環(huán)境 的影響 現(xiàn)在只有 0 2um 左右 但其重復精度相當高 這是細絲測徑儀的一個 發(fā)展方向 在大直徑測量方面 據(jù)廣告資料顯示 現(xiàn)在市場上明銳做的測徑儀最大已 經(jīng)可以測量 400mm 而真尚有測徑儀通過多傳感器協(xié)同工作也可測直徑高達 500mm 上海共久電氣有限公司測徑儀通過雙光路邊緣測量原理 已經(jīng)實現(xiàn) 1600mm 最大外徑測量 并以在大型管道行業(yè)投入應用 大直徑測量主要有兩個 方向 一個是通過雙鏡頭實現(xiàn) 但這樣會犧牲一些小直徑的測量范圍 另一種 是通過單鏡片實現(xiàn) 但這樣對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 測量原理 目前 國內(nèi)比較常用的兩種非接觸測量方法 一種是基于 CCD 器件接收光 信號的測量方法 另一種是激光掃描測量方法 兩種方法各有各的優(yōu)勢以及劣 勢 下面讓我們來看看他們的基本工作原理 第一種測量原理 CCD 尺寸測量 CCD 尺寸測量系統(tǒng)基本都由 CCD 像傳感器 光學系統(tǒng) 微機數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)組成 我們先來看一下采用 CCD 測量的基本原理 線陣 CCD 平行光法進行非接觸測量的基本原理 將線陣 CCD 置于平行光路 被測物放于 CCD 前方光路中 射向 CCD 的光就被物體擋住一部分 因此 CCD 輸 出的信號就有一個凹口 顯然 凹口的寬度與物體的尺寸有一一對應的關系 我們利用數(shù)字電路設計和計算機處理就很容易的得到凹口對應的 CCD 像元數(shù) 從而計算出被測物體的尺寸 但是我們也很容易的發(fā)現(xiàn)一個問題 這種測量方 法要求 CCD 光敏區(qū)的長度大于被測物體的尺寸 而大尺寸的 CCD 特別昂貴 所 以必須通過其他方法來實現(xiàn)光的接收 CCD 尺寸測量基本原理 顯然 CCD 接收法它具有一些獨特的一般機械式 光學式 電磁式測量儀無 法比擬的優(yōu)點 這與 CCD 本身的自掃描高分辨率高靈敏度結(jié)構(gòu)緊湊位置準確的 特性密切相關 其中關鍵的技術(shù)就是光學系統(tǒng)的設計和 CCD 輸出視頻信號的采 集與處理 但是也存在著很多常見的問題 諸如結(jié)構(gòu)復雜 成本高等缺點 下 面讓我們來看一下 CCD 測量的方法有哪些缺點 1 采用 CCD 接收然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的方法 測量的精度受限于 CCD 像元 的大小 我們知道 CCD 像元不管哪個部位接收到光 都會將接收到的光信號轉(zhuǎn)化 成電信號 從而制約了 CCD 測量方法的測量精度 當然我們也可以采用盡量小 的 CCD 像元 使它的測量誤差盡量減小 但我們也知道 CCD 的像元越小 CCD 的成本就越高 這是一個沒辦法回避的矛 2 同時 由于我們知道 CCD 光敏區(qū)一般為 28mm 這就直接限制了被測物 體的大小 系統(tǒng)的型號受限 3 3 衍射 我們知道衍射在精密測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 是一個一個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 第二種測量原理 激光掃描測量 激光掃描測徑儀系統(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 學系統(tǒng)后 形成與光軸平行的連續(xù)高速掃描光束 對被置于測量區(qū)域的的工件 進行高速掃描 并由放在工件對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被遮斷 所以通過分析光電接受器輸出的信號 可 獲得與工件直徑有關系的數(shù)據(jù) 為保證測量的高精度以及可靠性 光掃描計量 系統(tǒng)必須滿足以下三點基本要求 1 激光束應垂直照射被測物體表面 2 光束必須對物體表面做勻速直線掃描運動 3 掃描時間必須測的很準確 而在現(xiàn)實情況下 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 這樣就會產(chǎn)生原理誤差 綜上所述 我們可以看出 使用 CCD 進行測量的這種方法有它的優(yōu)點 但 同時也有它自己無法克服的缺點 再看利用激光掃描測量直徑的方法 雖然會 出現(xiàn)如掃描速度達不到均勻而產(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 計 開 題 報 告 1 結(jié)合畢業(yè)設計情況 根據(jù)所查閱的文獻資料 撰寫 2000 字左右的文 獻綜述 文 獻 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 都是依靠手工測量來實現(xiàn) 這種高強度 低效率的測 量方式 勢必會引入人為主觀因素 造成測量誤差 因而需要開發(fā)一套自動化測量設 備來代替手工檢測 1 3 1 2 研究意義 本研究課題為實現(xiàn)藥筒尺寸自動測量的專用設備 能夠?qū)崿F(xiàn)該型藥筒尺寸自動側(cè) 量等功能 具有高效率 低誤差 高精度 可以實現(xiàn)柔性參數(shù)設定 實現(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)省多名手工測量人員 而且該設備能夠使得 該藥筒工件易于管理和質(zhì)量監(jiān)測 滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求 為提升我國軍用測量設備 的水平做出貢獻 4 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前藥筒尺寸的自動化測量 還沒有一套成型的系統(tǒng)測量方法 大多數(shù)關于藥筒 測量方面的研究 只是針對單一或少量幾何尺寸進行測量 功能比較單一 集成化低 測量不夠全面 5 6 70 年代以前 我國軍用測試設備的自動化程度是很低的 以手工操作為主 測量 設備是為了某種測量目的而專門設計制造的 難以改作它用 稱為第一代軍用測量系 統(tǒng) 70 年代末 80 年代初 我國的軍用自動測量設備轉(zhuǎn)入以 GPIB 和 CAMAC 總線為主的 半自動和自動測試階段 7 9 與以前的專用設備比較 采用 GPIB 總線和 