基于PLC控制的自动轴承分选机研究与设计.doc

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1、分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计（论文）基于PLC控制的自动轴承分选机研究与设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级08机自4班姓 名刘 哲学 号08141010411指导老师朱火美、贾建军 2012年 3 月 10 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于PLC控制的自动轴承分选机研究与设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要在轴承分选上，设备的设计和制造质量与五、六年前相比有了提高，但产品的设计和制造的细节仍需要进行改进,尤其在产品的结构设计的细

2、节的处理上与国外先进公司的产品存在较大的差距。本次毕业设计主要对全自动轴承分选装置整体的设计，保证装配后该装置能够很好的实现轴承自动测量分选过程。测量和分选部分是全自动轴承内径分选装置的重要组成部分。测量检测区包括测量平台、固定支架、测量系统、出料气缸、拨料气缸、滑动气缸等部件，分选部分主要是实现把不合格轴承和合格轴承分别运送出测量区。所以，我们要根据待检轴承的内径尺寸分析确定测量区测量平台的长度、宽度等尺寸，选取合适的测量检测系统。本文主要研究轴承自动分选机机械机构的组成原理，选取一种轴承作为研究对象，设计一种轴承自动分选机构。然后通过PLC对该机构进行控制系统方面的设计。实现了预计的设计要

3、求。关键词：轴承测量，自动分选，结构设计 31AbstractOn the whole of the diameter measurements and sort of bearing industry, equipment design and manufacturing quality compared to five or six years ago has been improved, but the product design and manufacturing details are still need to improve, especially in the structu

4、ral design of the product, there is still has a wide gap with advanced foreign products. The graduation design of myself is mainly responsible for bearing diameter measuring , this device can realize bearing diameter of automatic measurement and sorting process.Measuring and sorting is an important

5、part in automatic bearing diameter . Measurement test area including measuring platform, brackets, measuring system, discharging cylinder, dial cylinder, sliding cylinder and so on. Separating part is mainly used to carry out the unqualified bearings and qualified bearing from measuring area. Theref

6、ore, we should according to the analysis of the bearing diameter measuring to determine measuring platform areas such as length, width, and the proper size measurement test system, Then according to the needs of pneumatic transmission design principle, and design the cylinders which are use to reali

7、ze the different function.This paper mainly studies the bearing automatic sorting machine mechanical composition principle of mechanism, selecting a bearing as the research object, design a bearing automatic sorting mechanism. Then through PLC on the body to control system design. To achieve the dem

8、and of design.Key Words: bearing , measurement, sorting, measure目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论51.1轴承分选概述51.2 PLC介绍71.2.1 PLC的基本概念71.2.2 PLC构成71.2.3 PLC的工作原理81.2.4 PLC的技术原理101.2.5 PLC的优点101.3 本课题的主要研究内容11第2章 总体方案论证112.1 轴承分选的方案112.1.1 纳米测量技术112.1.2 网络仪器的开发应用112.1.3 自动排序进料设备112.2 方案的比较与选择122.3 本章小结12第3

9、章 分选机结构设计133.1自动供料排序机构振动盘的设计133.1.1供料机构的任务基本组成及设计要求133.1.2 振动盘的介绍143.2测量分选区机械结构的设计153.2.1 设计的已知条件153.2.2 测量分选区测量分选总体方案163.2.3 测量分选原理173.2.4 测量分选区总体布局示意图183.2.5 轴承滑动轨道的设计183.2.6 滑动气缸的轨道及输料槽设计193.2.7 弹簧的选择203.3 基座的设计与计算203.4本章小结21第4章 轴承分选机PLC控制系统的设计224.1系统设计224.1.1 PLC选型依据224.1.2工作原理234.1.3 PLC控制系统梯形图

10、的设计23参考文献28总结与展望29致谢30 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第1章 绪论1.1轴承分选概述在机械行业中，轴承是重要的标准零件之一，其质量好坏在一定程度上影响整个机械系统的性能。轴承产品精度的高低与性能的好坏是靠仪器、设备来检测和判断的。因此，轴承检测仪自身是否先进，将直接影响到轴承产品检测的准确性和可靠性。目前，我国轴承企业广泛应用了自动化程度比较高的加工机床，生产效率和产品质量得到了很大的提高。但是在快速发展的轴承行业里,存在着一个瓶颈问题,那就是对成品轴承内径检测还是使用很原始的方法,即广泛使用传统的内径千分尺 ,对轴承进行人工测量分选。这种测量分选方法测量精度低，随机误差

