陳 星

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210046）

電解電容器外觀自動(dòng)檢測系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用設(shè)計(jì)

陳 星

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210046）

在電容器外觀自動(dòng)檢測系統(tǒng)中運(yùn)用PLC控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、滑塊機(jī)構(gòu)、機(jī)械機(jī)構(gòu)等成熟技術(shù)，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)應(yīng)用達(dá)到自動(dòng)控制動(dòng)作的目的。

PLC控制 氣動(dòng)裝置 運(yùn)動(dòng)執(zhí)行

引言

電容器外觀自動(dòng)檢測系統(tǒng)是綜合檢測、自動(dòng)控制、機(jī)器視覺、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)與材料等技術(shù)，經(jīng)過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)形成具有對電容器外觀六方位全面自主全自動(dòng)的檢測能的系統(tǒng)設(shè)備。該系統(tǒng)由三大部分組成：結(jié)構(gòu)框架支撐部分、外觀信息采集與處理部分、動(dòng)作控制執(zhí)行部分。三個(gè)部分相互支撐有機(jī)結(jié)合與配合實(shí)現(xiàn)總體的自動(dòng)檢測系統(tǒng)功能。

在自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，控制執(zhí)行動(dòng)作的是整個(gè)控制系統(tǒng)，動(dòng)作的執(zhí)行既是實(shí)現(xiàn)各種功能的基礎(chǔ)，也是體現(xiàn)功能成果的展示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)及執(zhí)行控制系統(tǒng)指令同時(shí)又向控制系統(tǒng)反饋相應(yīng)信息，兩者相輔相成共同完成自動(dòng)控制動(dòng)作。

1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)裝置（氣缸、馬達(dá)、開關(guān)、控制閥等），平移機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、后續(xù)機(jī)構(gòu)（如計(jì)數(shù)、剔除機(jī)構(gòu)等）組成。

系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部分主體由PLC控制下的各機(jī)構(gòu)按照規(guī)定運(yùn)動(dòng)線路周期循環(huán)完成。具體運(yùn)動(dòng)如圖1所示：系統(tǒng)中有1、2、3、4號(hào)四個(gè)工位，1號(hào)工位為前段輸入電容器工位點(diǎn)，由振動(dòng)篩加傳動(dòng)帶或直接功能檢測后的傳送帶傳送電容器至此工作點(diǎn)；2號(hào)工位是由固定位置夾頭組成，用以固定電容器并完成電容器上、下兩面的圖像采集工作點(diǎn)；3號(hào)工位也是由固定位置夾頭組成，用以固定電容器并完成電容器四周面的圖像采集工作點(diǎn)；4號(hào)工位是后端輸出電容器至紙帶包裝系統(tǒng)的工作點(diǎn)，在這個(gè)工位點(diǎn)前加計(jì)數(shù)器用以統(tǒng)計(jì)數(shù)量。運(yùn)動(dòng)支架在氣缸的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)左右平行運(yùn)動(dòng)，初始支架帶動(dòng)三個(gè)夾頭向左運(yùn)動(dòng)分別到達(dá)1、2、3號(hào)工位，并夾住各自工位上的電容器（同時(shí)2、3工位上固定位置的夾頭松開），之后向右運(yùn)動(dòng)至2、3、4工位處（既1-2，2-3，3-4工位傳遞），此時(shí)2、3工位上固定位置的夾頭夾住電容器的相應(yīng)位置（2號(hào)工位夾住電容器的外圓柱面，3號(hào)工位夾住電容器的引線部位），同時(shí)移動(dòng)支架上的夾頭松開，并再次向左運(yùn)動(dòng)，在支架運(yùn)動(dòng)工程中2、3工位處的CCD工業(yè)攝像機(jī)分別對電容器表面進(jìn)行圖像采集（如圖2、圖3所示），并通過線路傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理、比對、判斷給出結(jié)論生成數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)指揮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成循環(huán)工作。如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)品，系統(tǒng)剔除機(jī)構(gòu)工作將問題產(chǎn)品剔除至相應(yīng)區(qū)域；如果沒有問題產(chǎn)品，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將在1、2、3、4號(hào)工位間來回循環(huán)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)周期工作。