CAMAC 總線 武 器系統(tǒng)測量設備箱標準化 模塊化 通用化體制邁進了一大步 提高了設備的重復利 用 率 避免了各型號或同型號不同批次測量設備的重復性研制 降低了設備投資 技術(shù) 上 達到了相互交流和繼承 使用上達到了成果共享和設備通用 因此縮短了研制周期 節(jié) 省了人力和資金 成為第二代軍用測量系統(tǒng) 90 年代初 隨著 VXI 總線的逐漸普及 我國的軍用自動測試設備越來越多的采用 VXI 總線 稱之為第三代測量系統(tǒng) 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展 我國的測量儀器的生產(chǎn)規(guī)模 和生產(chǎn)能力僅次于美國 日本 英國 德國 法國 居世界第六位 但這些測量儀器 主 要是中 低檔儀器 10 3 長度尺寸測量 經(jīng)過廣泛查詢對比長度尺寸測量儀器資料 差動變壓器式傳感器可以被用于該 藥筒長度測量 差動變壓式傳感器是將線性變化的機械量轉(zhuǎn)化成電量的變化 11 差 動變壓器式位移傳感器初級繞組接通交流電源后 兩個次級繞組由于互感作用產(chǎn)生了 感應電動勢 E2 1 與 E2 2 如果把兩個二次線圈的同名端相連接 會在另一對同名端產(chǎn) 生一個與鐵芯位移成線性函數(shù)關系的特性曲線 當鐵芯位于兩個二次線圈中間位置時 兩個線圈的電動勢相等 即 E2 1 E2 2 0 輸出電壓為 0V 把此時的電壓值稱為 零點電壓或殘余電壓當鐵芯偏離中間位置時 兩組線圈產(chǎn)生的互感發(fā)生變化 兩個次 級線圈中的感應電動勢不再相等 便有電壓輸出 輸出電壓的大小和鐵芯的位移量有 關 輸出電壓的相位取決于鐵芯移動的方向 12 4 外徑測量 激光測徑儀箱體內(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 傳到光電探測器上 就會有信號產(chǎn)生 然后通過光電傳感器將此信號傳到 計 算機上進行處理 便可獲得測量工件的直徑值 13 5 內(nèi)經(jīng)測量 電子柱式氣動量儀的設計原理是比較測量法 其測量方法是將長度信號轉(zhuǎn)化為氣 流信號 再通過氣電轉(zhuǎn)換器將氣信號轉(zhuǎn)換為電信號 由發(fā)光管組成的光柱顯示出測量 值 一套運用電子柱式氣動量儀建立的完整氣動測量系統(tǒng) 一般包括 氣壓閥 放大器 氣 動測頭 標定規(guī) 連接器及其他附件組成 14 6 底厚測量 機器視覺技術(shù)以其處理速度快 包含信息量大和方便實現(xiàn)自動化等特點 已經(jīng)廣 泛 的應用于工業(yè)自動化控制領域 機器視覺是運用計算機模擬人的視覺功能 代替人眼 實 現(xiàn)測量和判斷 機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺采集裝置 對目標區(qū)域進行圖像采集 然后將其轉(zhuǎn)換成圖像信號 傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)軟件 再對特征信息進行分析 處 理 轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號被計算機識別控制 15 參考文獻 1 錢杏軒 鋼制整體引伸藥筒的設計與制造 M 國防工業(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用及發(fā)展趨勢 J 工程塑料應用 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 張會生 可燃藥筒點火問題淺析 彈道學報 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 工件幾何尺寸自動測量系統(tǒng) 電子測量與儀器學報 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 一種新型光學快速自動聚焦系統(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制的刀具檢測方法 J 中國機械工程 2008 19 17 2024 2028 16 張秋鄂 工件幾何尺寸自動測量系統(tǒng) 電子測量與儀器學報 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 計 開 題 報 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量集成了多種測量方式 包括全長測量 內(nèi)徑測量 兩檔 外徑測量等 綜合以上測量類別 將藥筒測量歸結(jié)為三大類 即長度測量技術(shù)以及內(nèi) 外徑測量技術(shù) 本文主要研究內(nèi)容是某藥自動測量控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計 首先闡述課題的研究目 的及意義 其次通過對藥筒尺寸特點分析 將藥筒尺寸分為對長度值 內(nèi)徑值 外徑 值 的測量 按照不同的尺寸類型探討測量的方法及原理 然后進行總體規(guī)劃 明確 該型檢測設備機械部分如何開發(fā)設計 PLC 控制系統(tǒng)的搭建 并重點對控制系統(tǒng)的搭 建與開發(fā)進行詳細闡述 2 研究的方案 對于該型藥筒的長度尺寸檢測 為了滿足到達檢測精度要求和自動化檢測的要 求 需要尋找一款簡單適用的測量儀器 經(jīng)過廣泛查詢對比長度尺寸測量的儀器資料 差動變壓器式位移傳感器可以被用于該型藥筒自動測量的長度值測量 差動變壓器式 位移傳感器是將線性變化的機械量轉(zhuǎn)化成電量的變化 圖 4 1 差動變壓器式位移傳感器原理圖 針對該型藥筒的內(nèi)徑尺寸測量 經(jīng)過查找論證 選用成熟的電子式氣動量儀 比 較容易滿足于藥筒內(nèi)徑值檢測 電子式氣動量儀是一種針對內(nèi)外徑尺寸 運用非接觸 式測量方法的精密測量儀器 它能夠滿足自動化檢測要求 具有高效的測量效率 圖 4 2 典型氣動測量系統(tǒng)連接圖 針對該型藥筒外徑需要對多個尺寸進行測量 最好尋求一種能夠一次測量完成多 個外徑尺寸的方法 而且需要滿足測量效率和精度較高 方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制 經(jīng)過查找論證 選用成熟的激光測徑儀 可以滿足于該型藥筒外徑尺寸值測量 激光 測徑儀是一種運用光電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品 