摘要傳感器終檢系統(tǒng)就是以檢測傳感器各方面性能是否符合設(shè)計(jì)要求為目的的機(jī)電一體化系統(tǒng)。隨著科技的更新和時代的發(fā)展，傳感器以其特有的功能已逐漸成為眾多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其功能不可或缺的一部分，其產(chǎn)量以及應(yīng)用范圍與日俱增，影響力也越來越大。本次傳感器終檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為三個工位，分別執(zhí)行阻值檢測、絕緣檢測和打標(biāo)三個功能。三個工位依次排列在同一直線上，有機(jī)械機(jī)構(gòu)完成對目標(biāo)件的檢測。機(jī)械部分主要由一個主工作臺，兩個輔助臺組成。傳動部分選用氣動滑臺、氣缸、擺動缸、氣爪和步進(jìn)電機(jī)帶動的齒輪傳送帶來完成所需要的工作步驟。其中氣動滑臺執(zhí)行 x 軸方向上的水平移動，氣缸執(zhí)行 y 軸方向的豎直運(yùn)動，工件的夾取由氣爪完成，最后的分揀由擺動氣缸和氣爪組合完成。電氣部分設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是 PCL839+卡帶動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)與同步齒輪帶相連接，從而執(zhí)行工件的進(jìn)給運(yùn)動。輸入輸出部分選用的是 PCI-1733 和 PCI-1734，整個系統(tǒng)與 PC 相連，統(tǒng)一控制。程序部分使用的軟件是 labview，通過 NI 虛擬儀器完成整個系統(tǒng)的自動化工作。關(guān)鍵字：溫度傳感器 步進(jìn)電機(jī) labview 氣壓傳動ABSTRACTFinal inspection system is to sensor detection sensor various aspects performance is comply with the design requirements for the purpose of mechanical and electrical integration system. Along with the technological updates and the development of The Times, the sensor by its unique function has gradually become numerous products realize its function, an integral part of its production and application scope, influence is also growing more and more big. This sensor final inspection system design are divided into three points, respectively carry out inspection, insulation resistance testing and marking three functions. Three points in the same line is lined up, a mechanical institutions to target a complete testing. Mainly by a mechanical parts of the main table, two support Taiwan composition. Transmission part choose pneumatic slippery platform, cylinders, swinging cylinder, gas claw and stepping motor driven gear transmission of the work necessary to bring complete steps. Including pneumatic slippery sets the x axis execution on the direction of movement, the level of the y direction cylinder execution vertical movement, the clip by the air claw, finally complete the sorting from swings cylinder and claw combination completed. The electric parts design main application is PCL839 + card drive stepping motor sports. Stepping motor and simultaneous gears connected with, and the execution in sports. Input/output part chooses is PCI-1733 and 1734, the whole system PCI with PC connected, unified control. Parts of the program using software is labview, through the NI virtual instrument to complete the entire system of automation work. Key word: temperature sensor step motor labview air pressure transmission.