11、大，检测结果比较不稳定,自动化程度低，工人劳动强度大，已不能满足高精度测量的要求。为弥补产品测量分选技术领域与国外先进技术方面存在的不足，同时也为了适应轴承行业，特别是产品出口企业对各项质量指标的有效把握和检测方面的迫切需求，以及从根本上控制检测分选质量和降低成本，确实提高测量精度和分选效率,降低工人劳动强度,实现高精度、高效率、高自动化的轴承测量并分选过程，就需要我们在各方面都加以改善，并针对先进制造技术和提高已有产品可靠性和稳定性两个方面齐头并进，进行专项突破，研究制造出一种高精度、自动化程度较高的轴承内径测量分选装置，对于提高轴承内径的测量效率和减少工人劳动强度，具有重要意义。总之，针对

12、国内轴承检测分选的现状和实际要求，一些精度高、测速快且又经济实惠的自动化检测分选装置应尽快研制出来，以满足飞速发展的轴承工业生产的需求。本文综合论述了研究轴承自动检测分选装置的意义、轴承内径测量分选技术的现状及目前国内外的发展动态。在分析比较了各种常用轴承内径测量分选方法的基础上，结合轴承测量过程中的特点和工作环境，确定了轴承自动检测分选装置的设计方案。在现代化的轴承分选过程中，消耗于轴承送料的时间损失是检测分选过程的一部分，它属于辅助时间。我们知道要提高生产率，减少生产中的辅助时间将是非常重要的一个环节。而想减少辅助时间必须实现生产的自动化，自动化送料机构就是为实现生产中上料工序自动化而设计

13、的一种专用机构。自动化送料机构可供散乱的不同型号轴承经过定向机构，实现定向排序，然后顺序地由送料机构送到下道工序中。这在自动化成批大量的生产中显然是实用的，它不但可把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之有效的办法。目前，国内拥有大量的装置，如果把它们能改造成半自动或自动的装置，将会充分发挥装置的潜在力量，这是一个具有重大意义的事情。而在装置上安装自动送料机构便是其中一个主要方面。随着社会的发展，振动盘科技的进步，经过最近十几年的发展，几乎所有的企业都逐步步入自动化的流程。传统的手工作业逐步被机械自动化设备所代替。自动化自动送料器被各行各业所利用起来，自动化自动送

14、料器代替了传统的手工作业,大大节省了间和人力资源,提高了工作效益,也避免高危机械设备用人来操作时的危险度。用自动化自动送料器来送料就不需要用人为来摆放，机械功能多元化，高效率节省人力物力降低成本追求卓越超越自我目前许多轻工机械，电子电器，五金钟表，医药食品，电池，接插件，喷雾阀，等各行业产品自动化或半自动化生产，装配的工件自动排序供料都有用到自动化自动送料器。振动盘行业在中国发展了几十年，经过近几年来的高速发展，技术取得了长足的进步。随着全球化竞争进程的不断深入，作为一个制造大国，未来的发展之路也应该有长远的打算。当前我国已成为世界振动盘生产大国，但国内的振动盘行业企业，很多都是在国内的大市场

15、里淘金。这就导致了振动盘行业对国内政策的依赖性强，当前国家宏观调控政策就对振动盘行业产生很大的打击。而面对国际大舞台，许多知名的国内企业，竞争起来也力不从心。因此，我们说振动盘行业的未来之路在于与国际接轨。而实现与国际接轨的过程并不是一蹴而就的。现在虽然有很多其他类型的零件给料器可以利用，但是振动盘给料器是应用最为广泛和最为通用的零件进给设备。本次设计可以采用振动盘的方案来实现自动排序进料，操作应用也比较简单。在自动装配中，当考虑到零件给料器时，必须记住一点：给料器的零件输出量总是受被进给机器的限制。机器一般是以严格一致的速率消耗零件。在零件给料器的设计与测试过程中，当给料器没有和机器接在一起