該設備采用激光掃描方式 對生產(chǎn)線 上的圓形被測對象實行高速 高精度和非接觸式的測量 圖 4 3 激光測徑儀測量原理圖 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 指導教師意見 張曉凱同學通過閱讀相關的文獻 對于所研究的課題的意義以及設計內(nèi)容都有了 大體的了解 初步方案和設計工作進行了合理的安排 預計能夠按時完成畢業(yè)設計 同意開題 指導教師 2016 年 3 月 20 日 所在系審查意見 系主任 2016 年 3 月 22 日 I 某藥筒尺寸自動測量設備開發(fā) 摘要 本篇文章主要是關于某型號藥筒尺寸的自動測量設備的開發(fā)研究 本 文詳細闡述了每個待測尺寸的測量方法 結(jié)合并借鑒其他機械測量的方法 應用 LVDT 氣電內(nèi)徑測量系統(tǒng) 氣動系統(tǒng) 差動式位移傳感器測長系統(tǒng) 激光測徑系 統(tǒng)等等 實現(xiàn)對藥筒總長 底厚 內(nèi)外徑等尺寸的自動化測量 首先通過對總長 的測量 其次對底厚的測量 然后對內(nèi)徑的測量 再次對外徑的測量和最后對藥 筒是否合格的檢測以及此次系統(tǒng)的可靠性與可行性 可得出本藥筒尺寸自動測量 設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 了解藥筒測量技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展水平現(xiàn)狀 尤其是一些關于藥筒測量 的相關檢測技巧和方法 同時針對藥筒所要測量的尺寸進行研究 2 描述了關于藥筒的各種尺寸的測量方法 并對相應的測量原理和測量 工具進行詳細的介紹 為系統(tǒng)的設計提供了理論依據(jù) 3 根據(jù)藥筒需要測量的關鍵尺寸的結(jié)構(gòu)要求 將待測尺寸分為 5 個步驟 進行測量和檢驗 為了實現(xiàn)自動測量 設計藥筒抓手實現(xiàn)其藥筒的移動 4 根據(jù)藥筒所要測量的尺寸的結(jié)構(gòu) 對比選擇較合適的測量儀器 并根 據(jù)測量控制要求 完成對測量系統(tǒng)的控制方案設計 5 針對每個測量儀器所得出的測量數(shù)據(jù)的特點 設計每個所要測量測尺 寸的分析方法 使之盡可能的滿足測量要求 6 本設計進行了藥筒尺寸自動測量設備控制系統(tǒng)設計的開發(fā) 根據(jù)系統(tǒng) 的需求 通過 s7 200 PLC 控制整個系統(tǒng) 形成一套完整的控制方案設計和相應 的控制程序來控制外圍繼電器回路 控制氣動控制回路 步進電機的操作 料斗 振動電機 本檢測系統(tǒng)的控制主要包括 升降平臺氣缸的控制 各檢測工位氣缸 及氣動夾爪的控制 以及相關電機的控制 本文具體設計了氣壓控制系統(tǒng)和 PLC 控制程序設計 II 關鍵詞 藥筒 總長測量 外徑測量 內(nèi)徑測量 自動控制 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 測量技術(shù)的國內(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 藥筒尺寸自動測量整體方案 4 2 1 藥筒尺寸的主要測量內(nèi)容 4 2 2 藥筒尺寸的檢測方案 4 2 2 1 內(nèi)徑的測量方法 4 2 2 2 長度的測量方法 6 2 2 3 外徑的測量方法 7 2 3 藥筒尺寸的整體方案 8 3 可編程器簡介 9 3 1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 9 3 2 擴展模塊 9 3 3 S7 200 系列 PLC 元件功能 10 3 4 程序編輯器 10 4 氣動控制系統(tǒng)設計 15 4 1 氣動控制系統(tǒng)的組成 15 4 2 氣動控制系統(tǒng)的設計 15 VI 4 3 氣動控制系統(tǒng)具體設計內(nèi)容 15 5 系統(tǒng)控制與設計 18 5 1 控制系統(tǒng)控制方式確定 18 5 2 控制系統(tǒng)設計流程 18 5 3 控制任務分析 18 5 4 電氣系統(tǒng)設計 23 總結(jié) 26 致謝 27 參考文獻 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 對彈頭 底火起連接作用 對發(fā)射藥進行密封 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 輕微的會影響到戰(zhàn)斗的進程 嚴重的還會對使用者造成誤傷 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 所以為了檢驗藥筒是否合格 在出廠前有必要對藥筒主要尺寸進行測量 由 于藥筒的基本尺寸相對較小 并且需要測量的重要尺寸又多 所以目前商家對于 藥筒的檢測基本上都是借用技術(shù)工人加特制測量工具來測量 這樣檢測耗費巨大 的人力 物力和財力 并且檢測效率低下 不能滿足現(xiàn)階段的檢測要求 隨著檢 測技術(shù)的發(fā)展 對于藥筒的檢測 有了一定的發(fā)展 這些檢測技術(shù)的出現(xiàn)使得藥 筒的各項檢測結(jié)果能夠以數(shù)據(jù)的形式被檢測者所觀察到 在很大程度上減少了檢 測對檢測人員的要求 緩解了測量工人的勞動強度 也為以后藥筒的自動化檢測 的發(fā)展打下了基礎 目前在藥筒檢測方面還沒有一套成型的方案被提出 有的只 是對藥筒某些關鍵性技術(shù)的研究 所以 目前來說急需一套自動測量設備對藥筒 進行全方位的檢測與測量 來滿足軍工市場的要求 6 8 因此 本課題就是利用現(xiàn)有設備檢測藥筒 全方位的檢測藥筒的各個關鍵尺 寸 開發(fā)一套完整的檢測設備 1 2 測量技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前關于藥筒幾何尺寸的自動化測量 并沒有系統(tǒng)的檢測方法 基本上都是 一些關于藥筒檢測方面的研究 如果只是針對單一的幾何尺寸的檢測 功能單一 而且檢測所得結(jié)果將會是很是片面的 本文關于藥筒幾何尺寸的測量采用了多種檢測方式 包括總長測量 底厚測 量 內(nèi)徑測量和外徑測量 簡單地來說 也就是長度測量技術(shù) 內(nèi)徑測量技術(shù)和 2 外徑測量技術(shù) 目前 長度測量技術(shù)主要有以下幾種 1 測長機 測長機是以線紋尺刻 度或是光波波長作為已知長度 結(jié)合機械測頭對物體的長度尺寸進行接觸測量的 測長工具 9 