《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電連接器自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)

2009-06-15
作者:邵濟(jì)舟,,任德志,,徐莉萍,,董志斌

??? 摘 要:文章對(duì)限制電連接器自動(dòng)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)速率的因素進(jìn)行了剖析,,提出了提高檢測(cè)速率的改進(jìn)方案,對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),,根據(jù)機(jī)器等距離運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),,在控制算法方面,設(shè)計(jì)了沖擊和震動(dòng)更小的三角函數(shù)S曲線,,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本改進(jìn)方案能夠在不影響檢測(cè)質(zhì)量的情況下,,把檢測(cè)速率由原來(lái)的30件/min,,提高到40件/min,效率提高了33%,。
??? 關(guān)鍵詞:電連接器,;自動(dòng)檢測(cè)機(jī);三角函數(shù)S曲線,;控制算法

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??? 電連接器是在電子系統(tǒng)中器件與器件之間進(jìn)行電氣連接和信號(hào)傳遞的主要部件,,其質(zhì)量的好壞將直接影響電子系統(tǒng)的正常工作,特別是應(yīng)用在航空系統(tǒng)上的電連接器要求有更高的質(zhì)量保證,,為中航集團(tuán)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電連接器的某公司開(kāi)發(fā)了一臺(tái)自動(dòng)對(duì)電連接器質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備,,以保證電連接器的質(zhì)量,應(yīng)用兩年多來(lái)很好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量,,但隨著制造業(yè)規(guī)?;到y(tǒng)化的轉(zhuǎn)型,電連接器的需求量大量增加,,隨著電連接器產(chǎn)量的增加,,要求對(duì)檢測(cè)速率進(jìn)行提高,以適應(yīng)生產(chǎn)的要求,。
1 電連接器檢測(cè)機(jī)原理介紹和限制速度的分析
??? 自動(dòng)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示,,通過(guò)把直徑為600 mm的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)均分為16個(gè)工位,間斷工作,。

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??? 其具體工作過(guò)程為當(dāng)工件被放到模具中,,由伺服帶動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把工件轉(zhuǎn)到攝像系統(tǒng)的下方,停止后由消隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行消隙,,然后由攝像系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè),,檢測(cè)結(jié)果由攝像系統(tǒng)返回到控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)地協(xié)同控制,。
??? 因?yàn)殡娺B接器的檢測(cè)主要是檢測(cè)連接器壓板中連接簧片的變形,、缺失和鍍銅暗淡等,所以系統(tǒng)中采用的檢測(cè)傳感器為OMRON的F500視覺(jué)傳感器,,由照相機(jī)拍照后對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè),。
??? 由其工作原理可知影響檢測(cè)機(jī)檢測(cè)速率的因素主要有:
??? (1)回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位的時(shí)間?;剞D(zhuǎn)時(shí)間為從一個(gè)工位轉(zhuǎn)動(dòng)到另一個(gè)工位的時(shí)間,,這段時(shí)間主要由伺服電機(jī)所用的控制曲線和最高速度決定,但是由于回轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,,回轉(zhuǎn)速度越高,,停止時(shí)沖擊越大,造成機(jī)器的震動(dòng)也越大,。
??? (2)消隙機(jī)構(gòu)的工作時(shí)間,。由于回轉(zhuǎn)盤(pán)停止時(shí)的沖擊造成回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中渦輪與蝸桿之間產(chǎn)生了間隙,,所以這段時(shí)間主要是消隙機(jī)構(gòu)消除間隙的時(shí)間。
??? (3)攝像系統(tǒng)處理時(shí)間,。主要是攝像系統(tǒng)由拍照到處理出結(jié)果的時(shí)間,,這主要由檢測(cè)時(shí)的判斷的模板數(shù)量和檢測(cè)方法決定,所以對(duì)于同一種產(chǎn)品如果采用相同的檢測(cè)方案,,處理時(shí)間是固定的,。
??? (4)檢測(cè)的誤檢率。檢測(cè)誤檢率為在檢測(cè)中把合格產(chǎn)品判斷為不合格產(chǎn)品的概率,,對(duì)于電連接器的檢測(cè)公司要求檢測(cè)誤差率要控制在3%以內(nèi),。影響誤檢率的因素中有攝像系統(tǒng)中檢測(cè)策略的制定、模版制作和檢測(cè)時(shí)機(jī)器震動(dòng),,當(dāng)模版制作完成后,,主要的因素就是機(jī)器的震動(dòng)造成的攝像系統(tǒng)誤判。
??? 從以上分析可知,,要提高檢測(cè)速率,,需要減小回轉(zhuǎn)時(shí)間和消隙時(shí)間,如果只是簡(jiǎn)單地提高轉(zhuǎn)速來(lái)減少回轉(zhuǎn)時(shí)間又會(huì)造成檢測(cè)率的加大,,所以對(duì)于這樣一個(gè)互相牽連的系統(tǒng),,在提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)需要一個(gè)好的控制策略,如果可以減小機(jī)器停止時(shí)的沖擊,,可以去除消隙機(jī)構(gòu),。
2 改進(jìn)方案的硬件設(shè)計(jì)
??? 根據(jù)以上的分析,對(duì)控制系統(tǒng)在硬件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),,把原來(lái)的PLC控制的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改為用單獨(dú)的一塊由高速DSP控制芯片TMS320F2812構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)來(lái)代替,。由于TMS320F2812主要是用于電機(jī)控制的控制芯片,所以它有豐富的控制模塊,,如EVA和EVB模塊,,這兩個(gè)事件管理模塊帶有正交輸入接口,所以采用這種芯片可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì),,保證電路的穩(wěn)定,。其硬件電路功能模塊如圖2所示。