16、时，常常能方便的观测到进给速率，在这些条件下的进给速率不能低于机器节拍。 零件给料器目前一般可以分为：往复式给料器、回转式给料器、带式给料器和振动式给料器。很明显，当研究对某个特殊应用的可能选择的方法时，零件进给的所有姿态必须考虑。 轴承是一种具有高度互换性的标准部件，它具有摩擦力小，启动容易，润滑简单，便于更换等优点。在机械系统中几乎是不可缺少的部件，作为重要的机械基础件，轴承是各种机械零部件的检测中，需要人工把被测量零件安放在测试平台或转轴上，定好位夹紧以后，再进行测量，这样既影响了测量的效率，又增加了工作人员的劳动强度。为了对以往的进料设备性能有明显的改进，设计了一套高效率、自动化程度高

17、的自动排序进料设备。1.2 PLC介绍1.2.1 PLC的基本概念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.2.2 PLC构成 a、电源PLC的

18、电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去b. 中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指

19、令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电

20、路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块如计数、定位等功能模块。f、通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。1.2.3 PLC的工作原理1、扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

21、在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2） 用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令

22、。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（3） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，P

23、LC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2、PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：步骤

24、一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作

25、方式为输出输入端“程式结束再生”。 3、PLC的特点plc 具有以下鲜明的特点。（1） 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。（2） 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。（3） 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。4、PLC目前的主要品牌美国AB，比利时ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，

26、施耐德，信捷 创研等。1.2.4 PLC的技术原理PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M45M之间。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。1.2.5 PLC的优点1实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路

27、，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。2范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。3高速率 PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M45Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。4永远在线 PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！5便捷 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！ 1.3 本课题的主要

28、研究内容本文主要研究轴承自动分选机机械机构的组成原理，选取一种轴承作为研究对象，设计一种轴承自动分选机构。然后通过PLC对该机构进行控制系统方面的设计。实现了预计的设计要求。第2章 总体方案论证2.1 轴承分选的方案2.1.1 纳米测量技术目前机械加工业已突破了0.01um的进给技术，0Olum圆度的加工技术和纳米级的粗糙度加工技术。纳米级的加工技术必然对轴承检测提出更高的要求，已有的仪器检测精度已经不能满足制造业对产品检测的需求。产品精度的纵向延伸同时也将给国内的仪器制造业带来较大的冲击，从而迫使轴承仪器的生产企业加大研发力度，紧紧跟踪世界先进技术，将测量技术也提升到与纳米加工相适应的纳米测

29、量。2.1.2 网络仪器的开发应用CAQN（Computer Auto Quality Net）是运用计算机技术、网络技术、精密检测技术组建的崭新的质量自动化网络，是信息时代的质量管理与质量控制体系，能够实现质量数据的自动采集和传递，实现网络化质量监督和管理，实现以预防为主的统计过程控制（SPC）。2.1.3 自动排序进料设备自动化送料机构可供散乱的不同型号轴承经过定向机构，实现定向排序，然后顺序地由送料机构送到下道工序中。这在自动化成批大量的生产中显然是实用的，它不但可把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来，而且对保证安全生产也是一种行之有效的办法。目前，国内拥有大量的装置，如果把它们能改造

30、成半自动或自动的装置，将会充分发挥装置的潜在力量，这是一个具有重大意义的事情。而在装置上安装自动送料机构便是其中一个主要方面。轴承是一种具有高度互换性的标准部件，它具有摩擦力小，启动容易，润滑简单，便于更换等优点。在机械系统中几乎是不可缺少的部件，作为重要的机械基础件，轴承是各种机械零部件的检测中，需要人工把被测量零件安放在测试平台或转轴上，定好位夹紧以后，再进行测量，这样既影响了测量的效率，又增加了工作人员的劳动强度。为了对以往的进料设备性能有明显的改进，设计了一套高效率、自动化程度高的自动排序进料设备。2.2 方案的比较与选择通过对2.1节的介绍，我们不难发现2.1.1节中所述的纳米测量技

31、术在我国还没怎么发展，起步晚，想想在未来的社会一定能够实现，但现阶段还比较遥远。2.1.2节中所述的网络仪器的开发技术，听起来有点玄乎，距离我们也很遥远。综合比较，选择方案三，是目前比较合理也切实可行的一种设计方案。为了提高和保证产品的质量，生产中对一些部件按照一定的工艺要求进行归类分组是必要的。以轴承的生产为例，要求对生产中的滚针和滚柱进行分选组别，这一工作由轴承滚针分选机来完成。分选机的功能是对工件进行连续测量，将被测参数转变为电信号，再经电路放大、逻辑运算处理后。控制相应的执行机构，对工件实行自动分选。2.3 本章小结本章主要对轴承自动分选几种进行比较和分析,最终我们选取自动排序进料设备