2 激光測距儀 激光測距儀是利用激光對遠距離測量目標的距 離進行測量的技術(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遠距離進行測量的激光測距儀 一種是利用激光三角測 量法激光三角測量法激光位移傳感器 4 LVDT 位移傳感器 LVDT 的測量原理 類似于變壓器原理 它是通過內(nèi)部的鐵芯移動 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系成線性關系 測量時 通過測量電壓的變化值來得到鐵芯位移量 內(nèi)外徑的測量技術(shù)包括以下幾種 1 三坐標測量機 利用三坐標測量機 在空間坐標上測得工件內(nèi)徑的坐標值 再跟據(jù)相應算法計算測量工件的內(nèi)經(jīng)值 2 內(nèi)外徑千分尺 利用內(nèi)徑千分尺檢測圓筒內(nèi)徑是我國普遍使用的手動測量 內(nèi)徑的方法 3 氣動量儀 測量內(nèi)徑所使用的氣動量儀測量方法是氣柱量儀 從而對工件的內(nèi)經(jīng)進行測量 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 本文主要需要進行的是 1 根據(jù)藥筒的零件尺寸 首先分析 待測藥筒的主要的尺寸 將各待側(cè)尺寸進行一個總體的分類 找出哪些尺寸可以 選擇相同的測量儀器 然后對各工位的測量進行安排 2 基于對藥筒尺寸進 行分析的基礎上 選擇 LDVT 差動式位移傳感器作為總長與底厚的測量元器件 3 通過對氣動量儀進行選型然后對藥筒的內(nèi)徑進行測量 4 在測量完內(nèi)徑 之后 在對藥筒外尺寸分析的基礎上 選擇激光測徑儀對外徑尺寸進行測量 5 關鍵尺寸測量完之后 對藥筒進行合格檢驗 最終通過多次調(diào)試達到要求 1 3 2 研究的意義 就某型號藥筒尺寸自動測量來說 假如一直采用人工測量法 在測量過程中 所要涉及的各種精密儀器及精密測量都沒有辦法得到可靠的論證 更不可能對藥 3 筒各個尺寸進行精確測量后得出相應的數(shù)據(jù) 此時就需要設計一套自動測量系統(tǒng) 以實現(xiàn)精確測量 12 本文旨在研究藥筒尺寸自動測量 并且設計一整套自動測 量設備 當然首先要做的是根據(jù)所要測量的尺寸進行分析 然后根據(jù)所測得尺寸 對測量尺寸進行分類 再根據(jù)分類后的尺寸進行測量儀器的選擇 按照測量工位 進行儀器使用及擺放的安排 根據(jù)測量儀器的特點設計符合藥筒尺寸檢測的控制 方法和自動測量控制方法 最后進行安裝調(diào)試 接下來所要做的是進行一批測試 以實現(xiàn)整個運行過程表現(xiàn)出精良 穩(wěn)定等特性 這樣 不僅可以節(jié)省大量勞動力 還可以縮減對其的物力投資 在一定程度上節(jié)省出人力 物力和財力 并且如果 此次所設計的測量系統(tǒng)能夠快速 準確的實現(xiàn)實際要求 則可以進一步實現(xiàn)批量 化生產(chǎn) 4 2 藥筒尺寸自動測量整體方案 2 1 藥筒尺寸的主要測量內(nèi)容 在對藥筒的主要的尺寸進行檢測前 先對藥筒有一個整體的了解 考慮需要 測量哪些尺寸 并且需要哪些測量工具 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 這次檢測的尺寸有 總長 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 一共需檢測 6 處零件尺寸 2 2 藥筒尺寸的檢測方案 由于待測工件所需測量的尺寸很多 而且測量系統(tǒng)要求效率高 需要達到 2000 件 8 小時 測量質(zhì)量好 使用 維修均很方便 成本較低 工作可靠 對 于 2000 件 8 小時 也就是是說每件的測量時間大約是 14 4 秒 如果在 14 4 秒 內(nèi)檢測完成一個工件的所有尺寸 檢測難度之大可想而知 所以將工件尺寸測量 方案設定為流水線自動操作 在完成所有的尺寸測量后 再與標準數(shù)據(jù)進行對比 待綜合評定后 判定工件檢測是否合格 因此 下面就要詳細介紹各種尺寸的測量方法以及流水線的詳細測量方案 以此來完成所需的要求 2 2 1 內(nèi)徑的測量方法 對于該型藥筒的內(nèi)徑尺寸測量 結(jié)合其他資料可知 選用電子式氣動量儀更 圖 2 1 藥筒結(jié)構(gòu)圖 5 相對容易滿足對藥筒內(nèi)徑的測量 電子式氣動量儀是一種精密的測量儀器 它是 運用非接觸式測量方法從而測量內(nèi)外徑尺寸的 這種測量儀器容易滿足自動化檢 測要求 同時具備相當高效的測量效率 電子式氣動量儀的精度可以達到測量 范圍內(nèi)的偏差值 當測量更小公差時 它的測量分辨率可達到 0 1m 0 5m 電子式氣動量儀的原理主要是運用嵌入式單片機技術(shù) 具備相對高效穩(wěn)定的運算 速率 對模擬信號可以進行 A D 轉(zhuǎn)換 能夠直接顯示出被測尺寸的絕對或相對測 量值 同時方便校量機上位機和下位機 PLC 的數(shù)據(jù)采集 使的自動化檢測控制 成為可能 電子柱式氣動量儀的測量原理是將長度信號轉(zhuǎn)化為氣流信號 再把氣信號通 過氣電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號 最后顯示出測量值 完整的電子柱式氣動量儀主要 包括 氣動測頭 氣壓閥 標定規(guī) 放大器 連接器及其他附件組成 下圖所示 為 AEC 300 電子柱式氣動量儀 氣動測量技術(shù)原理是通過空氣流量和壓力的比例關系從而得到工件尺寸大小 的技術(shù) 氣動測量儀中接通的空氣流量和壓力存在一定的物理關系 電子式氣動 量儀主要是用來測量藥筒的內(nèi)徑和外徑 兩個噴嘴氣動測頭是成對分布的 是測 量孔內(nèi)徑的 而兩噴嘴是成氣動測量環(huán)規(guī)的測量圓外徑 如下圖所示為噴嘴氣動 測量示意圖 圖 2 2 1 電子柱式氣動量儀 6 對本次測量設備的設計 要選用量程和規(guī)格適當?shù)碾娮邮綒鈩恿績x和特點適 合藥筒尺寸大小的噴嘴測頭 來實現(xiàn)其內(nèi)徑的測量 2 2 2 長度的測量方法 對于某型號的藥筒的長度檢測 需要選擇一款適當?shù)臋z測儀器來滿足其精度 要求和自動化的要求 通過查找資料對比后得知 測量該型號藥筒最佳測量工具 是差動變壓器式位移傳感器 它的轉(zhuǎn)換關系是將線性變化的機械量轉(zhuǎn)化成電量 差動變壓器式位移傳感器具有優(yōu)良的工作性能 他的最高測量精度為 0 05 最 高絕對誤差和最高重復性精度都可以達到 分辨率一般為 本文采用1m 0 1m LVDT 位移傳感器來對藥筒的長度尺寸進行測量 