軸承在線自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇俊宏,栗波波,陳智利

摘 ?要： 工業(yè)視覺在線自動(dòng)檢測設(shè)備主要應(yīng)用于高精度、重復(fù)性的工業(yè)檢測環(huán)節(jié)中，以其非接觸性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軸承檢測領(lǐng)域。著重介紹軸承在線自動(dòng)檢測裝置中硬件及PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選取。包括圖像采集系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及工件傳送系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)與工件傳送系統(tǒng)在PLC控制系統(tǒng)控制下完成對(duì)軸承的在線自動(dòng)檢測。經(jīng)實(shí)際測試，該系統(tǒng)能很好完成軸承檢測工作，有操作簡單、穩(wěn)定性好、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： PLC； 機(jī)械手； 電氣控制； 自動(dòng)檢測

中圖分類號(hào)： TN710?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2014）23?0126?03

Design of control system for bearing automatic detection

SU Jun?hong， ?LI Bo?bo， ?CHEN Zhi?li

（Xian Technological University， Xian 710021， China）

Abstract： The on?line auto detection equipment of industrial vision are mainly used in high?accuracy and high?repeatability industrial testing link. It is widely used in the field of bearing detection due to the advantages of non?contact. The design of hardware and PLC control system in the online automatic detection device is mainly introduced in this paper， including the image acquisition system， PLC control system and the work piece transfer system. The online automatic detection of bearings is completed by the image acquisition system and the work piece transfer system under control of PLC control system. The testing result indicates that the system can accomplish work piece detection well， and has advantages of simple operation， high stability and high accuracy.

Keywords： ?PLC； manipulator； ?electrical control； automatic detection

0 ?引 ?言

軸承在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，軸承質(zhì)量的好壞直接影響到安全生產(chǎn)和機(jī)器的使用性能及壽命[1]。圖1為軸承在線自動(dòng)檢測裝置示意圖，傳送帶光電開關(guān)檢測到軸承后，氣缸將軸承推至工位1，機(jī)械手將工位1上的軸承夾持至工位2，工位2上的傳感器檢測到軸承后，CCD1相機(jī)對(duì)軸承側(cè)面進(jìn)行拍攝，CCD2對(duì)正面進(jìn)行拍攝，并將圖像傳至圖像處理系統(tǒng)，若合格，機(jī)械手將軸承夾持至傳送帶[2]，不合格則夾持至廢料箱。軸承在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)是典型的機(jī)、電、氣一體化裝置，以其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、動(dòng)作迅速、可靠性好、抗干擾性強(qiáng)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛運(yùn)用于軸承檢測工業(yè)現(xiàn)場中。

1 ?軸承自動(dòng)檢測系統(tǒng)介紹

機(jī)械手由機(jī)械系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)分為底座、支柱、手臂和氣爪四部分，可以控制旋轉(zhuǎn)氣缸、伸縮氣缸和氣爪三個(gè)部分，分別使用3個(gè)電磁閥驅(qū)動(dòng)，在可編程控制器和觸摸屏的控制下，實(shí)現(xiàn)機(jī)身的上升、下降、旋轉(zhuǎn)和氣爪夾取。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

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圖1 軸承在線自動(dòng)檢測整體示意圖

1.1 ?控制系統(tǒng)組成

在本系統(tǒng)中，需要的輸入端口有12個(gè)，輸出端口需要11個(gè)，輸出為繼電器輸出。需要對(duì)機(jī)械手動(dòng)作的位移、工位上軸承是否到位進(jìn)行檢測，均為數(shù)字量輸入。考慮預(yù)留一定的I/O余量及對(duì)PLC硬件資源充分利用的要求，根據(jù)輸入/輸出控制要求的分析，本文選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM1A?X40DT?D型的可編程控制器[3]。

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圖2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

1.2 ?圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖像采集系統(tǒng)由可轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái)、光學(xué)照明系統(tǒng)（平面光源和環(huán)形光源）和CCD相機(jī)組成，如圖3所示。CCD2對(duì)工件的上表面進(jìn)行拍攝，之后CCD1對(duì)工件側(cè)面進(jìn)行拍攝，載物臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)90°，CCD1對(duì)工件進(jìn)行一次拍攝，總共拍攝四次[1]。

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圖3 圖像采集平臺(tái)