目錄第一章 緒論 .11.1 本課題的來源及意義 .11.2 傳感器的特點(diǎn)及當(dāng)前形勢 11.3 國內(nèi)外發(fā)展前景及特點(diǎn) 21.4 本文的主要研究內(nèi)容 2第二章 溫度傳感器 .32.1 溫度傳感器的定義 32.2 溫度傳感器的分類 3第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) .63.1 機(jī)械部分的整體要求 63.2 機(jī)械部分整體框架的設(shè)計(jì) 63.3 機(jī)械導(dǎo)向裝置的選擇 83.3.1 采用電機(jī)與滾珠絲杠傳動 .83.3.2 采用液壓傳動 .83.3.3 采用氣壓傳動 .83.3.4 傳動方案的最終確定 .93.4 傳動裝置的選擇和設(shè)計(jì) 93.4.1 橫向移動裝置的選擇 .93.4.2 縱向運(yùn)動裝置的選取 .93.4.3 被測件的夾取回收的選擇 .93.5.1 氣爪的設(shè)計(jì)及抓取力計(jì)算 .93.5.2 氣缸 1 行程及參數(shù)計(jì)算 .113.5.3 氣缸 2 行程及參數(shù)計(jì)算 .113.5.4 氣缸的串聯(lián) .123.5.5 擺動缸計(jì)算 .133.5.6 氣動滑臺的選擇 .143.5.7 工作周期的計(jì)算 .153.5.8 步進(jìn)電機(jī)的選擇依據(jù) .163.5.9 齒輪傳動部分設(shè)計(jì) .183.5.10 軸承的選擇設(shè)計(jì) .20第四章 電氣部分設(shè)計(jì) .214.1 電氣部分總體設(shè)計(jì) .214.2 PCL-839+.214.2.1PCL-839+概述 214.2.2PCL839+硬件設(shè)置 234.2.3PCL-839+與外設(shè)連接 .244.2.4PCL-839+針腳描述 .254.2.5PCL 839+與步進(jìn)電機(jī)的連接 .254.3PCI-1733284.3.1PCI-1733 概述 284.3.2 PCI-1733 板卡的 ID 設(shè)置 29圖 4.11 ID 板卡設(shè)置 .294.3.3PCI 信號連接 294.4PCI-1734314.4.1PCI-1734 概述 314.4.2 板卡的 ID 設(shè)置 324.4.3 信號連接 .33第五章 LabVIEW 程序設(shè)計(jì) 355.1LabVIEW 概述 355.1 虛擬儀器方案 .355.2 本次設(shè)計(jì)的 labviEW 程序 .35心得體會 .40致 謝 .41參考文獻(xiàn) .421第一章 緒論1.1 本課題的來源及意義顧名思義，傳感器終檢系統(tǒng)就是以檢測傳感器各方面性能是否符合設(shè)計(jì)要求為目的的機(jī)電一體化系統(tǒng)。隨著科技的更新和時代的發(fā)展，傳感器以其特有的功能已逐漸成為眾多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其功能不可或缺的一部分，其產(chǎn)量以及應(yīng)用范圍與日俱增，影響力也越來越大。因此，為了生產(chǎn)出更有質(zhì)量的傳感器，人們對傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求也越來越高。沒有精良的傳感器檢測系統(tǒng)，就不可能生產(chǎn)出質(zhì)量過硬的傳感器產(chǎn)品。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)針對的對象是熱敏電阻，即溫度傳感器。主要測試的屬性有兩個：1 溫度傳感器的阻值 2 溫度傳感器是否絕緣。在本系統(tǒng)中只有以上兩個參數(shù)符合設(shè)計(jì)者的要求，才允許投入使用.作為產(chǎn)品出廠前的最后一道檢查工序，其意義是不言而喻的，它對產(chǎn)品能否順利執(zhí)行功能及產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)是否需要調(diào)整起著至關(guān)重要的作用。另外，本系統(tǒng)經(jīng)過部分改裝重組還可以作為其他傳感器的檢測系統(tǒng)，具有較廣的應(yīng)用范圍和較高的實(shí)用性。1.2 傳感器的特點(diǎn)及當(dāng)前形勢傳感器是國內(nèi)外公認(rèn)的前景廣闊的高新技術(shù)產(chǎn)品，其主要的特點(diǎn)有技術(shù)含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，滲透能力強(qiáng)，市場前景廣等。裝備制造業(yè)在制造過程中及整機(jī)性能測試中會面對許多不同的機(jī)械量和幾何量，有些設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對例如位移、速度、加速度、力、等機(jī)械量，長度、角度、形狀、位置等幾何量進(jìn)行測量。在人們的實(shí)際社會生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，從信號的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號(近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號)，而后再進(jìn)行信號的多方面處理。傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多，用于流程工業(yè)的主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器,各種力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表等，用于機(jī)械工業(yè)的還有：開關(guān)類的接近/定位傳感器、安全門開關(guān)等安全傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。目前國內(nèi)傳感器共分 10 大類，24 小類，6000 個品種。而國內(nèi)品種更多，如美國約有 17000 種傳感器，所以我國發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。21.3 國內(nèi)外發(fā)展前景及特點(diǎn) 中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，增長速度超過 15%，于此的同時溫度傳感器的生產(chǎn)在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，平均增長率為 9%。在中國，傳感器主要應(yīng)用于工業(yè)及，汽車產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品專用設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的較大。改革開放以來，我國吸引了各國商家的投資，主要有西門子、歐姆龍、邦納等公司，這便為國內(nèi)的制造業(yè)發(fā)展提供了很大的動力，，雖然我國國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)有一定程度的發(fā)展，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足形勢的要求。世界其他國家的傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷壯大，以美國為例，它擁有生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家多達(dá) 1300 多家，另外據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)還有擁有 100 多個研究院所和院校。整體看來我國的傳感器產(chǎn)業(yè)正穩(wěn)步的發(fā)展，但步伐還不夠快，還不足以適應(yīng)當(dāng)前該產(chǎn)業(yè)的更新。發(fā)達(dá)國家對傳感器的發(fā)展也同樣沒有停歇，傳感器產(chǎn)業(yè)日益成為裝備生產(chǎn)中的重要角色。 1.4 本文的主要研究內(nèi)容本課題主要對熱敏電阻檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為三個工位，第一個工位檢測電阻值，第二個工位負(fù)責(zé)檢測內(nèi)部端子與外殼是否絕緣，第三個進(jìn)行打標(biāo)。環(huán)境溫度范圍是 18~27℃，溫度測試精度為±0.5 ℃，直線三二工位布置，節(jié)拍為7.5s∕件。3第二章 溫度傳感器2.1 溫度傳感器的定義 利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。2.2 溫度傳感器的分類1 接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。它們被大量應(yīng)用于各個部門。與此同時，在我們的日常生活中常常應(yīng)用溫度計(jì)。另外，隨著低溫技術(shù)在國防科技、空間科技、冶金技術(shù)、電子產(chǎn)品、食品工程、醫(yī)藥和石油化工等部門的普遍應(yīng)用研究，測量 120K 以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了深遠(yuǎn)的發(fā)展。低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測量 1.6～300K 范圍內(nèi)的溫度?？偠灾?，作為接觸式溫度傳感器的當(dāng)前的代表，地問溫度計(jì)的應(yīng)用范圍越發(fā)廣泛。2 非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，顧名思義，也成為非接觸式儀表。這種傳感器可用來測量運(yùn)動中的物體、較小的目標(biāo)和較低的熱量或溫度變化迅速（瞬變）對象表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。 4圖 2.1 溫度傳感器最常用的非接觸式測溫度傳感器基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法、輻射法和比色法。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實(shí)溫度。如欲測定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當(dāng)困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實(shí)測溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測表面的真實(shí)溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中 ε 為材料表面發(fā)射率，ρ 為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。 