如下圖所示為傳感器的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)示意圖 在 LVDT 的實物圖的上面的線圈為初級線圈 底部的兩組線圈為次級線圈 內(nèi)部橫穿一根鐵芯 一旦給初級線圈施加激勵電流時 線圈內(nèi)的鐵芯軸向移動就 會使次級線圈產(chǎn)生感應電動勢 由于兩個次級線圈電壓的極性正好正負極相反 所以產(chǎn)生的真實的感應電動勢為兩線圈電動勢之差 當鐵芯在不同位置移動時 也會產(chǎn)生兩個不同的次級的電動勢差 在誤差所允許的范圍內(nèi) 鐵芯的位移量與 感應電動勢差值成線性關系 差動變壓式位移傳感器在尺寸的測量上應用十分廣泛 尤其適用于小量程測 量 因為其優(yōu)點很多 1 可以進行無摩擦測量 2 傳感器堅固耐用 無限 圖 2 2 2 噴嘴氣動測 量示意圖 圖 2 2 3 傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 7 機械壽命 3 可以不用擔心分辨率問題 4 可實時進行零位可重復性 5 較強的環(huán)境適應性 6 可以進行輸入 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度尺寸的自動化測量 2 2 3 外徑的測量方法 基于藥筒有 3 個外徑尺寸需要測量 與其他資料進行對比得知 其他工具無 法實現(xiàn)一次測量 3 個外徑 所以對藥筒的外徑尺寸進行測量所采用的測量儀器是 能夠隨時測量多個外徑尺寸的激光掃描測徑儀 激光掃描測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 光學系統(tǒng)后 形成平行的掃描帶 對面的光電接收器接收平行掃描光束 當藥筒 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 可以得出與藥筒直徑有關的 數(shù)據(jù) 激光掃描測徑儀的原理如下圖所示 通過對比激光測徑儀和其它測徑儀器得出以下特點 1 與被測物體進行非接觸測量時 不但可以保證被測工件的質(zhì)量和測量的 實時性 而且可以避免發(fā)生接觸產(chǎn)生誤差 2 測量精度很高 最高精度可達 1um 3 通過輸出接口和外顯示儀對接 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 本文選用 LMD 系列的激光測徑儀 其實物圖如下圖所示 圖 2 2 4 激光掃描測徑儀的原理圖 8 以上就是這次主要的尺寸測量 由于其他的尺寸測量不是很重要 不會對正 常使用產(chǎn)生較大的影響 所以這次不參與測量 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 設計出合理的機械結(jié)構(gòu)是對藥筒尺寸測量的保證 也是對測量的的精確性和 可靠性的保證 在設計過程中 保證證機械結(jié)構(gòu)的可行性和實用性是非常重要的 大部分情況下一套成熟的機械設備 往往需要經(jīng)歷上百次的不斷改進和完善 機 械結(jié)構(gòu)的最終定型也需要經(jīng)歷時間的檢驗與完善 因此 機械結(jié)構(gòu)的設計好與壞 將將直接決定測量結(jié)果的好壞 結(jié)合所需檢測的尺寸 設計出測量藥筒尺寸工藝流程 首先對每個工位合理 安排測量內(nèi)容 并且繪制測量流程圖 然后不斷地進行可行性論證 最終制定出 一套完善的檢測流程圖 流程圖如下圖所示 上料 總長測量 底厚測量 內(nèi)徑測量 外徑測量 合格檢驗 下料 根據(jù)藥筒尺寸檢測流程圖 在三維設計軟件 solidworks 中對藥筒的自動測 量設備進行建模 經(jīng)過反復修改及論證后 建立的模型如下圖所示 在工廠一套 成熟的機械結(jié)構(gòu)設計 都需要在后期實踐中不斷的進行摸索改進 那樣才能一直 適用于成批量加工制造 圖 2 2 5 LMD 系列的激光測徑儀 圖 2 3 1 流程圖 9 3 可編程器簡介 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 存儲器 PLC 中存儲區(qū)分為以下幾個區(qū) 1 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存存儲區(qū) 3 用戶程序存儲區(qū) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存存儲區(qū)包括 邏輯線圈 數(shù)據(jù)寄存器 計時器 計數(shù)器 變址 寄存器 累加器等存儲器 具體分為 1 I O 映象區(qū) 2 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 3 用戶程序存儲區(qū) 輸入 輸出模塊是 PLC 進行控制邏輯執(zhí)行的相當重要的組成部分 這些里面 輸入模塊是對接近開關 按鈕 行程開關 等開關量進行采集的 并且輸入模塊 的采集是在 PLC 開啟后一直在進行的掃描 輸出模塊是實現(xiàn) PLC 對設備控制的重 要部分 輸出模塊的控制電壓是 24V 所以真正的實現(xiàn)對工業(yè)電機等設備的三相 電的控制需要繼電器和接觸器等設備間接來實現(xiàn) 那么控制順序是 24V 的弱點控 制 220V 380V 或者更高的電壓 比如本次設計中就用到了氣缸控制閥中的電磁 閥 3 2 擴展模塊 數(shù)字量輸入 輸出模塊是擴展可編程控制器的組成設備 在當 PLC 的控制點 數(shù)減少 不符合系統(tǒng)項目建立的點數(shù)要求時 就必須使用輸入 輸出模塊使擴展 模塊實現(xiàn)點數(shù)的而增加 數(shù)字量輸入 輸出模塊是與工業(yè)生產(chǎn)設備的控制點數(shù)或 工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口 現(xiàn)場的采集的輸入信號 如行程開關 限位開關量 模擬量輸入 輸出模塊是工廠自動化必須具備的基礎控制器件 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 這些要通過輸入模塊 送到 PLC 這個過程中需要編制程序 量采對模擬集的信號進行后處理 實現(xiàn)儀 表式的可以供人類進行讀取的數(shù)字信息 10 PLC 可以對電壓信號處理 收集范圍可以設置 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 收集范圍是 4 20 mA 因為信號電流在 