2 ?PLC控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

該電氣控制系統(tǒng)有2個(gè)啟停信號(hào)控制按鈕、9個(gè)限位開關(guān)和2個(gè)光電開關(guān)。共13個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)，11個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，共同控制著機(jī)械手的運(yùn)行。

2.1 ?PLC電路設(shè)計(jì)

CPM1A?X40DT?D外部接線圖如圖4所示。

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圖4 CPM1A?X40DT?D外部接線圖

2.2 ?PLC I/O口分配

PLC輸入/輸出端口分配如表1所示。

表1 PLC輸入/輸出端口分配

[輸入＼&；＼&；輸出＼&；＼&；0.00＼&；開始＼&；10.00＼&；機(jī)械手上行＼&；0.01＼&；停止＼&；10.01＼&；機(jī)械手下行＼&；0.02＼&；機(jī)械手上限為傳感器＼&；10.02＼&；機(jī)械手右行＼&；0.03＼&；機(jī)械手到位傳感器＼&；10.03＼&；機(jī)械手左行＼&；0.04＼&；機(jī)械手下限位傳感器＼&；10.04＼&；氣爪夾緊＼&；0.05＼&；機(jī)械手右限位傳感器＼&；10.05＼&；氣爪松開＼&；0.06＼&；機(jī)械手左限位傳感器＼&；10.06＼&；載物臺(tái)右旋＼&；0.07＼&；機(jī)械手中間限位傳感器＼&；10.07＼&；CCD1拍攝＼&；0.08＼&；氣爪壓力傳感器＼&；11.00＼&；CCD2拍攝＼&；0.09＼&；工位1工件檢測傳感器＼&；11.01＼&；報(bào)警＼&；1.00＼&；工位2工件檢測傳感器＼&；11.02＼&；緊急停止＼&；1.01＼&；工件合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.02＼&；工件不合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.03＼&；傳送帶光電傳感器1＼&；＼&；＼&；1.04＼&；傳送帶光電傳感器2＼&；＼&；＼&；]

3 ?PLC控制程序設(shè)計(jì)

可編程控制器編程語言中，梯形圖語言是應(yīng)用最廣泛的一種編程語言，也是最能直觀表達(dá)電氣控制原理的編程語言[2]。本文使用OMRON的CX?Programs梯形圖編輯器建立PLC程序。當(dāng)工位1檢測到工件后，機(jī)械手將工位1上的工件夾持至工位2.CCD相機(jī)對(duì)工位2上的工件拍攝檢測完成后，將合格與否的信號(hào)傳送至PLC，當(dāng)工件合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至傳送帶，不合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至廢料箱。圖5和圖6為軸承由工位1傳送至工位2的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t5.tif>；

圖5 工件由工位1傳送至工位2運(yùn)行流程圖

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t6.tif>；

圖6 工件由工位1傳送至工位2的PLC梯形圖

圖7和圖8為軸承由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t7.tif>；

圖7 工件由工位2傳送至皮帶或者廢料箱運(yùn)行流程圖

4 ?結(jié) ?語

經(jīng)初步運(yùn)行調(diào)試，軸承在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)可以滿足工業(yè)現(xiàn)場軸承檢測的基本需求。本文PLC梯形圖采用順序法編程，執(zhí)行效率較低，需要深入學(xué)習(xí)編程經(jīng)驗(yàn)，簡化程序。PLC有較多的輸入輸出口余留，可增加各類型的位移傳感器，進(jìn)一步增加控制精度。PLC控制系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性，可適用于各種生產(chǎn)環(huán)境，編程語言可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和動(dòng)作需求修改語言，適用各類生產(chǎn)線需求，實(shí)用性強(qiáng)。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t8.tif>；

圖8 工件由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的PLC梯形圖

參考文獻(xiàn)

[1] 劉勝利.基于工業(yè)視覺的軸承尺寸在線檢測技術(shù)[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]李燦燦，黃星德.氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制部分設(shè)計(jì)[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（4）：74?76.

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[4] 楊陽，蔣先剛.基于圖像分析的滾動(dòng)軸承表面缺陷識(shí)別技術(shù)研究[J].華東交通大學(xué)報(bào)，2008，25（6）：41?46.

[5] 陳潔.現(xiàn)代PLC控制技術(shù)與發(fā)展[J].精密制造與自動(dòng)化，2004（4）：48?49.

[6]朱梅.液壓與氣壓技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[7] 張曉明.基于CCD的小軸徑零件全自動(dòng)測量系統(tǒng)研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2011.