非接觸測溫優(yōu)點(diǎn)：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于 1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫 逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。 3 熱電阻5材料特性導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性： ①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。 ②電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。 ③材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價格低。 熱敏電阻溫度特性 ④在測溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。 目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測溫?zé)犭娮?。?）鉑電阻鉑電阻與溫度之間的關(guān)系接近于線性（如右圖），在 0～630.74℃范圍內(nèi)可用下式表示 Rt＝R0(1+At+Bt2)在-190～0℃范圍內(nèi)為 Rt＝R0(1+At+Bt2 十 Ct3) 。 式中：RO、Rt 為溫度 0°及 t°時鉑電阻的電阻值，t 為任意溫度，A、B、C 為溫度系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7／℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3。由公式可看出， 當(dāng) R0 值不同時，在同樣溫度下，其Rt 值也不同。 （2）銅電阻在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。在-50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度成線性關(guān)系，其電阻與溫度關(guān)系的表達(dá)式為 Rt＝R0(1+At)(2-3)式中，A＝4.25×10-3～4.28×10-3℃為銅電阻的溫度系數(shù)。在 測 溫 精 度 要 求 不 高 ， 且 測 溫 范 圍 比 較 小 的 情 況 下 ， 可 采 用 銅 電 阻 做成 熱 電 阻 材 料 代 替 鉑 電 阻 。 在 -50～ 150℃ 的 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 銅 電 阻 與 溫 度 成 線性 關(guān) 系 ， 其 電 阻 與 溫 度 關(guān) 系 的 表 達(dá) 式 為 Rt＝ R0(1+At)(2-3)式 中 ，A＝ 4.25×10-3～ 4.28×10-3℃ 為 銅 電 阻 的 溫 度 系 數(shù) 。6第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械部分的整體要求在本次設(shè)計(jì)中，機(jī)械部分共要求三個工位，分別用于檢測傳感器阻值大小,絕緣與否和打標(biāo)噴碼。需將三個工位沿水平方向線性布置在工作臺上，通過橫向傳動裝置和縱向?qū)蜓b置帶動被測件運(yùn)動，使被測件分別通過上述三個工位并與被測件接觸，最終完成檢測任務(wù)。因?yàn)橄到y(tǒng)工作過程中需要有電路板，動力源等部分，所以要求機(jī)械部分有足夠空間容納上述器件。3.2 機(jī)械部分整體框架的設(shè)計(jì)檢測產(chǎn)品性能的三道工序應(yīng)該放在一個工作臺上，我們不妨先設(shè)定它為主工作臺，另外該系統(tǒng)還要有特定的空間去承載控制部分和動力源，電路板等元件，故可以給系統(tǒng)另外再增加 2 個工作工作臺，稱之為承載工作臺。為增加檢測系統(tǒng)的機(jī)動性，使其移動靈活，可以在系統(tǒng)底部按四個滑輪。而本設(shè)計(jì)的核心部分也就是主工作臺設(shè)計(jì)部分。在三個工作臺的支撐部分可以選用鋁質(zhì)型材，型材之間的連接利用的是型材連接架。結(jié)構(gòu)圖如下：圖 3.1 型材7圖 3.2 型材圖 3.3 型材連接件83.3 機(jī)械導(dǎo)向裝置的選擇3.3.1 采用電機(jī)與滾珠絲杠傳動伺服電機(jī)作為動力源，由滾珠絲杠和同步皮帶等組成結(jié)構(gòu)簡單而效率很高的傳動機(jī)構(gòu)。它的傳動精度定位也非常高。3.3.2 采用液壓傳動從結(jié)構(gòu)上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率最高，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。從工作性能上看，速度、扭矩、功率均可無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)性快，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍可達(dá) 100：l 到 2000：1；動作快速性好，控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，便于與電氣控制相配合，以及與CPU(計(jì)算機(jī))的連接，便于實(shí)現(xiàn)自動化。但是液壓傳動因有相對運(yùn)動表面不可避免地存在泄漏，同時油液不是絕對不可壓縮的，加上油管等彈性變形，液壓傳動不能得到嚴(yán)格的傳動比，因而不能用于如加工螺紋齒輪等機(jī)床的內(nèi)聯(lián)傳動鏈中。