中心議題:
- 電連接器檢測(cè)機(jī)原理介紹和限制速度的分析
- 改進(jìn)方案的硬件設(shè)計(jì)
- 改進(jìn)方案的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)
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)專業(yè)生產(chǎn)電連接器的某公司開發(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。
其具體工作過程為當(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關(guān)信 號(hào),如原點(diǎn)搜索信號(hào)和限位開關(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。
3.2 控制算法的設(shè)計(jì)
由于回轉(zhuǎn)盤作間歇運(yùn)動(dòng),并且由于回轉(zhuǎn)盤是采用高精度的數(shù)控加工中心完成的,所以回轉(zhuǎn)盤上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:
其圖形如圖4所示。
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。
速度為加速度的積分,即:
由于回轉(zhuǎn)盤上各工位是等分的,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。