哈工大制造系統(tǒng)自動(dòng)化大作業(yè)-零件檢測(cè).doc

設(shè)計(jì)說(shuō)明書1、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、 零件結(jié)構(gòu)圖圖1.零件結(jié)構(gòu)圖2、 設(shè)計(jì)要求（1）孔是否已加工？（2）面A和B是否已加工？（3）孔150.01精度是否滿足要求？（4）凸臺(tái)外徑400.012精度是否滿足要求？（5）零件質(zhì)量200.01kg是否滿足要求？（6）產(chǎn)品標(biāo)簽（白色）是否帖正或漏帖？（7）如果不合格將其剔除到次品箱；（8）對(duì)合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。3、工作量（1）設(shè)計(jì)一套檢測(cè)裝置，能完成所有檢測(cè)內(nèi)容；（2）說(shuō)明書一份，說(shuō)明各個(gè)檢測(cè)內(nèi)容采用什么傳感器，如何實(shí)現(xiàn)；（3）自動(dòng)檢測(cè)流程圖一份。4、設(shè)計(jì)內(nèi)容及說(shuō)明要求將檢測(cè)裝置畫出，能完成所有檢測(cè)內(nèi)容；在完成自動(dòng)檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上，要求費(fèi)用最少，以提高經(jīng)濟(jì)效益；檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、易于加工和實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)檢測(cè)流程圖要求詳細(xì)正確。2、 設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線應(yīng)具備形狀識(shí)別（檢測(cè)圓孔和平面是否加工）、孔徑檢測(cè)、凸臺(tái)外徑檢測(cè)、質(zhì)量檢測(cè)、標(biāo)識(shí)檢測(cè)等功能，故初步設(shè)計(jì)該生產(chǎn)線應(yīng)具有5道檢測(cè)工序。在每個(gè)檢測(cè)工位上都對(duì)應(yīng)有一個(gè)廢品下料工位，將不合格品剔除到廢品傳送帶上，同時(shí)最后還要對(duì)合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，故初步預(yù)計(jì)該生產(chǎn)線共有12個(gè)工位（5道檢測(cè)工位、5道廢品下料工位和2道計(jì)數(shù)工位）。所有這些工位均勻分布于檢測(cè)線上(以便準(zhǔn)確定位)。整個(gè)檢測(cè)線應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，綜合控制各道工序的檢測(cè)工作，包括零件的搬移、檢測(cè)設(shè)備的動(dòng)作、數(shù)據(jù)連接、檢測(cè)結(jié)果處理、不合格工件的下料處理等。檢測(cè)生產(chǎn)線線基本結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2.零件質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖1、判斷孔和平面A、B是否加工的方案由于設(shè)計(jì)要求中只要求檢測(cè)孔和平面是否被加工，而無(wú)需檢測(cè)它們的大小和精度，因而可采用價(jià)格相對(duì)低廉的光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)方法如圖3所示。圖3.光電開關(guān)檢測(cè)原理 圖4.面A、B未加工時(shí)零件的形狀 (a)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)孔是否加工 (b)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)平面A、B是否加工圖5.檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)孔和平面是否加工原理圖具體的檢測(cè)原理圖如圖5.所示。在圖5(a)中，當(dāng)光電傳感器發(fā)出的光通過(guò)孔時(shí)，孔下方的信號(hào)接收裝置就能夠接受到光信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而判斷是否孔是否已加工。在圖5(b)中，若工件面A或面B未加工(即零件下部為圓盤形狀，如圖4.所示)，則光電傳感器發(fā)出的光信號(hào)無(wú)法被工件下方的傳感器接收到，從而判斷工件面A或面B未加工，若工件的表面A及面B都已加工，則工件A、B兩側(cè)下方的傳感器都能夠接收到光信號(hào)，從而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而判斷面A、B都已加工。因此，在檢測(cè)工位1上按一定的位置要求放置3個(gè)光電傳感器，就可以檢測(cè)孔和平面A、B是否已加工。2、 孔徑精度的檢測(cè)方案圖6.三點(diǎn)式平均直徑測(cè)定原理孔徑精度的測(cè)量原理如圖6所示，采用三點(diǎn)式平均直徑測(cè)定原理進(jìn)行測(cè)量。具體的測(cè)量方法如下所述：設(shè)計(jì)一個(gè)類似于塞規(guī)的測(cè)定桿，在測(cè)定桿的圓周上沿半徑方向放置三個(gè)電感式位移傳感器，通過(guò)測(cè)定孔內(nèi)徑上的三個(gè)被測(cè)點(diǎn)W1、W2、W3測(cè)出平均圓直徑。在測(cè)定桿處相隔、角裝上三個(gè)電感式位移傳感器，用該檢測(cè)器可測(cè)出間隙量y1、y2、y3。已知測(cè)定桿的半徑r，則可求出： 根據(jù)三點(diǎn)式平均直徑測(cè)定原理，平均直徑D0可由下式求出。式中a、b為常數(shù)，由傳感器角度、決定，該測(cè)定缸最佳配置角度為=125，取a=b=0.8717。該測(cè)量方式測(cè)量精度比較高，同時(shí)可消除室溫變化引起的誤差，其精度可達(dá)到2um，而內(nèi)孔的公差要求為10um，故該測(cè)量裝置可以滿足檢測(cè)要求。3、 凸臺(tái)外徑精度的檢測(cè)方案凸臺(tái)外徑精度可以用CCD傳感器來(lái)檢測(cè)，其檢測(cè)原理如圖7.所示。