32、是目前切实可行的一种方案.我们将在今后的篇幅当中重点介绍。第3章 分选机结构设计3.1自动供料排序机构振动盘的设计3.1.1供料机构的任务基本组成及设计要求供料机构的任务是把待加工的物品（工件）从存料器（料箱）中分离出来，按照自动机的加工要求，定量、定时、定向地送到加工位置。供料机构主要由四大部分（机构、装置）组成。（1） 定时装置定时装置主要是按照自动机生产节拍，使供料机构定时工作，准时供料。在定时装置设计中，主要解决工件送料与自动机加工节奏协调一致问题。一般由供料机构与相关的其它机构之间的运动链来保证，所以供料机构的运动循环必须与自动机工作循环相协调。也可以采用独立驱动的供料机构，例如电磁

33、振动供料器、供送料机械手，但要由控制系统或设计诸如闸门等隔离装置，使供料机构停止或送料。（2） 定量装置定量装置是根据自动机加工工艺的要求，在每一个工作循环送出规定数量的工件。定量可以分为量（如重量、体积）和数（如件、个），例如酒类、洗衣粉等物料主要是定量，螺钉、香皂、轴承等主要是定数，成卷的塑料带、薄铁皮、细钢棒等物料则是定长度。设计时根据供送物料的形、性态等来确定。定量装置往往需要隔离装置、计数机构等来配合。（3）定向装置保证工件按照工艺加工的方位要求送出。定向送料在单件物品加工中是一个关键问题。定向机构一般与纠正、剔除机构等配合工作。（4）其它装置例如，定位装置、隔离装置、卷料的矫直机构

34、、带状料的纠偏调位机构不符合要求工件的剔除机构、缺料检测机构、计数机构等等。定位在自动机设计中也是一个比较重要的问题，送料不到位或有偏差都会影响自动机的正常工作。在设计中，可把定位装置归到工艺执行机构中，也可归到供料机构中。任何供料机构必须具有定时定量装置，而定向和定量装置，而定向和其他装置可根据工件及加工要求设置。供料机构是自动机、自动线中的主要工作机构之一，其性能优劣及自动化程度直接影响到自动机的生产率、加工质量及其劳动条件。因此，对供料机构有如下的一些要求：1） 根据自动机的生产节拍及工位位置，快速、准确、可靠地将工件送到位；2） 供料过程平稳、无冲击，不能损伤工件；3） 适应性强，调整

35、方便；4） 结构简单，工作可靠。3.1.2 振动盘的介绍振动盘是一种自动组装机械的辅助设备，能把各种产品有序排出来，它可以配合自动组装设备一起将产品各个部位组装起来成为完整的一个产品。自动送料振动盘是一种自动定向排序的送料设备,是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐、准确地输送到下道工序,有个脉冲电磁铁，可以使料斗垂直方向振动，由于弹簧片的倾斜，使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。振动盘的工作原理： 振动盘料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗作垂直方向振动，由倾斜的弹簧片带动料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗内零件，由于受到这种振动，而沿螺旋轨道上升，直到送到出料口。 其工作目的是通过振动将无序工件自动有

36、序定向排列整齐、准确地输送到下道工序。 振动盘的应用行业： 振动盘广泛应用于电子、五金、塑胶、医药、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各个行业，是解决工业自动化设备供料的必须设备。振动盘（图3. 1）除满足产品的定向排序外还可用于分选、检测、计数包装等，是一种现代化高科技产品。图3. 1振动盘 3.2测量分选区机械结构的设计3.2.1 设计的已知条件假设待测量分选的轴承內圈型号： 3208；如图3.2所示：图3.2 轴承GB/T 296-1994 基本尺寸：如图所示：图3.3型轴承3.2.2 测量分选区测量分选总体方案利用线阵CCD进行目标尺寸（含大小、高度、宽度、厚度、直径等技术指标）测量是