油液流動過程中存在沿?fù)p失、局部損失和泄漏損失，傳動效率較低，不適宜遠(yuǎn)距離傳動。特別是液壓技術(shù)不太普及的單位，這一矛盾往往阻礙著液壓技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。液壓設(shè)備維修需要依賴經(jīng)驗(yàn)，培訓(xùn)液壓技術(shù)人員的時間較長。3.3.3 采用氣壓傳動與液壓傳動相比，氣壓傳動以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。另外，同液壓傳動相比較，氣壓傳動擁有更快速的動作、更敏捷的反應(yīng)、日常維護(hù)與保養(yǎng)更加便捷、工作介質(zhì)更加清潔安全且不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。與此同時，氣壓傳動工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。成本低，過載能自動保護(hù)。93.3.4 傳動方案的最終確定氣動和其他傳動也控制方式比較，氣動方式的要比機(jī)械方式和電器方式稍大，（可以達(dá)到數(shù)十 KN） ，但其優(yōu)點(diǎn)也相當(dāng)明顯，構(gòu)造簡單，受溫度影響較小（不超過 100°） ，另外氣動方式的維護(hù)相對簡單，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。本設(shè)計(jì)對傳動力的要求不大，固不必要采用液壓控制。又因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的傳動過程中三個定位的要求精度不是很高，固不必要采用伺服電機(jī)傳動；綜上所述，本次設(shè)計(jì)的傳動部分采用的是工作中幾乎沒有危險性，抗污染能力強(qiáng)，工作介質(zhì)容易獲得，性價比高且維護(hù)簡單的氣壓傳動作為最后的傳動方案。3.4 傳動裝置的選擇和設(shè)計(jì)3.4.1 橫向移動裝置的選擇沿橫向的傳動選擇，選用氣動滑臺作為傳動機(jī)構(gòu)。因?yàn)闅鈩踊_即能使運(yùn)動平穩(wěn)迅速，又能相對精確的定位。使工件達(dá)到指定位置。本設(shè)計(jì)中的氣動滑臺有兩個定位，一個是初始位置，一個是中間位置，氣動滑臺在這兩個位置間帶著兩組氣缸作往復(fù)運(yùn)動從而實(shí)現(xiàn)檢測過程。3.4.2 縱向運(yùn)動裝置的選取縱向進(jìn)給運(yùn)動，選取氣缸作為縱向進(jìn)給單元。可以選取兩個氣缸組合成一個進(jìn)給單元，從而增加精度。在更貼近低端的氣缸上加一個探針，探針一面連接預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路，另一面連接被測件。完成縱向移動并測量的目的。3.4.3 被測件的夾取回收的選擇被測件的夾取裝置采用氣動夾爪，要求氣動夾爪的抓力大于被測件的最小夾取力。另外，打標(biāo)工序完成后需要一個擺動爪，將合格的工件傳遞到工件箱里。 3.5 方案驗(yàn)證及具體參數(shù)計(jì)算3.5.1 氣爪的設(shè)計(jì)及抓取力計(jì)算本次畢業(yè)設(shè)計(jì)分別在三個位置執(zhí)行三個工序,所以要選用三個氣爪去抓取被10測件,檢測過程中的被測檢始終沒有變化,即外形尺寸和質(zhì)量一定,故選用的三個氣爪的型號也完全相同。被測件的質(zhì)量大約在 250g 到 300g 之間，因?yàn)橄到y(tǒng)工作過程中氣爪夾取工件后是指方向上運(yùn)動，即克服被測件自身重力做工，故所選用的氣爪抓取力應(yīng)為F=mg=0.3＊10=3N所以在以上抓取力的限定下，可以選取空間尺寸最為合適的氣爪來完成本系統(tǒng)的具體要求。本次設(shè)計(jì)中的三個氣爪選用瑞安市經(jīng)緯氣動液壓元件有限公司的 MHC2圖 3.4 氣爪性能指標(biāo)113.5.2 氣缸 1 行程及參數(shù)計(jì)算氣缸 1 即為帶動氣爪上下運(yùn)動氣缸，其位于工作位置低位時實(shí)現(xiàn)的是為氣爪抓取工件提供空間，其位于工作位置頂端是實(shí)現(xiàn)的是在工件被夾住橫向運(yùn)動通往下一個工位時能夠不觸碰其構(gòu)件。氣缸 1 的程為 10mm，缸徑選用 r=20mm 的單柱塞式氣缸。在系統(tǒng)中，該型號的氣缸共有兩個，平行放置，工作頻率和順序也完全一致。圖 3.5 氣缸 1表 3.1 氣缸 1 性能指標(biāo)型號 MB1/MDB1動作形式 單桿雙作用缸徑 32,40,50,53,80,100,125特長 1 拉桿內(nèi)置結(jié)構(gòu)，可安裝剛性開關(guān)槽絲，防止灰塵進(jìn)入堆積。 2 帶磁性開關(guān)（MDB1 系列） 。3.5.3 氣缸 2 行程及參數(shù)計(jì)算氣缸 2 的主要作用是與檢測被測件，在氣缸 2 的伸出桿端安裝一個連接了預(yù)先檢測電路的探針，通過氣缸 2 的伸縮，帶動探針同步運(yùn)動，當(dāng)氣缸 2 處于工作位置低端時，系統(tǒng)處于檢測狀態(tài)，工位 1 檢測阻值，工位 2 檢測絕緣。當(dāng)氣缸 2處于頂端時，工件的位置處于調(diào)整狀態(tài)，探針不與被測件接觸，氣缸 2 不工作。12氣缸 2 的行程為 20mm，缸徑選用 r=5mm 的單桿柱塞式氣壓缸。在本系統(tǒng)中，選用2 個該型號的柱塞氣壓缸，分別連接兩個探針，探針連接兩個不同的預(yù)設(shè)電路，從而完成對被測件的檢測。圖 3.6 氣缸 2表 3.2 氣缸 2 性能指標(biāo)型號 CJP2/CDJP2/CJP作用方式 單缸雙作用缸徑 4,6,10,15特長 1 缸徑 φ4-5st 也可安裝 2 個磁性開關(guān)。 