CCD，即電荷耦合器件，是一種特殊的半導(dǎo)體器件和新型的固體成像器件，由一系列排列緊密的MOS電容器組成，其突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)。CCD 芯片上有許多光敏單元，它們可以將不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷輸出，從而形成對(duì)應(yīng)原始光圖像的電荷圖像。當(dāng)被測(cè)工件放置在線陣CCD前端時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)會(huì)把被測(cè)工件成像在CCD的光敏面上。在CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，被測(cè)工件與背景在光強(qiáng)分布上的變化被反映在CCD 輸出的視頻信號(hào)中。利用線陣CCD測(cè)量工件直徑的原理框圖如圖8所示，測(cè)量裝置簡(jiǎn)圖如圖9.所示。圖7.CCD成像過(guò)程圖8.CCD測(cè)量直徑原理框圖圖9.用CCD測(cè)量零件直徑裝置簡(jiǎn)圖在視頻信號(hào)中，每一個(gè)離散電壓信號(hào)的大小均對(duì)應(yīng)該光敏元接收到的光強(qiáng)，被測(cè)工件的影像大小反映在CCD輸出信號(hào)中電壓的高低上，即在CCD中間被工件遮擋部分對(duì)應(yīng)的光敏元輸出電壓為低，兩側(cè)未被遮擋的光敏元輸出電壓為高。CCD輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大和濾波處理二值化后，可提取出表示影像d大小的脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)送入單片機(jī)，測(cè)出脈沖寬度，即可求得被測(cè)尺寸的大小，從而判斷是否滿足精度要求。由于CCD傳感器能夠達(dá)到比較高的測(cè)量精度，故該測(cè)量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)要求。4、 零件質(zhì)量的檢測(cè)零件的質(zhì)量可以直接采用稱重傳感器進(jìn)行檢測(cè)。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，以電阻應(yīng)變式使用最廣，此處即采用電阻應(yīng)變片式稱重傳感器，其測(cè)量原理如圖10.所示。圖10.電阻應(yīng)變片式稱重傳感器測(cè)量原理圖將工件置于測(cè)量臺(tái)上，在重力的作用下，電阻應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，電阻發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量點(diǎn)電橋，可將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，受到不同壓力或拉力時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)也隨之變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一般的輸出范圍為020 mV，對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來(lái)說(shuō)，不能使A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模擬信號(hào)，所以需要對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。5、 產(chǎn)品標(biāo)簽的檢測(cè)考慮到標(biāo)簽是白色的，因而反射性能良好，可以采用反射式光電傳感器，檢測(cè)標(biāo)簽是否貼正或漏貼。圖11.工件標(biāo)簽檢測(cè)原理工件標(biāo)簽的檢測(cè)原理圖如圖11所示。當(dāng)工件標(biāo)簽貼正時(shí)時(shí)，所有的光電傳感器都能夠接收到反射回來(lái)的光信號(hào)；當(dāng)工件標(biāo)簽漏貼或者貼歪時(shí)，總有傳感器未接收到光信號(hào)，根據(jù)光電傳感器接收到的信號(hào)就可以判斷標(biāo)簽是否漏貼或貼歪。6、 不合格產(chǎn)品的剔除與產(chǎn)品的計(jì)數(shù)當(dāng)檢測(cè)工件不合格時(shí)，則應(yīng)該剔除，同時(shí)要求計(jì)算合格數(shù)與不合格數(shù)。每過(guò)來(lái)一個(gè)工件，若在上述5個(gè)檢測(cè)工位有一處不滿足要求，則工件不合格，該工件在廢品下料工位被剔除到廢品傳送帶上運(yùn)送到廢品箱；當(dāng)所有的檢測(cè)指標(biāo)都滿足要求時(shí)，則認(rèn)為工件合格，合格工件從自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線一直被運(yùn)送到正品箱。廢品剔除裝置簡(jiǎn)圖如圖12.所示，自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線一共有5個(gè)檢測(cè)工位（下方傳送帶），若在某個(gè)檢測(cè)工位上零件檢測(cè)不合格，則在該檢測(cè)工位的下一個(gè)廢品下料工位，由垂直運(yùn)動(dòng)方向的推桿將該零件推至廢品傳送帶（上方傳送帶）上運(yùn)送到廢品箱；反之，則由與運(yùn)動(dòng)方向平行的推桿推至下一個(gè)檢測(cè)工位。推桿運(yùn)動(dòng)可由液壓缸控制，如圖13.所示。圖12.廢品剔除裝置簡(jiǎn)圖圖13.液壓缸控制推桿合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品的計(jì)數(shù)可以通過(guò)渦流傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，將兩個(gè)渦流傳感器分別放置在兩條傳送帶的末端，每過(guò)一個(gè)合格零件或每過(guò)一個(gè)不合格零件，兩個(gè)渦流傳感器分別計(jì)一次數(shù)。檢測(cè)裝置簡(jiǎn)圖如圖14.所示。圖14.渦流傳感器計(jì)數(shù)裝置簡(jiǎn)圖3、 自動(dòng)檢測(cè)流程圖自動(dòng)檢測(cè)流程圖如圖15所示。圖15.自動(dòng)檢測(cè)流程圖參考文獻(xiàn)1.