中心議題:
- 電連接器檢測機原理介紹和限制速度的分析
- 改進方案的硬件設(shè)計
- 改進方案的軟件設(shè)計及其實現(xiàn)
電連接器是在電子系統(tǒng)中器件與器件之間進行電氣連接和信號傳遞的主要部件,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,為中航集團專業(yè)生產(chǎn)電連接器的某公司開發(fā)了一臺自動對電連接器質(zhì)量進行檢測的設(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,要求對檢測速率進行提高,以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。
1 電連接器檢測機原理介紹和限制速度的分析
自動檢測機檢測機構(gòu)簡圖如圖1所示,通過把直徑為600 mm的回轉(zhuǎn)工作臺均分為16個工位,間斷工作。
其具體工作過程為當工件被放到模具中,由伺服帶動回轉(zhuǎn)機構(gòu)把工件轉(zhuǎn)到攝像系統(tǒng)的下方,停止后由消隙機構(gòu)進行消隙,然后由攝像系統(tǒng)進行檢測,檢測 結(jié)果由攝像系統(tǒng)返回到控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)地協(xié)同控制。
因為電連接器的檢測主要是檢測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)中采用的檢測傳感器為OMRON的F500視 覺傳感器,由照相機拍照后對檢測區(qū)域進行檢測。
由其工作原理可知影響檢測機檢測速率的因素主要有:
(1)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一個工位的時間。回轉(zhuǎn)時間為從一個工位轉(zhuǎn)動到另一個工位的時間,這段時間主要由伺服電機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)動慣量較大,回轉(zhuǎn)速度越高,停止時沖擊越大,造成機器的震動也越大。
(2)消隙機構(gòu)的工作時間。由于回轉(zhuǎn)盤停止時的沖擊造成回轉(zhuǎn)機構(gòu)中渦輪與蝸桿之間產(chǎn)生了間隙,所以這段時間主要是消隙機構(gòu)消除間隙的時間。
(3)攝像系統(tǒng)處理時間。主要是攝像系統(tǒng)由拍照到處理出結(jié)果的時間,這主要由檢測時的判斷的模板數(shù)量和檢測方法決定,所以對于同一種產(chǎn)品如果采 用相同的檢測方案,處理時間是固定的。
(4)檢測的誤檢率。檢測誤檢率為在檢測中把合格產(chǎn)品判斷為不合格產(chǎn)品的概率,對于電連接器的檢測公司要求檢測誤差率要控制在3%以內(nèi)。影響誤 檢率的因素中有攝像系統(tǒng)中檢測策略的制定、模版制作和檢測時機器震動,當模版制作完成后,主要的因素就是機器的震動造成的攝像系統(tǒng)誤判。
從以上分析可知,要提高檢測速率,需要減小回轉(zhuǎn)時間和消隙時間,如果只是簡單地提高轉(zhuǎn)速來減少回轉(zhuǎn)時間又會造成檢測率的加大,所以對于這樣一個 互相牽連的系統(tǒng),在提高轉(zhuǎn)速的同時需要一個好的控制策略,如果可以減小機器停止時的沖擊,可以去除消隙機構(gòu)。
2 改進方案的硬件設(shè)計
根據(jù)以上的分析,對控制系統(tǒng)在硬件進行了改進設(shè)計,把原來的PLC控制的伺 服驅(qū)動系統(tǒng)改為用單獨的一塊由高速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化硬件設(shè)計,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進行通訊,協(xié)同實施控制,伺服控 制電路完成對伺服電機驅(qū)動器的驅(qū)動,數(shù)字量輸入電路主要接收一些開關(guān)信 號,如原點搜索信號和限位開關(guān)信號,調(diào)試接口電路主要是接按鍵和LCD顯 示,為電路板在現(xiàn)場調(diào)試時使用,驅(qū)動接口主要是驅(qū)動伺服電機和接收伺服電機碼盤的輸入信號,實現(xiàn)閉環(huán)控制。
3 改進方案的軟件設(shè)計及其實現(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)計中,為了提高控制精度,對功能模塊進行了改進,對用于控制的模塊以中斷的形式運行,主要有DA驅(qū)動程序和控制 算法程序,對于實時性不強的程序放到主循環(huán)中,進行定時運行,這樣可以減少伺服控制周期,提高實時性,從而保證控制高精度。
3.2 控制算法的設(shè)計
由于回轉(zhuǎn)盤作間歇運動,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,所以伺服電機每工位的旋轉(zhuǎn)碼數(shù)相差只有一個dti,這使得伺服電機的控制曲線可以預先規(guī)劃好,并計算出各工位相差dti把數(shù)據(jù)存儲于DSP的內(nèi)部FLASH中。
伺服電機的控制曲線常用的有梯形曲線和多項式的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時,起動 和停止會有很大的沖擊和震動。3次多項式S形曲線的加速度是有一定階躍,但其應(yīng)用于電機的控制時,已經(jīng)能夠很好的減小沖擊和震動。
在本設(shè)計中,由于回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動慣量較大,并且具有間歇運動的特點,在設(shè)計中,除了設(shè)計了常用的梯形控制曲線和3次多項式S形曲線外,又設(shè)計有三角函數(shù)構(gòu)成的S形曲線。
其加加速度設(shè)計為:
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的沖擊、超調(diào)和振動。
所以以此設(shè)計完整的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)計控制算法時,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),對于回轉(zhuǎn)盤加工誤差的補償,可以調(diào)整t=t4-t3;
3.3 控制算法的實現(xiàn)
TMS320F2812的引導ROM存 儲器中保留48KB供IQMath表使用,其中有1 282個字的空間存儲的是正弦/余弦表,采用Q浮點格式,能夠快速、高精度地完成三角函數(shù)的計算,所以用DSP這個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,對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 實驗效果
在應(yīng)用現(xiàn)場分別對三種控制曲線進行了實驗,實驗得出的圖表如圖6所示。
從上圖可知當采用梯形控制曲線進行控制時,當檢測速率到30 件/min時,檢測誤檢率就達到了3%,而3次多項式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曲線在檢測中更能很好地減小沖擊和震動,所以采用此種方案,可以提高檢測速率,為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。