2 能連接 φ2 快換接頭、速度控制閥。 3 帶磁性開關(guān)(CDJP2 系列：CDJP2)3.5.4 氣缸的串聯(lián)本次設(shè)計(jì)，氣缸 1 和氣缸 2 都完成豎直方向上的進(jìn)給運(yùn)動，又是成對出現(xiàn)的，所以本人考慮將兩個氣缸在縱向連接起來從而節(jié)省了空間，同時提高了系統(tǒng)的整體工作效率。而連接兩個氣缸的構(gòu)件選用一個 L 型連接件，該件的形狀就是一個 L 型的立體形勢，橫短邊的上側(cè)與氣缸 1 的輸出端相連接，豎長邊的外側(cè)與氣缸 2 相連接，這樣就可以使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得以簡化。13圖 3.7 氣缸組合體3.5.5 擺動缸計(jì)算擺動氣缸是一種在小于 360‘角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動的氣缸，它是將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，輸出力矩是結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動。常用的擺動氣缸的最大擺動角度為 90 °180 °270°.由于擺動缸輸出軸承受扭矩，對沖擊力的耐力小，因此，如擺動氣缸速過快或受到驅(qū)動物體的沖擊作用，將用以損壞，故需要采用緩沖機(jī)構(gòu)或制動器。本系統(tǒng)中的擺動氣缸采用的擺動角度是 90‘?dāng)[動缸上面固定的是氣爪，當(dāng)工件檢測合格以后擺動缸通過轉(zhuǎn)動和氣爪的抓取，把合格件放入指定位置準(zhǔn)備包裝出廠。14圖 3.8 擺動缸表 3.3 擺動缸性能型號 CRB2/CDRB2作用方式 單葉片缸徑擺動角度 10,15,20,30,4090o,180o,270o特長 磁性開關(guān)安裝位置可以移動到任意位置。 可直接安裝。 配管方向有缸體側(cè)面和軸向兩種。(帶有磁性開關(guān)和角度調(diào)整的配管方向只能選擇缸體側(cè)面) 最低使用壓力：0.2MPa(缸徑 10)0.15MPa(缸徑 15～40) 帶角度調(diào)整的可以調(diào)整到任意角度。 附帶磁性開關(guān)(CDRB2 系列：CDRB2□W、CDRB2□WU)3.5.6 氣動滑臺的選擇本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工位間的距離定位 150mm，由氣動滑臺帶動兩對氣缸在水平方向上運(yùn)動，所以氣動滑臺的行程選用 150mm.經(jīng)對比分析，本套設(shè)計(jì)方案選用 SMC(中國)有限公司的產(chǎn)品15圖 3.9 氣動滑臺表 3.4 氣動滑臺性能指標(biāo) 型號 MXY作用方式 雙作用缸徑 6,10,12特長 高剛性、高精度、最400mm 行程。該型號氣動滑臺的突出優(yōu)點(diǎn)是高韌性和高精度，另外其 400mm 的行程也足以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。3.5.7 工作周期的計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，7.5 秒要完成一個工件的檢測。系統(tǒng)工作的流程如下原始狀態(tài)：1、2 工位的氣缸 1 伸出，氣缸 2 處于收縮狀態(tài)，氣動滑臺處于初始位置。1 被測件送到指定位置，氣缸 2 帶動探針向下運(yùn)動，使預(yù)設(shè)電路與被測件接觸。162 探針接觸后，預(yù)設(shè)電路馬上工作，并記錄該件該屬性數(shù)據(jù)。3 測量結(jié)束，氣缸 2 帶動探針向上運(yùn)動，恢復(fù)到初始位置，同時氣爪夾取被測件。4 氣缸 1 通過 L 型連接件帶動已經(jīng)抓取被測件的氣爪向上運(yùn)動至氣缸 1 的頂端，此時氣缸 1 恢復(fù)收縮狀態(tài)。5 氣動滑臺水平運(yùn)動，將兩組氣缸和抓取工件的氣爪送到下一個工位。6 氣缸 1 向下運(yùn)動°再次回到伸出狀態(tài)。7 氣爪松開。8 氣缸 1 向上運(yùn)動到頂端。9 氣動滑臺水平運(yùn)動回到初始位置。10 氣缸 1 向下運(yùn)動到低端。此時 1、2 工位都有工件，再次重復(fù)以上 1 至 10 運(yùn)動后，1、2、3 工位都被側(cè)件在。1、2 工位不變，3 工位在 1、2 工位進(jìn)行測量的時候完成打標(biāo)，在 1、2工位進(jìn)行夾取的時候 3 工位也同時夾取，1、2 工位夾取后向上運(yùn)動時，3 工位擺動氣缸擺動至 90°處，1、2 工位橫向移動完畢松開工件時，3 工位的氣爪也松開工件，1、2 工位回到初始位置時，3 工位的擺動缸也旋轉(zhuǎn)回到初始位置。以上三個工位公用 7.5 秒完成，所以每個工序所用時間為 2.5 秒。所以以上十個工步每一個的周期是 0.25 秒。3.5.8 步進(jìn)電機(jī)的選擇依據(jù)步進(jìn)電機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是伺服電機(jī)的一種，步進(jìn)電機(jī)可以按照輸入的脈沖指令一步步地旋轉(zhuǎn)，即可將輸入的數(shù)字指令信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移和轉(zhuǎn)速。