每種傳感器中是不同的 所以要經(jīng)過信號變送器將傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)?PLC 可以 采集的標準信號 輸出模塊可以驅(qū)動如電磁閥 燈光顯示 PLC 的輸入輸出點可 以進行擴展 本次設計應用個的是西門子的模擬量擴展模塊 EM223 該模塊可以 實現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出點的擴展 完成對氣動系統(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 實數(shù)型 浮點數(shù) 布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù) 整數(shù)型數(shù)包括 16 位符號 整數(shù) INT 和 32 位符號整數(shù) DINT 2 編程元件 1 輸入繼電器 I 2 變量存儲器 V 3 中間輔助繼電器 M 4 特殊標志位存儲器 SM 5 定時器 T 6 計數(shù)器 C 7 累加器 AC 3 4 程序編輯器 本設計中的程序設計使用的是 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別 有利于編程人員發(fā)現(xiàn)控制邏輯的錯誤 該 編程軟件還可以對 PLC 進行在線監(jiān)控調(diào)試 這樣也有利于編程人員快速的完成編 程任務 同時該軟件還可以導出 awl 文件 這樣可以導入到仿真軟件中進行仿 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 中可以很好的運行 但是對于復雜的程序 比如有子程序 中斷的程序就很難在 仿真軟件中運行 在程序設計完成之后要下載到 PLC 中進行調(diào)試 有的 PLC 可以通過仿真軟 件進行仿真調(diào)試 但是其調(diào)試結(jié)果的可信度很低 參考價值極地 所以要將編制 11 好的程序下載到 PLC 中進行實際的調(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 進入 STEP7 Micro WIN 軟件之后 打開項目進行新建程序 如果已經(jīng)建立 好了 可以直接進入項目 然后選擇相應的 PLC 型號 如圖所示 3 2 所示 圖 3 2 PLC 型號選擇 3 完成程序編制后 對 PLC 與 PC 機的通訊進行通訊前準備 首先要在 12 通訊的接口進行設置 如果使用的是 USB 485 的通訊電纜則選擇 COMX 通訊口 進行 PC 機與 PLC 的對接 其次還要設置通訊協(xié)議 具體如圖 3 3 所示 圖 3 3 PLC 站地址及通信模式設置 4 完成程序下載的任務之后 就可以對程序進行在線監(jiān)視調(diào)試 如圖 3 4 所示是程序在線監(jiān)視和調(diào)試相關按鈕 如果想看程序運行的具體情況 可以進入 程序之前的而程序編程框進行軟元器件的監(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 這樣在仿真模擬時候會有很多的問題 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體 PLC 中進行運行調(diào) 試完成 如圖 2 6 所示 是仿真軟件 圖 3 6 S7 200 仿真軟件 設計過程中對編制好的程序進行了仿真 第一步 先進行仿真文件的配置 即導 出 awl 文件 第二步 進入仿真軟件 進行 PLC 類型型號的配置 以及相關擴 展的數(shù)字量模塊進行配置 如圖 3 7 所示 配置好的 PLC 及擴展模塊的界面 14 15 4 氣動控制系統(tǒng)設計 4 1 氣動控制系統(tǒng)的組成 氣動控制系統(tǒng)中有 控制元件 動力元件 傳感元件組成 氣動發(fā)生裝置一 般為空氣壓縮機 它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能 氣動執(zhí)行元件 則將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能 完成規(guī)定動作 在這兩部分之間 根據(jù)機械或設備工 作循環(huán)運動的需求 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 傳感元件和氣動輔件連接起來 4 2 氣動控制系統(tǒng)的設計 在藥筒尺寸測量系統(tǒng)中 要求實現(xiàn)有四個工位的驅(qū)動氣缸 由于一個傳動盤 上下的驅(qū)動氣缸 在具體的控制過程中 每個氣缸要進行上下的移動 即進工位 和復位的控制 這樣就需要三位四通的控制閥 對方向進行控制 1 氣動回路設計 1 先了解設計的控制系統(tǒng)控制對象的用途和使用環(huán)境 2 初步設定工作的循環(huán)過程 簡單的而形成控制回路 并依據(jù)設計的內(nèi) 容 進行元器件的類型 規(guī)格 性能的選擇 完成選型工作 3 對于每一個執(zhí)行元件在進行于氣壓泵連接時的控制單元精細的選擇 搞清楚其中的互鎖 同步的問題 不能發(fā)生干繞 4 設計好相關電控器件 并對限位開關的位置進行合理的選擇 2 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 對空氣壓縮機的供氣量 Qg 可進行計算 按下式簡 單估算 Qg N 1 2 1 5 QZ QO m3 min 式中 QZ 一臺機器的用氣量 QO 機器和配管的漏氣量 N 工作臺數(shù) 4 3 氣動控制系統(tǒng)具體設計內(nèi)容 在本藥筒自動檢測系統(tǒng)設計中 氣動驅(qū)動的藥筒測量頭設計 將藥筒的底厚 測量放在工位一 藥筒的總長測量設計在二工位中進行 三工位進行的是藥筒的 16 內(nèi)徑測量 四工位進行的是藥筒的外徑測量 由于氣動控制的要求的 系統(tǒng)通過 三位四通電磁閥 同時 由于控制系統(tǒng)中的導氣管 容器和附設裝置存在著氣容 和氣阻現(xiàn)象 在實際控制中 氣體的氣壓 流量和速度將會發(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 實時對導氣管中的壓力 進行壓力檢 測 以滿足實際氣動控制的進行 同時在氣路中加入空氣過濾器 對氣體進行一 定的過濾 保護氣控設備有長久的使用壽命 4 4 氣動控制系統(tǒng)原理圖繪制 氣動控制原理圖如圖 4 1 所示 圖見下頁 17 圖 4 1 氣動控制原理圖 