[8] 賈伯年.傳感器技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2007.

[9] 王冬青.可編程控制器及原理[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[10] 黃偉，胡青龍.機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008（11）：91?95.

圖3 圖像采集平臺(tái)

2 ?PLC控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

該電氣控制系統(tǒng)有2個(gè)啟停信號(hào)控制按鈕、9個(gè)限位開關(guān)和2個(gè)光電開關(guān)。共13個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)，11個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，共同控制著機(jī)械手的運(yùn)行。

2.1 ?PLC電路設(shè)計(jì)

CPM1A?X40DT?D外部接線圖如圖4所示。

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圖4 CPM1A?X40DT?D外部接線圖

2.2 ?PLC I/O口分配

PLC輸入/輸出端口分配如表1所示。

表1 PLC輸入/輸出端口分配

[輸入＼&；＼&；輸出＼&；＼&；0.00＼&；開始＼&；10.00＼&；機(jī)械手上行＼&；0.01＼&；停止＼&；10.01＼&；機(jī)械手下行＼&；0.02＼&；機(jī)械手上限為傳感器＼&；10.02＼&；機(jī)械手右行＼&；0.03＼&；機(jī)械手到位傳感器＼&；10.03＼&；機(jī)械手左行＼&；0.04＼&；機(jī)械手下限位傳感器＼&；10.04＼&；氣爪夾緊＼&；0.05＼&；機(jī)械手右限位傳感器＼&；10.05＼&；氣爪松開＼&；0.06＼&；機(jī)械手左限位傳感器＼&；10.06＼&；載物臺(tái)右旋＼&；0.07＼&；機(jī)械手中間限位傳感器＼&；10.07＼&；CCD1拍攝＼&；0.08＼&；氣爪壓力傳感器＼&；11.00＼&；CCD2拍攝＼&；0.09＼&；工位1工件檢測傳感器＼&；11.01＼&；報(bào)警＼&；1.00＼&；工位2工件檢測傳感器＼&；11.02＼&；緊急停止＼&；1.01＼&；工件合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.02＼&；工件不合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.03＼&；傳送帶光電傳感器1＼&；＼&；＼&；1.04＼&；傳送帶光電傳感器2＼&；＼&；＼&；]

3 ?PLC控制程序設(shè)計(jì)

可編程控制器編程語言中，梯形圖語言是應(yīng)用最廣泛的一種編程語言，也是最能直觀表達(dá)電氣控制原理的編程語言[2]。本文使用OMRON的CX?Programs梯形圖編輯器建立PLC程序。當(dāng)工位1檢測到工件后，機(jī)械手將工位1上的工件夾持至工位2.CCD相機(jī)對(duì)工位2上的工件拍攝檢測完成后，將合格與否的信號(hào)傳送至PLC，當(dāng)工件合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至傳送帶，不合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至廢料箱。圖5和圖6為軸承由工位1傳送至工位2的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t5.tif>；

圖5 工件由工位1傳送至工位2運(yùn)行流程圖

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t6.tif>；

圖6 工件由工位1傳送至工位2的PLC梯形圖

圖7和圖8為軸承由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼48t7.tif>；

圖7 工件由工位2傳送至皮帶或者廢料箱運(yùn)行流程圖

4 ?結(jié) ?語

經(jīng)初步運(yùn)行調(diào)試，軸承在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)可以滿足工業(yè)現(xiàn)場軸承檢測的基本需求。本文PLC梯形圖采用順序法編程，執(zhí)行效率較低，需要深入學(xué)習(xí)編程經(jīng)驗(yàn)，簡化程序。PLC有較多的輸入輸出口余留，可增加各類型的位移傳感器，進(jìn)一步增加控制精度。PLC控制系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性，可適用于各種生產(chǎn)環(huán)境，編程語言可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和動(dòng)作需求修改語言，適用各類生產(chǎn)線需求，實(shí)用性強(qiáng)。

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圖8 工件由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的PLC梯形圖

參考文獻(xiàn)

[1] 劉勝利.基于工業(yè)視覺的軸承尺寸在線檢測技術(shù)[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2014.

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[3] 孟雷.可編程序控制器（PLC）選用時(shí)的問題與對(duì)策[J].內(nèi)江科技，2007（5）：100?101.