因此，它實(shí)質(zhì)上也是一種數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，由于步進(jìn)電機(jī)成本較低，易于采用計(jì)算機(jī)控制，因而被廣泛應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)是一種將脈沖信號變成角位移的電磁裝置，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比，速度與脈沖頻率成正比，而運(yùn)動方向是由步進(jìn)電動機(jī)的各項(xiàng)通電順序來決定，并且保持電動機(jī)各項(xiàng)通電狀態(tài)就能使電動機(jī)自鎖。因而步進(jìn)電機(jī)具有控制簡單，運(yùn)行可靠，慣性小等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是調(diào)速范圍窄，升降速響響應(yīng)慢，矩頻特性軟，輸出數(shù)據(jù)力矩受限。步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)及選擇：（1）步距角：步距角是指每給一個電脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)子所對應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值，它是步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)之一。不同的應(yīng)用場合，對步距角大小的要求不同。它的大小直接影響步進(jìn)電動機(jī)的起動和運(yùn)行頻率。因此，在選擇步進(jìn)電動機(jī)的步距角17θ b≤iθ min=3×0.45°=1.35°。（2）精度：步進(jìn)電動機(jī)的精度有兩種表示方法：一種用步距誤差最大值來表示；另一種用步距累積誤差最大值來表示。最大累積誤差是指任意位置開始經(jīng)過任意不之后，角位移誤差的最大值。最大步距誤差是指電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)內(nèi)相鄰兩步之間最大步距和理想步距角的差值，用理想步距角的百分?jǐn)?shù)來表示。（3）轉(zhuǎn)距 1） 保持轉(zhuǎn)距是指繞組不通電是電磁轉(zhuǎn)距的最大值或轉(zhuǎn)角不超過一定值是的轉(zhuǎn)距值。2） 靜轉(zhuǎn)距是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)距。負(fù)載轉(zhuǎn)距 TL與最大靜轉(zhuǎn)距的關(guān)系為 TL=(0.3～0.5) T smax為保證步進(jìn)電動機(jī)在系統(tǒng)中正常工作，還必須滿足：TstTLmax式中：T st為步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)距；T Lmax為步進(jìn)電動機(jī)最大靜負(fù)載轉(zhuǎn)距。通常取Tst=TLmax/（0.3～0.5）以便有相當(dāng)?shù)牧貎洹２骄嗾`差和累積誤差是兩個概念，在數(shù)值上也不一樣，這就是說精度的定義沒有完全統(tǒng)一起來，從使用的角度看，對大多數(shù)情況來說，用累積誤差來衡量精度比較方便。3） 動轉(zhuǎn)距是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)距值，它與運(yùn)行的頻率有關(guān)。（4）響應(yīng)頻率是指在某一頻率范圍，步進(jìn)電動機(jī)可以任意運(yùn)行而不丟失一步，這一最大頻率。通常用起動頻率 fst來作為衡量的指標(biāo)，它是能不丟步的起動極限頻率，有時也叫做突跳頻率或牽如頻率。對于一定的步進(jìn)電動機(jī)及驅(qū)動器，起動頻率的值與負(fù)載的大小有關(guān)，負(fù)載的大小包含轉(zhuǎn)距和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量兩個方面的意義。技術(shù)參數(shù)中常給出空載起動頻率 f0st,它隨負(fù)載的增加而顯著下降，選用時應(yīng)注意這一點(diǎn)。（5）運(yùn)行頻率是指頻率連續(xù)上升時，電動機(jī)能不失步進(jìn)行的極限頻率。它的值也與負(fù)載的大小有關(guān)。在相同的負(fù)載情況下。連續(xù)頻率 fc值遠(yuǎn)大于響應(yīng)頻率或起動頻率f0st。（6）起動轉(zhuǎn)距特性是指在給定的驅(qū)動條件下，負(fù)載慣量一定時，起動頻率與負(fù)載18轉(zhuǎn)距之間的關(guān)系。（7）起動慣性特性是指負(fù)載一定時，起動頻率與負(fù)載慣量的關(guān)系。（8）運(yùn)行距頻特性是指在負(fù)載慣量不邊時，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)距之間的關(guān)系。上述各項(xiàng)是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合指標(biāo)，是生產(chǎn)廠家產(chǎn)品出廠時應(yīng)提供的。這些指標(biāo)既反映出步進(jìn)電動機(jī)性能的優(yōu)劣，又是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)選用和靜態(tài)特性計(jì)算的重要依據(jù)。本次設(shè)計(jì)中,工件每 2.5 秒完成一個工位的檢測,故在齒輪傳送帶上每 2.5 秒就要求有送上一個件，傳送帶的長度為 120mm，在傳送帶上儲存 15 個工件，每個間距12mm，所以步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動一次要事傳送帶運(yùn)動 8mm。