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??? 通過(guò)通訊接口伺服控制板與PLC進(jìn)行通訊,,協(xié)同實(shí)施控制,,伺服控制電路完成對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng),數(shù)字量輸入電路主要接收一些開(kāi)關(guān)信號(hào),,如原點(diǎn)搜索信號(hào)和限位開(kāi)關(guān)信號(hào),,調(diào)試接口電路主要是接按鍵和LCD顯示,,為電路板在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)使用,,驅(qū)動(dòng)接口主要是驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和接收伺服電機(jī)碼盤(pán)的輸入信號(hào),,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
3 改進(jìn)方案的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)
3.1 軟件的主要功能模塊

??? 軟件功能模塊如圖3所示,。軟件設(shè)計(jì)中,,為了提高控制精度,對(duì)功能模塊進(jìn)行了改進(jìn),,對(duì)用于控制的模塊以中斷的形式運(yùn)行,,主要有DA驅(qū)動(dòng)程序和控制算法程序,對(duì)于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的程序放到主循環(huán)中,,進(jìn)行定時(shí)運(yùn)行,,這樣可以減少伺服控制周期,提高實(shí)時(shí)性,,從而保證控制高精度,。

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3.2 控制算法的設(shè)計(jì)
??? 由于回轉(zhuǎn)盤(pán)作間歇運(yùn)動(dòng),并且由于回轉(zhuǎn)盤(pán)是采用高精度的數(shù)控加工中心完成的,,所以回轉(zhuǎn)盤(pán)上16個(gè)工位的模具均分在圓周上,,各模具之間有很小的誤差,所以伺服電機(jī)每工位的旋轉(zhuǎn)碼數(shù)相差只有一個(gè)dti,,這使得伺服電機(jī)的控制曲線可以預(yù)先規(guī)劃好,,并計(jì)算出各工位相差dti把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于DSP的內(nèi)部flash中。
??? 伺服電機(jī)的控制曲線常用的有梯形曲線和多項(xiàng)式的S形曲線,,梯形控制曲線在加速度變化處的加加速度為無(wú)窮大,,所以梯形控制曲線在控制電機(jī)時(shí),起動(dòng)和停止會(huì)有很大的沖擊和震動(dòng),。3次多項(xiàng)式S形曲線的加速度是有一定階躍,,但其應(yīng)用于電機(jī)的控制時(shí),已經(jīng)能夠很好的減小沖擊和震動(dòng),。
??? 在本設(shè)計(jì)中,,由于回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,并且具有間歇運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),,在設(shè)計(jì)中,,除了設(shè)計(jì)了常用的梯形控制曲線和3次多項(xiàng)式S形曲線外,又設(shè)計(jì)有三角函數(shù)構(gòu)成的S形曲線,。
??? 其加加速度設(shè)計(jì)為:
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??? 其圖形如圖4所示,。