[4] 楊陽，蔣先剛.基于圖像分析的滾動(dòng)軸承表面缺陷識(shí)別技術(shù)研究[J].華東交通大學(xué)報(bào)，2008，25（6）：41?46.

[5] 陳潔.現(xiàn)代PLC控制技術(shù)與發(fā)展[J].精密制造與自動(dòng)化，2004（4）：48?49.

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[10] 黃偉，胡青龍.機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008（11）：91?95.

圖3 圖像采集平臺(tái)

2 ?PLC控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

該電氣控制系統(tǒng)有2個(gè)啟停信號(hào)控制按鈕、9個(gè)限位開關(guān)和2個(gè)光電開關(guān)。共13個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)，11個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，共同控制著機(jī)械手的運(yùn)行。

2.1 ?PLC電路設(shè)計(jì)

CPM1A?X40DT?D外部接線圖如圖4所示。

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圖4 CPM1A?X40DT?D外部接線圖

2.2 ?PLC I/O口分配

PLC輸入/輸出端口分配如表1所示。

表1 PLC輸入/輸出端口分配

[輸入＼&；＼&；輸出＼&；＼&；0.00＼&；開始＼&；10.00＼&；機(jī)械手上行＼&；0.01＼&；停止＼&；10.01＼&；機(jī)械手下行＼&；0.02＼&；機(jī)械手上限為傳感器＼&；10.02＼&；機(jī)械手右行＼&；0.03＼&；機(jī)械手到位傳感器＼&；10.03＼&；機(jī)械手左行＼&；0.04＼&；機(jī)械手下限位傳感器＼&；10.04＼&；氣爪夾緊＼&；0.05＼&；機(jī)械手右限位傳感器＼&；10.05＼&；氣爪松開＼&；0.06＼&；機(jī)械手左限位傳感器＼&；10.06＼&；載物臺(tái)右旋＼&；0.07＼&；機(jī)械手中間限位傳感器＼&；10.07＼&；CCD1拍攝＼&；0.08＼&；氣爪壓力傳感器＼&；11.00＼&；CCD2拍攝＼&；0.09＼&；工位1工件檢測傳感器＼&；11.01＼&；報(bào)警＼&；1.00＼&；工位2工件檢測傳感器＼&；11.02＼&；緊急停止＼&；1.01＼&；工件合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.02＼&；工件不合格信號(hào)＼&；＼&；＼&；1.03＼&；傳送帶光電傳感器1＼&；＼&；＼&；1.04＼&；傳送帶光電傳感器2＼&；＼&；＼&；]

3 ?PLC控制程序設(shè)計(jì)

可編程控制器編程語言中，梯形圖語言是應(yīng)用最廣泛的一種編程語言，也是最能直觀表達(dá)電氣控制原理的編程語言[2]。本文使用OMRON的CX?Programs梯形圖編輯器建立PLC程序。當(dāng)工位1檢測到工件后，機(jī)械手將工位1上的工件夾持至工位2.CCD相機(jī)對(duì)工位2上的工件拍攝檢測完成后，將合格與否的信號(hào)傳送至PLC，當(dāng)工件合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至傳送帶，不合格時(shí)，機(jī)械手將工件夾持至廢料箱。圖5和圖6為軸承由工位1傳送至工位2的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

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圖5 工件由工位1傳送至工位2運(yùn)行流程圖

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圖6 工件由工位1傳送至工位2的PLC梯形圖

圖7和圖8為軸承由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的運(yùn)行流程圖及相應(yīng)的PLC梯形圖。

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圖7 工件由工位2傳送至皮帶或者廢料箱運(yùn)行流程圖

4 ?結(jié) ?語

經(jīng)初步運(yùn)行調(diào)試，軸承在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)可以滿足工業(yè)現(xiàn)場軸承檢測的基本需求。本文PLC梯形圖采用順序法編程，執(zhí)行效率較低，需要深入學(xué)習(xí)編程經(jīng)驗(yàn)，簡化程序。PLC有較多的輸入輸出口余留，可增加各類型的位移傳感器，進(jìn)一步增加控制精度。PLC控制系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性，可適用于各種生產(chǎn)環(huán)境，編程語言可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和動(dòng)作需求修改語言，適用各類生產(chǎn)線需求，實(shí)用性強(qiáng)。

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圖8 工件由工位2傳送至傳送帶或者廢料箱的PLC梯形圖

參考文獻(xiàn)

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[10] 黃偉，胡青龍.機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008（11）：91?95.