18 5 系統(tǒng)控制與設計 5 1 控制系統(tǒng)控制方式確定 根據(jù)藥筒檢測系統(tǒng)的自動化控制要求 必須根據(jù)控制要求選擇合適的控制 方式 PLC 控制的優(yōu)點有 1 可靠性高 2 易于擴展 3 控制能力強 4 單片機采用了面向控制的指令 便于設計人員使用 5 價格低廉 綜上所述 選擇的控制系統(tǒng) 圍繞 PLC 進行設計 5 2 控制系統(tǒng)設計流程 控制系統(tǒng)設計要前后進行充分準備 具體的而過程分別為方案設計 設備 選型 程序設計和系統(tǒng)調(diào)試 方案設計 確定氣缸 電機運動過程和順序 協(xié)調(diào)機械結(jié)構(gòu)擬定系統(tǒng)實現(xiàn) 方法 根據(jù)藥筒的測試流程及要求確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和主要電氣元件 設備選型 根據(jù)控制邏輯 確定控制的輸入輸出點 繪制電氣原理圖 確 定 PLC 型號 并選擇相應輔助設備 程序設計 編制 PLC 控制程序 系統(tǒng)調(diào)試 在對硬件接線檢查無誤的情況下 進行軟件調(diào)試 根據(jù)調(diào)試結(jié) 果進一步優(yōu)化硬件與軟件設計 直至滿足系統(tǒng)設計要求為止 5 3 控制任務分析 藥筒自動檢測系統(tǒng)的順序控制 運動控制 過程控制在機電一體化的集成系 統(tǒng)中 控制系統(tǒng)的管理下 實現(xiàn)藥筒自動檢測尺寸的要求 基于控制系統(tǒng)的設計要求 為實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化和安全可靠地運行 本設計所選的 S7 200 控制外圍繼電器的通斷 控制步進電機轉(zhuǎn)動 氣缸的推動 直流電機 系統(tǒng)整體運行方式為 當藥筒到位后 按照預先編制好的程序 升降氣缸 推動圓盤上升至定位傳感器的有效監(jiān)測區(qū)域內(nèi) 然后機械手臂夾取彈料 PLC 驅(qū)動電機 圓盤轉(zhuǎn)動到位 則開始進行檢測 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)定的檢測方式對被測工件的相應尺寸進行 檢測 檢測完畢后 PLC 將采集到的各項檢測數(shù)據(jù)傳送至上位機 當判斷出藥 筒是否合格后 通過 PLC 控制分揀氣缸作出相應的分揀動作 實現(xiàn)對工件總長 底厚的檢測 具體工作時序如圖 5 1 所示 20 PLC 主機通過與之對應的測量系統(tǒng)對接 通過編制好的程序讀取測量采集系 統(tǒng)的測量數(shù)據(jù) 存儲在 PLC 內(nèi)部寄存器中 導桿氣缸驅(qū)動氣動測頭做直線往復 圖 5 1 工作時序 21 運動 實現(xiàn)工件內(nèi)徑值的檢測 PLC 主機通過 RS 485 串口實現(xiàn)與氣電電子柱 測微儀的通信 根據(jù)測量儀器的數(shù)據(jù)傳輸格式計算通信地址 通過編制程序 RS485 通訊接口 或者以太網(wǎng)的通訊模式與測量模塊進行通訊 讀取氣電電子柱 測微儀檢測到的測量數(shù)據(jù) 存儲在 PLC 內(nèi)部寄存器中 由以上動作過程可知 該控制系統(tǒng)的輸入控制信號主要包括三部分 系統(tǒng) 運行狀況 工位運行限位開關信號 零件檢測信號 并確定了 PLC 的控制輸入 輸出控制點 則 I O 分配表如表 5 2 所示 表 5 2 I O 分配表 1 Q2 4 直流電機運轉(zhuǎn) KM3 2 I1 4 放松到位 SQ13 3 Q1 1 四工位復位 YA10 4 Q0 7 三工位復位 YA8 5 Q0 5 二工位復位 YA6 6 Q0 3 一工位復位 YA4 7 M0 4 開始檢測 8 Q2 3 有殘品 KM2 9 Q2 1 放松 YA12 10 Q2 2 轉(zhuǎn)動盤 KM1 11 Q2 0 夾緊 YA11 12 I2 0 啟動程序 SB1 13 M0 3 不合格品 14 M0 1 復位判斷 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 YA9 21 Q0 6 三工位驅(qū)動 YA7 22 Q0 4 二工位驅(qū)動 YA5 23 Q0 2 一工位驅(qū)動 YA3 24 I1 2 四個復位到 SQ10 25 I1 0 三工位復位到 SQ8 26 I0 6 二工位復位到 SQ6 27 I0 4 一工位復位到 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)信號包括啟動 停止 通過按鈕的斷開 閉合實現(xiàn) 其中系統(tǒng) 的運行和停止通過上位機操作界面實現(xiàn) 因此需 1 個 I O 輸入點 接近開關感 應信號限位開關包括各檢測工件的來料信號檢測和傳送裝置定位檢測 共需 9 個 I O 輸入點 限位開關控制信號用來判斷升降平臺的行程 需 3 個 I O 輸 入點 機械手臂的夾取需要一個限位開關的限制 以防夾取壓力太大 對零件 有傷害 對于本設計的控制系統(tǒng)共需 14 個輸入點 但在選擇 PLC 型號是一定要 留有控制點余量 系統(tǒng)的輸出信號主要包括直流電機的控制 步進電機驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動控制 電磁閥換向控制以及測量模塊移動切換控制 對于直流電機的控制 本系統(tǒng)要 求實現(xiàn)起停即可 因此需 1 個 I O 輸出點 步進電機驅(qū)動升降平臺 而步進 電機的運轉(zhuǎn)采用專用驅(qū)動器進行細分驅(qū)動 其運轉(zhuǎn)需要一的輸出點進行控制 PLC 通過控制電磁閥換向來實現(xiàn)氣缸的伸縮控制 測量模塊移動的切換控制 因此需 10 個 I O 輸出點 為了使系統(tǒng)的運行狀態(tài)更加直觀 人員操作方便 需設置運行狀態(tài)指示燈 分別對應上述的系統(tǒng)啟動 關閉輸出點 因此 系統(tǒng) 共需 15 個輸出點 本文藥筒尺寸測量系統(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 該機型屬于 S7 200 系列的加強型 功能齊全 具有很強的運算能力 而且外圍 I O 資源豐富 有利于簡化系統(tǒng)設計 其端口 可以進行自由通信 modbus 通訊模式的選擇 等強大功能 可以便捷的進行 I O 點數(shù)擴展 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)設計 