（1）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由氣缸、滑塊機(jī)構(gòu)、連接支架三部分構(gòu)成，如圖4所示。氣缸在外部氣體壓力的作用下，使活塞連桿在缸體內(nèi)來回往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也是控制運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源?；钊B桿和運(yùn)動(dòng)支架通過連接器件連接在一起，從而帶動(dòng)支架左右運(yùn)動(dòng)。為使運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)更平穩(wěn)、可靠和準(zhǔn)確，機(jī)構(gòu)中應(yīng)用兩組滑塊導(dǎo)軌來引導(dǎo)限位作用。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍是由PLC控制下的氣缸完成，而導(dǎo)軌上的限位器是一個(gè)保護(hù)裝置，用以在氣缸發(fā)生故障或者位置偏移設(shè)定量值時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)傳輸給PLC控制，阻止氣缸動(dòng)作及后續(xù)動(dòng)作。

圖1 運(yùn)動(dòng)構(gòu)成圖

圖2 工位圖像采集示意圖

圖3 工位圖像采集示意圖

（2）夾持機(jī)構(gòu)。夾持機(jī)構(gòu)由夾頭、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、連接裝置構(gòu)成。夾頭和動(dòng)作部分通過連接裝置與運(yùn)動(dòng)支架相連。夾頭為一靜一動(dòng)兩個(gè)部分，夾持部分均粘結(jié)一定厚度的橡膠軟墊，以保護(hù)被夾持電容器不被損壞。動(dòng)作機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)開關(guān)控制下的機(jī)械機(jī)構(gòu)來完成，其中運(yùn)動(dòng)支架上的三個(gè)夾頭和2、3號(hào)工位上的固定位置上的兩個(gè)夾頭分別應(yīng)用兩組不相干的動(dòng)作機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)均考慮便于更換和調(diào)整的要求，以滿足不同型號(hào)尺寸的應(yīng)用場合。這也體現(xiàn)了拼搭的設(shè)計(jì)理念。

圖4 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

（3）剔除機(jī)構(gòu)。剔除機(jī)構(gòu)是當(dāng)圖像處理系統(tǒng)分析判定產(chǎn)品存在問題時(shí)，給出的剔除信息給PLC控制系統(tǒng)，指揮剔除系統(tǒng)工作將問題產(chǎn)品移除到指定位置。由在2、3號(hào)工位處氣動(dòng)開關(guān)控制下的吹嘴構(gòu)成。

（4）計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)。計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)是在產(chǎn)品檢測完成傳遞給后續(xù)的包裝裝置前安裝一個(gè)光電感應(yīng)計(jì)數(shù)器，完成統(tǒng)計(jì)數(shù)量工作。本系統(tǒng)選用正泰公司生產(chǎn)JDM1-6電子式計(jì)數(shù)器。

2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的中樞，由動(dòng)作機(jī)構(gòu)（氣缸、滑塊、導(dǎo)軌、彈簧機(jī)構(gòu)等）、傳感器（限位器、計(jì)數(shù)器等）、控制器（PLC、電器開關(guān)、繼電器等）和傳輸線路組成。本系統(tǒng)中主要應(yīng)用幾種電磁開關(guān)或電磁閥來控制氣體通路，從而控制氣動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成預(yù)定動(dòng)作。

PLC控制系統(tǒng)工作過程，如圖5所示：

（1）初始狀態(tài)。氣缸活塞連桿處于最右端位置，運(yùn)動(dòng)支架上的三個(gè)夾頭分別在2、3、4號(hào)工位并處在張開狀態(tài)，2、3號(hào)工位上固定位置夾頭夾緊狀態(tài)。

（2）第一個(gè)動(dòng)作。PLC給出指令氣缸活塞連桿帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)支架向左運(yùn)動(dòng)到1、2、3號(hào)工位，預(yù)計(jì)時(shí)間3s。

（3）第二個(gè)動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)支架上三個(gè)夾頭動(dòng)作夾住電容器各自不同的相應(yīng)位置，同時(shí)2、3號(hào)工位上固定位置夾頭張開，預(yù)計(jì)用時(shí)1s。