37、当前高精度非接触测量以及计量检测领域中广泛应用的技术手段之一，如对光纤光缆生产过程中的直径测量与控制、电缆直径测量与控制、在线产钢长度测量、纱线粗细测量、标杆尺寸测量等等。本文以测量被测件的尺寸为例子（大小、高度、宽度、厚度、直径等指标的测量与此类同），详细介绍如何根据测量所需要的各项技术指标，如要求被测精度、被测件的尺寸范围（最大值与最小值之差）、被测目标离镜头的距离等要求下，如何计算线阵CCD的安装位置、如何选取镜头（焦距、孔径等）、如何选取线阵CCD及其测量控制系统等等。以下主要介绍脉冲计数法，其测量精度为一个像元。在本设计中，测量区包括测量区和测量区，采用水平轨道作为测量平台，轴承内圈

38、的端面和水平轨道平面作为定位面相接触。水平轨道底部采用空心结构，轨道的宽度比待测轴承的内径d大，比d稍小，这样可以保证轴承内圈在水平轨道上稳定定位。用于检测轴承内径的装置选用线阵CCD测径系统，该系统主要由平行光源、成像透镜、线阵CCD和图像数据采集卡、计算机和图像处理软件等组成。测量区和测量区各使用一套线阵CCD测径装置，水平轨道上的轴承放置CCD测径装置的两个透镜之间。测量区和测量区的平行光源反向，分别测量轴承的两端。测量区共使用四个气缸：两个出料气缸、一个滑动气缸、一个拨料气缸。每个气缸的活塞杆伸出端焊接有拨杆。出料气缸用于将不合格品推移出去，滑动气缸和拨料气缸配合作用实现将测量区的合格

39、品拨向测量区进行第二次测量，并实现将测量区的合格品移出测量区。3.2.3 测量分选原理待测轴承由振动盘自动排序进料，排好顺序的轴承由进料气缸控制，待测量I区发出指令给进料气缸，此时进料气缸的活塞杆推动待测轴承到达测量I区。经过测量，如果轴承不合格，由出料气缸1的活塞杆将轴承内圈推到废品箱里，此时挡板I压缩弹簧并打开，轴承被推出，弹簧复位，挡板I关闭。如果轴承合格，由拨料气缸带动滑动气缸的拨杆使轴承内圈运动到测量II区（此时进料气缸动作，推动第二个待测轴承到达测量I区），经测量，若轴承不合格，由出料气缸2动作，把不合格品推出；若轴承合格，由拨料气缸带动滑动气缸的拨杆使合格品运动到出料轨道上。如此

40、反复动作，依次检测出轴承是否合格。本课题主要由振动盘、进料气缸、拨料气缸、滑动气缸、两个出料气缸、两套CCD测径装置及机架组成。3.2.4 测量分选区总体布局示意图总体布局示意图如图3.4所示：图3.4轴承分选区示意图3.2.5 轴承滑动轨道的设计1 轨道材料的选择轨道材料应选择耐磨性较高的材料。一般导轨选择HT200，是一种经济耐磨的材料。2 轨道的基本尺寸 因为待检轴承内圈的基本尺寸是：d=40；d=52；外直径为D=80 B=30.2； m=0.8Kg，所以轨道的宽度定为b=34，轨道壁厚=10图3.5 轨道结构3.2.6 滑动气缸的轨道及输料槽设计 由于拨杆要从轨道上缩回,并随着拨料气

41、缸在两个测量区间移动,所以滑动气缸整体上要能够随着拨料气缸而滑动。滑动气缸的轨道材料选择HT200，其平面结构图如图所示：图3.6 滑动气缸轨道输料槽结构简图：图3.7 输料槽结构简图 3.2.7 弹簧的选择查机械设计手册表11-2-2，选取碳素弹簧钢丝C级，C级弹簧钢丝的强度高，性能好，适用于中等应力情况。 弹簧刚度 P= 单圈刚度 P=n P P= 由机械设计手册表11-2-19 选取弹簧基本尺寸如下： d=4 中径D=24 节距t=（0.280.5）D=0.3524=8 图3.8 弹簧示意图3.3 基座的设计与计算根据本课题的一些结构需要，经过对比，两个出料汽缸、滑动气缸、拨料气缸及运动

