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電連接器是在電子系統中器件與器件之間進(jìn)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的正常工作，特別是應用在航空系統上的電連接器要求有更高的質(zhì)量保證，為中航集團專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電連接器的某公司開(kāi)發(fā)了一臺自動(dòng)對電連接器質(zhì)量進(jìn)行檢測的設備，以保證電連接器的質(zhì)量，應用兩年多來(lái)很好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，但隨著(zhù)制造業(yè)規�；到y化的轉型，電連接器的需求量大量增加，隨著(zhù)電連接器產(chǎn)量的增加，要求對檢測速率進(jìn)行提高，以適應生產(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(dòng)檢測機檢測機構簡(jiǎn)圖如圖1所示，通過(guò)把直徑為600 mm的回轉工作臺均分為16個(gè)工位，間斷工作。 其具體工作過(guò)程為當工件被放到模具中，由伺服帶動(dòng)回轉機構把工件轉到攝像系統的下方，停止后由消隙機構進(jìn)行消隙，然后由攝像系統進(jìn)行檢測，檢測結果由攝像系統返回到控制系統，控制系統進(jìn)行系統地協(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，所以系統中采用的檢測傳感器為OMRON的F500視覺(jué)傳感器，由照相機拍照后對檢測區域進(jìn)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)回轉盤(pán)轉動(dòng)一個(gè)工位的時(shí)間�；剞D時(shí)間為從一個(gè)工位轉動(dòng)到另一個(gè)工位的時(shí)間，這段時(shí)間主要由伺服電機所用的控制曲線(xiàn)和最高速度決定，但是由于回轉盤(pán)的轉動(dòng)慣量較大，回轉速度越高，停止時(shí)沖擊越大，造成機器的震動(dòng)也越大。 (2)消隙機構的工作時(shí)間。由于回轉盤(pán)停止時(shí)的沖擊造成回轉機構中渦輪與蝸桿之間產(chǎn)生了間隙，所以這段時(shí)間主要是消隙機構消除間隙的時(shí)間。 (3)攝像系統處理時(shí)間。主要是攝像系統由拍照到處理出結果的時(shí)間，這主要由檢測時(shí)的判斷的模板數量和檢測方法決定，所以對于同一種產(chǎn)品如果采用相同的檢測方案，處理時(shí)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?xún)�。影響誤檢率的因素中有攝像系統中檢測策略的制定、模版制作和檢測時(shí)機器震動(dòng)，當模版制作完成后，主要的因素就是機器的震動(dòng)造成的攝像系統誤判。 從以上分析可知，要提高檢測速率，需要減小回轉時(shí)間和消隙時(shí)間，如果只是簡(jiǎn)單地提高轉速來(lái)減少回轉時(shí)間又會(huì )造成檢測率的加大，所以對于這樣一個(gè)互相牽連的系統，在提高轉速的同時(shí)需要一個(gè)好的控制策略，如果可以減小機器停止時(shí)的沖擊，可以去除消隙機構。 2 改進(jìn)方案的硬件設計 根據以上的分析，對控制系統在硬件進(jìn)行了改進(jìn)設計，把原來(lái)的PLC控制的伺服驅動(dòng)系統改為用單獨的一塊由高速DSP控制芯片TMS320F2812構成的伺服控制系統來(lái)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(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)化硬件設計，保證電路的穩定。其硬件電路功能模塊如圖2所示。 通過(guò)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伺服電機驅動(dòng)器的驅動(dòng)，數字量輸入電路主要接收一些開(kāi)關(guān)信號，如原點(diǎn)搜索信號和限位開(kāi)關(guān)信號，調試接口電路主要是接按鍵和LCD顯示，為電路板在現場(chǎng)調試時(shí)使用，驅動(dòng)接口主要是驅動(dòng)伺服電機和接收伺服電機碼盤(pán)的輸入信號，實(shí)現閉環(huán)控制。 3 改進(jìn)方案的軟件設計及其實(shí)現 3.1 軟件的主要功能模塊 軟件功能模塊如圖3所示。軟件設計中，為了提高控制精度，對功能模塊進(jìn)行了改進(jìn)，對用于控制的模塊以中斷的形式運行，主要有DA驅動(dòng)程序和控制算法程序，對于實(shí)時(shí)性不強的程序放到主循環(huán)中，進(jìn)行定時(shí)運行，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 控制算法的設計 由于回轉盤(pán)作間歇運動(dòng)，并且由于回轉盤(pán)是采用高精度的數控加工中心完成的，所以回轉盤(pán)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，所以伺服電機每工位的旋轉碼數相差只有一個(gè)dti，這使得伺服電機的控制曲線(xiàn)可以預先規劃好，并計算出各工位相差dti把數據存儲于DSP的內部flash中。 伺服電機的控制曲線(xiàn)常用的有梯形曲線(xiàn)和多項式的S形曲線(xiàn)，梯形控制曲線(xiàn)在加速度變化處的加加速度為無(wú)窮大，所以梯形控制曲線(xiàn)在控制電機時(shí)，起動(dòng)和停止會(huì )有很大的沖擊和震動(dòng)。3次多項式S形曲線(xiàn)的加速度是有一定階躍，但其應用于電機的控制時(shí)，已經(jīng)能夠很好的減小沖擊和震動(dòng)。 在本設計中，由于回轉盤(pán)轉動(dòng)慣量較大，并且具有間歇運動(dòng)的特點(diǎn)，在設計中，除了設計了常用的梯形控制曲線(xiàn)和3次多項式S形曲線(xiàn)外，又設計有三角函數構成的S形曲線(xiàn)。 其加加速度設計為： 其圖形如圖4所示。 這樣的加加速度曲線(xiàn)能夠很好地減少啟動(dòng)的沖擊、超調和振動(dòng)。 所以以此設計完整的S曲線(xiàn)的加加速度為： 其圖形如圖5所示。 速度為加速度的積分，即： 由于回轉盤(pán)上各工位是等分的，所以在設計控制算法時(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，對于回轉盤(pán)加工誤差的補償，可以調整t=t4-t3; 3.3 控制算法的實(shí)現 TMS320F2812的引導ROM存儲器中保留48KB供IQMath表使用，其中有1 282個(gè)字的空間存儲的是正弦/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的計算，所以用DSP這個(gè)特有的功能編寫(xiě)三角函數S曲線(xiàn)，能夠滿(mǎn)足高精度和高速的的要求。 在CCS工程中應該做的有： 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(xiě)程序時(shí)，對sin( )和cos( )函數應調用_IQsin()和_IQcos()函數，乘積和除法應調用_IQmpy( )和_IQdiv( )。 4 實(shí)驗效果 在應用現場(chǎng)分別對三種控制曲線(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗，實(shí)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(xiàn)進(jìn)行控制時(shí)，當檢測速率到30 件/min時(shí)，檢測誤檢率就達到了3%，而3次多項式S曲線(xiàn)和三角函數S曲線(xiàn)分別是在36 件/min和42 件/min，所以三角函數S曲線(xiàn)在檢測中更能很好地減小沖擊和震動(dòng)，所以采用此種方案，可以提高檢測速率，為企業(yè)創(chuàng )造更大的效益。 |