（4）第三個(gè)動(dòng)作。氣缸活塞連桿向右運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)支架上夾頭分別至2、3、4號(hào)工位，預(yù)計(jì)時(shí)間1s。

（5）第四個(gè)動(dòng)作。2、3號(hào)工位上夾頭動(dòng)作夾住電容器相應(yīng)位置，同時(shí)運(yùn)動(dòng)支架上夾頭松開，預(yù)計(jì)用時(shí)1s。

（6）第五個(gè)動(dòng)作。氣缸活塞連桿帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)支架向左運(yùn)動(dòng)，1s后2、3號(hào)工位處的CCD攝像頭拍照采集圖像信息傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行圖像信息處理并給出判定結(jié)果，此時(shí)有兩種情況：a為產(chǎn)品合格，b為產(chǎn)品不合格。2s后運(yùn)動(dòng)支架運(yùn)動(dòng)至1、2、3號(hào)工位?？偣差A(yù)計(jì)時(shí)間3s。

如果是a種情況，動(dòng)作從第一步到第五步實(shí)現(xiàn)循環(huán)。如果是b種情況，當(dāng)動(dòng)作運(yùn)行到第二步2、3號(hào)工位固定位置夾頭松開時(shí)，剔除機(jī)構(gòu)動(dòng)作：PLC控制的氣動(dòng)開關(guān)工作將不合格產(chǎn)品剔除，具體是哪個(gè)工位上的剔除機(jī)構(gòu)工作，要根據(jù)前面的計(jì)算機(jī)判定給出的信息，如果是上下面有問題，2號(hào)工位動(dòng)作，如果是四周面有問題，3號(hào)工位動(dòng)作。系統(tǒng)其他動(dòng)作照常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)第一步到第五步循環(huán)。

圖5 PLC控制系統(tǒng)工作過程

本系統(tǒng)根據(jù)控制特性與需求，并考慮到經(jīng)濟(jì)與擴(kuò)展性，PLC控制器選用三菱公司的FX2N控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)特別適應(yīng)于中低端性能需求，是典型的模塊化小型PLC應(yīng)用系統(tǒng)，其各種性能的模塊和簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和多接口網(wǎng)絡(luò)能力，可以很好地滿足企業(yè)靈活應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。其多種編程輸入方式如獨(dú)立編程器、支持PC接入，讓用戶操作便利直接簡單。而自身的無風(fēng)扇簡易設(shè)計(jì)和預(yù)留擴(kuò)展設(shè)置，也體現(xiàn)出產(chǎn)品優(yōu)良特點(diǎn)。

在應(yīng)用控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意各個(gè)組成單元間的影響，特別是電磁兼容性的干擾，為減弱相互干擾和影響，保持信號(hào)穩(wěn)定準(zhǔn)確及時(shí)傳輸?shù)礁鱾€(gè)指定位置，在設(shè)計(jì)時(shí)要合理安排好各自的空間位置，必要時(shí)要采取一些保護(hù)措施，如采取屏蔽、隔離、濾波、接地等。此外還要考慮到機(jī)械干擾，如運(yùn)動(dòng)磨損、動(dòng)作誤差、動(dòng)作干擾、震動(dòng)影響等。

3 結(jié)語

本文根據(jù)電容器外觀自動(dòng)檢測系統(tǒng)的自動(dòng)控制與動(dòng)作執(zhí)行要求，利用PLC控制、氣動(dòng)裝置和相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理搭配組合，從而達(dá)到高效、準(zhǔn)確、可靠地完成執(zhí)行動(dòng)作的設(shè)計(jì)要求。該設(shè)計(jì)的各部分功能在設(shè)計(jì)過程中已進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并得出預(yù)期結(jié)果。

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The Application Design of the Automatic Detection System for the Appearance of Electrolytic Capacitor

CHEN Xing
(Nanjing College of Information Technology, Nanjing 210036)

In the appearance of the capacitor automatic detection system, use PLC control technology, pneumatic technology, slider mechanism, mechanical mechanism and other mature technology, reasonable design and application to achieve the purpose of automatic control action.

PLC control, pneumatic device, movement execution