42、轨道均放在梁上即可满足要求，故此机架结构的主要构件是梁，如图3.9所示：图3.9 基座结构由于本课题几个油缸的受力不大,厚钢板拼接焊接的基座基本符合强度要求.3.4本章小结本章主要对轴承自选机构进行深入的结构设计，以一种常见的轴承为例子来进行详细的结构设计分析与计算。第4章 轴承分选机PLC控制系统的设计4.1系统设计4.1.1 PLC选型依据日本OMRON公司是世界上生产可编程序控制器（PC）的著名厂家之一，OMRON的大、中、小、微型机各具特色各有所长，在中国市场上的占有率位居前列，在国内用户中享有较高声誉。对于PC，一般应从基本性能、特殊功能及通信联网三个方面考察其性能。基本性能包括指令

43、系统、工作速度、控制规模、程序容量、PC内部器件、数据存储器容量等。特殊功能指中断、A/D、D/A、温度控制等，模块式PC的特殊功能是由智能单元完成的。通信联网是指PC与各种外设通信及PC组成各种网络，这一功能通常由专用通信板或通信单元完成。系统采用OMRON C200H模块式PLC，现场开关信号接入24V输入模块，指示灯、中间继电器及电磁铁线圈由晶体管型输出模块控制。选用差动式电感传感器（差动式电感传 感器是把被测的非电量转换成线圈的互感变化，由两个相同的电感线圈和磁路组成，使用时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式，以 提高传感器的灵敏度和线性度）将滚针或滚柱的直径

44、和长度的变化转变成电感量变化，再经测量放大电路放大成标准的电压信号，接至PLC的模拟量输入模块。该系统总输入点为:开关量为5点，模拟量为2点，分别采用直流24V的8点输入模块IM211和模拟量输入模块AD001;输出点为开关量17点，选用OD411（8点）和OD211（12点）两块晶体管输出模块。对PLC的输入输出端子进行定义和分配如附表所示。分选机PLC控制系统的I/O分配表：输入地址信号定义输出地址信号定义00100启动检测00200送料电机00101停止检测00201正常指示00102同步脉冲00202超差指示00103复位信号00203运行指示00104调整单步00300 00301料

45、门1 料门200112直径量00204故障报警附表14.1.2工作原理分选机属于比较测量仪器，先以标准尺寸工件定标或先校正好测微仪的放大倍数，然后以被测工件与标准工件尺寸进行比较，产生直径尺寸差d和长度尺寸差l， 电感测量头将d和l转变为电感差D和L，测量电路将电感差转变为0+10V的电压信号Us。信号经PLC模拟量输入模块转变为数字量，并根据工 艺要求，将参数同标准数据进行比较，控制相应料门电磁铁。分选的工艺要求如下:（1） 长度信号先与直径信号进行分选:分选时，先将滚针的长度测量值分为三类，即长度超差件L+、L-和合格件L0，然后再将L0工件按照其直径大小细分为超差件D+、D-，合格件D1

46、、D2、D10，也就是说只有长度合格的工件才进行直径分选。（2） 组别按尺寸大小，由小到大进行排列:长度按L-、L+、L0，直径按D-、D1、D2、D10、D+，从小到大顺序排列，以保证工件准确地落入属于自己的组别。4.1.3 PLC控制系统梯形图的设计1 程序控制的要求现通过工件1从送料到落料来说明一个程序周期的过程:（1）送工件1至测量平台（同时推落上一工件）;（2）对上一工件测量信号值清零，该工件对应的落料门关闭;（3）对工件1进行测量并锁存，打开相应料门，准备落料;（4）工件2送料，同时将工件1顶下落料;（5）工件3送料，同时将工件2顶下落料;（6）工件1经一段时间落入相应料门;（7）工件2经一段时间落入相应料门;（8）工件1测量信号清零，相应料门关闭。2 程序设计（1） 程序的控制流程PLC程序的控制流程图如图4.1所示:图4.1 控制系统流程图（2） 信号输入与干扰消除在输入的模拟量信号中，会含有各种噪声和干扰。为了准确地进行测量和控制，必须消除被测信号中的随机干扰。 PLC的 AD001模块引入数字滤波方法，它可根据用户设定的积分常数对多次A/D转换数据取算术平均值，以消除干扰。其中，积分常数就是A/D转换的次数，平均 值是将多次A/D转换数据之和