在硬件接線之前 必須根據(jù)選定的電氣元件設計電氣原理圖 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系以及控制信號的走向 該藥筒尺寸測量系統(tǒng) 的強電系統(tǒng)主要應用中間繼電器的常開觸點作為控制元件控制氣缸的啟動和電機 的轉(zhuǎn)動信號 將 PLC 的輸出信號傳遞至各執(zhí)行元件 即 DC24V 的電壓控制高電 壓 具體有以下幾個功能 1 PLC 對進行步進電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 2 控制直流電機驅(qū)動物料盤的振動 3 控制氣缸電磁換向閥 并且對氣缸運行位置檢測 4 與測量設備進行通訊 傳送裝置工作主要由步進電機和氣動升降設備控制 同時利用行程開關檢測傳送 裝置是否到位 或者用磁性開關檢測氣缸中活塞的位置 將這些信號反饋至 PLC 繼而控制傳送裝置的運動和停止 藥筒的抓取和測量器件的驅(qū)動都是氣缸實現(xiàn) 他們的具體運動邏輯由 PLC 24 控制 控制電路如圖 5 4 所示 圖 5 4 工作時序 圖 5 4 控制電路圖 25 本章主要是對藥筒尺寸自動測量設備所涉及到的主體結(jié)構(gòu)及各個關鍵零部件 的結(jié)構(gòu)進行設計和測試 在此過程中詳細指出了各個部分的框架構(gòu)建以及工作原 理和流程 1 測量機構(gòu)設計 可將測量機構(gòu)劃分為 5 個測量工位 首先主要是運用 位移傳感器對藥筒總長進行測量 其次是運用位移傳感器對藥筒底厚進行測量 接著運用電子柱式的氣量動儀對藥筒內(nèi)徑進行測量 然后采用激光測徑儀與螺旋 升降平臺相結(jié)合對藥筒外徑的三個部位外徑尺寸進行測量 最后 對各個藥筒進 行是否合格的檢測與分揀 2 抓手的設計 將藥筒的抓手機構(gòu)設計分為其上下 前后和左右的運動 以保證其可以抓住藥筒從一個位置移致另外一個位置 3 控制系統(tǒng)簡介 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尺寸的測量 其關鍵在于測量方法及得出的數(shù)據(jù)分 析 設計一套完整的流水線操作過程 要做的工作有以下幾點 1 根據(jù)藥筒需要測量的關鍵尺寸的結(jié)構(gòu)要求 將待測尺寸分為 5 個步驟 進行測量和檢驗 為了實現(xiàn)自動測量 設計藥筒抓手實現(xiàn)其藥筒的移動 2 根據(jù)設計要求選擇合適儀器完成設計方案 3 根據(jù)每個測量儀器所測得的數(shù)據(jù)的特點 對每個待測尺寸進行分析 使之盡可能的滿足測量要求 4 對測量系統(tǒng)進行詳細的設計開發(fā) 使之要滿足使用者的使用要求 針 對內(nèi)徑檢測系統(tǒng)對氣壓要求進行檢測 若檢測結(jié)果穩(wěn)定 再進行獨立的內(nèi)徑測量 支氣路的設計 27 致 謝 時光飛逝 歲月如梭 轉(zhuǎn)眼間 我的大學生活即將進入尾聲 回首往昔 心 中充滿無限的不舍 在畢業(yè)論文完成之際 我向所有關心 幫助過我的人表示感 謝 在畢業(yè)設計的過程中 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 都給我細致的指導 每次遇到疑惑 找到曾老師 他都會給我提問題 這樣帶領著我對問題的一步步深入分析 曾老師的治學態(tài)度 也讓我受益 他對 我要求深入細致地理解原理之后再使用相關元器件 這樣確實讓我對所用的部件 更加明了 也節(jié)約更多時間 每次去見老師 他都會慢慢細致地給我們講解每個 人的問題 幫助分析所做的任務及怎樣開展 和具體部件怎么理解和選用 這種 平易近人 仔細 有耐心的態(tài)度 對我有很多幫助 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和幫助 我衷心 的向?qū)W校的所有老師表示感謝 同時感謝班里所有同窗好友的關心和幫助 感謝父母一直以來對我的關心和鼓勵 感謝他們不遺余力的支持是我 我一 定會不畏艱難 在未來的旅途中秉著一顆赤誠而又堅毅的心 一路披荊斬棘戰(zhàn)勝 沿途各種困難 學業(yè)即將完成 我將帶著師長 家人的鼓勵和期望 人生的社會階段 28 參 考 文 獻 1 于海榮 特種彈藥藥筒尺寸自動檢測系統(tǒng)測量方法和軟件設計研究 D 國防 科技大學 2003 2 羅志超 藥筒幾何尺寸數(shù)字化測量系統(tǒng)的研究 D 國防科技大學 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 用于長度測量的位移傳感器及直線度補償器 D 大連理工大學 2008 5 伍濟鋼 薄片零件尺寸機器視覺檢測系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究 D 華中科技大學 2008 6 葉宗茂 淺談三坐標機對孔 軸 平面的正確測量 J 工具技術(shù) 2005 39 7 91 93 7 張志君等 導彈彈體坐標幾何參數(shù)的檢測 J 吉林大學儀器儀表學報 2006 27 6 10 11 8 劉志才 LVDT 位移傳感器數(shù)字信號處理算法及電路研究 D 浙江大學 2012 9 唐海勇 基于氣動測量的球徑球度測量系統(tǒng)研究 D 合肥工業(yè)大學 2007 10 陳桂芬 套類零件全自動生產(chǎn)線在線內(nèi)徑測量儀的設計 J 機械制造與白 動化 2005 06 84 85 11 徐富昌 機械制造領域中對測量技術(shù)的應用探討 J 信息系統(tǒng)工程 2012 4 53 56 12 倪高紅 低速走絲線切割運動控制系統(tǒng)的設計與開發(fā) D 南京航空航天大 學 2005 13 賀東坤 自動化彈藥輸送線結(jié)構(gòu)設計 J 長春大學學報 2013 12 1549 1554 14 袁慧珠 精密砂輪劃片機的設計及精度分析 D 沈陽工業(yè)大學 2004 15 牛賈睿 零件內(nèi)孔尺寸氣電測量系統(tǒng)的研發(fā) D 山東理工大學 2009 16 張根元 線陣 CCD 測量技術(shù)在煙草物理檢測中的應用 J 工業(yè)計量 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 2004 20 張百春 機務段化驗室智能管理系統(tǒng) D 中國地質(zhì)大學 2009 21 史振國 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