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??? 這樣的加加速度曲線能夠很好地減少啟動(dòng)的沖擊、超調(diào)和振動(dòng),。
??? 所以以此設(shè)計(jì)完整的S曲線的加加速度為:
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??? 其圖形如圖5所示,。

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??? 速度為加速度的積分,即:
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??? 由于回轉(zhuǎn)盤(pán)上各工位是等分的,,所以在設(shè)計(jì)控制算法時(shí),,讓t1-0=t2-t3=t5-t4=t7-t8=k,,t2-t1=t6-t5=p,這里把k和p作為常數(shù),,對(duì)于回轉(zhuǎn)盤(pán)加工誤差的補(bǔ)償,,可以調(diào)整t=t4-t3;
3.3 控制算法的實(shí)現(xiàn)
??? TMS320F2812的引導(dǎo)ROM存儲(chǔ)器中保留48KB供IQMath表使用,其中有1 282個(gè)字的空間存儲(chǔ)的是正弦/余弦表,,采用Q浮點(diǎn)格式,,能夠快速、高精度地完成三角函數(shù)的計(jì)算,,所以用DSP這個(gè)特有的功能編寫(xiě)三角函數(shù)S曲線,,能夠滿足高精度和高速的的要求。
??? 在CCS工程中應(yīng)該做的有:
??? 在*.c文件中添加
??? #include'IQmathLib.h'
??? #define?GLOBAL_Q?10
??? 在庫(kù)文件夾中添加IQmath.lib,,并且在配置文件中添加
??? IQmathTables???? ? : > BOOTROM,,???? PAGE = 0
??? IQmath???????????? : > PRAMH0,????? PAGE = 0
??? 編寫(xiě)程序時(shí),,對(duì)sin( )和cos( )函數(shù)應(yīng)調(diào)用_IQsin()和_IQcos()函數(shù),,乘積和除法應(yīng)調(diào)用_IQmpy( )和_IQdiv( )。
4 實(shí)驗(yàn)效果
??? 在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)三種控制曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),,實(shí)驗(yàn)得出的圖表如圖6所示,。


??? 從上圖可知當(dāng)采用梯形控制曲線進(jìn)行控制時(shí),當(dāng)檢測(cè)速率到30 件/min時(shí),,檢測(cè)誤檢率就達(dá)到了3%,,而3次多項(xiàng)式S曲線和三角函數(shù)S曲線分別是在36 件/min和42 件/min,所以三角函數(shù)S曲線在檢測(cè)中更能很好地減小沖擊和震動(dòng),,所以采用此種方案,,可以提高檢測(cè)速率,為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益,。
參考文獻(xiàn)
[1]?趙立杰,,王昕,耿蕊. 一種新型運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法研究.機(jī)電工程技術(shù),, 2004,,33(12).
[2] 林一松,湯兆宏.一種S曲線加減速計(jì)算方法.中國(guó)企業(yè)自動(dòng)化和信息化建設(shè)論壇暨中南六省區(qū)自動(dòng)化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)大會(huì)專(zhuān)輯
[3]?Nguyen K D, NG T C,,CHEN? IM. On Algorithms for Planning S-curve Motion Profiles International Journal of Advanced Robotic Systems.VoL5 No.1(2008)

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