取脈沖當(dāng)量為=0.007mmp?P=10mm取齒輪的傳動比 i=3則步進(jìn)電機(jī)的步距角為Pi/360`.??=360 8/37.?=0.945所以選用 42BYG111 型號永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)表 3.5 步進(jìn)電機(jī)性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的步距 =0.9°?最大靜轉(zhuǎn)矩 M=0.078Nm空載啟動頻率 V = 800 步 s/電感 A=22mH電阻 R=38 歐姆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 J=0.27 2510kgm??3.5.9 齒輪傳動部分設(shè)計(jì)傳動比選用 i=319（1）確定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)。選直齒圓柱齒輪。由參考文獻(xiàn)選取大小齒輪的材料均為 45#，齒面硬度為165--227HBS。選取精度等級為 7 級.（2）確定齒輪數(shù)及布局方案由于受到空間限制，本設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)一個減速箱外接到工作臺底部的方法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)對傳送帶的帶動。 圖 3.10 二級減速箱原理圖令齒輪的模數(shù) m=3齒輪 1 與齒輪 2 的傳動比 i1=1.5齒輪 3 與齒輪 4 的傳動比 i2=2從而達(dá)到系統(tǒng)的整體傳動比 i=i1*i2=1.5*2=3因?yàn)樗膫€齒輪的模數(shù)都為 3，所以要靠齒數(shù)來達(dá)到傳動比的要求令齒輪 1 的齒數(shù) z1=12則由于1/i1=z1/z220所以 z2=z1*i1=12*1.5=18令齒輪 3 的齒數(shù) z3=121/i2=z3/z4所以 z4=z3*i2=12*2=24分度圓直徑 D1=mz1=3*12=36D2=mz2=3*18=54D3=mz3=3*12=36D4=mz4=3*24=72齒頂圓直徑Da1=m*（z+2）=3*14=42Da2=60Da3=42Da4=78齒根圓直徑Df1=m*（z-2.5）=3*9.5=28.5Df2=46.5Df3=28.5Df4=64.5中心距A1=1/2m(z1+z2)=3*(12+18)/2=45A2=543.5.10 軸承的選擇設(shè)計(jì)由于軸的外徑是 8mm，所以本次軸承的選擇也要求其內(nèi)徑為 8mm，在本次設(shè)計(jì)中我選用深溝球軸承，內(nèi)徑為 8mm，外徑為 22mm。選用 608CE 型號21第四章 電氣部分設(shè)計(jì)4.1 電氣部分總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)電氣部分用的是 PCL-839+作為步進(jìn)電機(jī)控制卡，選用 PCI-1733 作為輸入卡，PCI-1734 作為輸出卡的控制系統(tǒng)。操作人員通過對 PC 的指令控制來完成系統(tǒng)工作的任務(wù)。4.2 PCL-839+4.2.1PCL-839+概述PCL839+是一款 3 軸步進(jìn)電機(jī)控制卡，可以直接通過操作該卡的 I/O 寄存器對每個軸進(jìn)行控制。他可以完成對 3 個步進(jìn)電機(jī)的獨(dú)立，同步控制。它擁有線性和圓弧插補(bǔ)并運(yùn)用光隔離輸出。與此同時，每軸有 5 路用于行程開關(guān)的隔離數(shù)字量輸入。步進(jìn)速率可以達(dá)到 250 Kpps 且擁有 16 路 DI 和 16 路 DO。產(chǎn)品的外形規(guī)格見圖 4.1、4.2。22圖 4.1 PCL839+圖 4.2.1 產(chǎn)品規(guī)格23圖 4.2.2 產(chǎn)品地址4.2.2PCL839+硬件設(shè)置1）PCL-839+ 基地址設(shè)置，通過板卡上的撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)。見圖 4.3。圖 4.3 基本地址設(shè)置硬件地址列表見圖4.424圖 4.4 硬件地址2）PCL-839+ 中斷跳線設(shè)置：通過板卡上的 JP4 進(jìn)行設(shè)置，見圖 4.5。圖 4.5 板卡設(shè)置3) 板卡安裝：I.關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源；II. 將 PCL-839+卡插在計(jì)算機(jī)的任一 ISA 槽上；III. 重新開啟計(jì)算機(jī)，打開 Device Manager 進(jìn)行設(shè)置。注意：中斷和基地址請使用計(jì)算機(jī)中沒有被占用的中斷和地址，否則板卡無法正常工作；建議對于 ISA 總線的板卡，在設(shè)定中斷時，最好在 BIOS 中板卡所使 用的手動分配給 ISA 總線4.2.3PCL-839+與外設(shè)連接25圖 4.6PCL-839+ DB-37 針腳定義圖4.2.4PCL-839+針腳描述表 4.1264.2.5PCL 839+與步進(jìn)電機(jī)的連接1）隔離輸出，需外接電源。注意：輸入 EXT.VCC 的電壓決定了輸出脈沖的電壓。如輸入 +5V 電壓，輸出電壓的高電平為 +5V，同時每一軸的電源都要單獨(dú)共給，如需要驅(qū)動前兩個電機(jī)，那么 pin2 與 pin21、 pin5 與 pin24 都要分別接入電源。（見圖4.7）