解決實心輪胎自動成型機組成型小車定位不準問題

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(貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008 )

1 問題分析

某公司目前配有一套8-16寸的實心輪胎自動成型機組，采用冷喂料擠出機供膠，三輥壓延機出片，移動成型小車進行實心輪胎胎胚纏貼成型。移動成型小車部分主要由小車軌道、小車底板、接近開關、小車走輪、旋轉編碼器、小車驅動機構、成型機頭及控制箱、卸胎機構(圖中未畫出)等組成(圖1)。

圖1 成型小車組成結構示意圖

圖2 成型胎胚膠片錯位圖 (圖中圈內h尺寸即為錯位距離)

每個機頭要在兩個不同的纏貼工位上(圖中未畫出)纏貼兩種不同的膠料。一個循環需要三個機頭均完成胎心膠、胎面膠的纏貼工作，成型小車每個循環需在四個定位點上定位并進行胎胚纏貼。成型小車每完成一個工段，自動換位，靠安裝在軌道上的旋轉編碼器和安裝在成型機頭上的接近開關檢測移動距離并進行位置判斷，根據移動距離和位置判斷結果進行定位。在實際生產過程中，頻繁出現成型小車欠位(未走到標準位，差距在5 mm以上)停車或超位(走超過標準位，差距在5 mm以上)停車的問題，最終停車位偏離標準纏貼位，導致成型胎胚不同膠層之間嚴重錯位，產生不合格品，造成損失，且無法實現自動化生產，嚴重降低生產效率。以下是現場纏貼的不合格胎胚(圖2)，系成型小車定位不準導致。

以下是旋轉編碼器檢測數據的統計表(檢測時點為成型小車正確定位后靜態檢測)(表1)。

表1 D4024成型小車位置值跟蹤表

注1：D4024為旋轉編碼器檢測數據在PLC中的存儲地址。

注2：表中位置值×1.6即為成型小車的實際位置檢測值(mm)。

實踐表明，重現性是成型小車定位最重要的指標。從上表中可以看出，其重現性很差，用編碼器檢測的位置值作為定位信號顯然不理想。為了提高檢測精度，提高重現性，我們嘗試把編碼器安裝在成型小車驅動機構減速機輸出軸上，發現檢測結果重現性更差，未達到目的，只得進行提高定位精度的改造。

分析成型小車定位不準的原因主要是：①編碼器滾輪靠摩擦力帶動在軌道上跟隨轉動，由于小車本身的慣性，啟動和停止時產生打滑，造成編碼器檢測數據失真，導致定位不準。②由于小車運行過程中及靜態成型時震動較大，造成小車移動，導致定位不準。③軌道本身平行度不夠，成型小車運行時產生不確定性滑動，導致定位不準。④編碼器通訊電纜過長，且與動力線路混排，干擾較大，造成編碼器檢測數據失真，導致定位不準。

2 改造方案的選擇與確定

從現場實際情況看，可供選擇的方案有：①采用直線導軌代替鐵軌，采用伺服電機作為走步電機。該方案從技術角度看是可行的。但需要拆掉原有導軌，重新鋪設直線導軌。這就要求把整個機構拆除，待軌道改造安裝完成后重新安裝。同時，原有的走步電機、傳動機構等均得不到利用。可見該方案需要的周期長，工作量大，成本高，未采用；②采用定位地錨進行強制定位。該方案成本低，見效快，但無法解決“編碼器檢測數據失真，導致定位不準”的相關問題，需要進一步完善方案。③采用激光測距儀替換旋轉編碼器，優化②方案。經過反復論證，最終采用方案③。

3 改造方案設計

改造方案如圖3所示。主要改造內容為：①增加了一套激光測距裝置；②增加了一套地錨定位裝置。③對控制程序進行修改。該方案的好處是：①測量小車位置的激光測距儀直接固定安裝在房柱上，可靠地減小成型小車在運行過程中震動、打滑對測量結果的影響。②激光測距儀測量精度高，分辨率達到1 mm；重復精度≤2 mm。③采用地錨裝置后，能可靠控制纏貼過程中的震動等問題對生產過程的影響，提高合格率和生產效率。

圖2 成型小車改造方案示意圖

4 主要改造內容

1)激光測距儀的選型與安裝。通過比較，我們選用宜科(天津)電子有限公司生產的OSM72-KL20V2BLIU6Q12.8/485型激光測距儀。該測距儀的技術參數如表2。

表2

測量距離/m0．2-20光源紅色激光產品特點重復精度/mm≤2輸出2?Push-Pull模擬量mA/V測量時間/ms15-30供電電壓24VDC±20%防護等級IP67絕對測量精度7mmLED顯示屏+LED指示燈；示教按鍵設置；模擬量、開關量雙輸出、RS485；抗環境極限光干擾能力極強；金屬外殼；緊湊尺寸重復精度<1．5mm/慢速-45ms1．5mm/中速-30ms<2mm/快速-15ms

參數設置：將測量范圍設為200～2 000 mm；輸出設為電流輸出4～20 mA。

2)選用三菱AJ65SBT-64AD模擬數字量轉換模塊。用來把激光測距儀的模擬信號(電壓和電流輸入)轉換成16位編碼的二進制數據數字值。該模塊具有以下特點：a)高精度。該模塊以±0.4%的精度(相對于工作環境溫度0至55℃時數字輸出值的最大值)進行A/D轉換，或以±0.2%的精度(相對于工作環境溫度25±5℃時數字輸出值的最大值)進行A/D轉換；b)每個通道都可選擇輸入范圍。每個通道都可以選擇模擬輸入范圍來更改I/O的轉換特性；c)1/±4000的高分辨率。通過更改輸入范圍，可以選擇并設置分辨率數字值為1/4000或1/±4000(當選擇-10V至+10V范圍或用戶范圍設置1時)來提高分辨率數字值。d)采樣處理或移動平均處理的指定。作為轉換方法，可以指定每個通道的采樣處理或移動平均處理。e)比常規 A/D 轉換器模塊還小。該模塊與常規CC-LinkA/D轉換器模塊AJ65BT-64A/D相比，安裝面積小了60%，體積小了38%。f)最多可連接42個模塊。可以把最多42個AJ65SBT-64AD模塊連接到一個主站上。

該模塊通過系統的CC-Link接入PLC控制系統(主模塊為QJ61BT11N通信模塊)，站號順序排列為47號，使用第1通道(CH1)，其遠程設備站遠程輸入RX、遠程輸出RY、遠程寄存器的全局標簽設置如表3。

表3

序號類標簽名數據類型軟元件地址注 釋1VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿request＿flagBitX6D8%IX1752RX(n+1)82VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿completion＿flagBitX6D9%IX1753RX(n+1)93VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿completionBitY6D8%QX1752RY(n+1)84VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿setting＿flagBitY6D9%QX1753RY(n+1)95VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿conversion＿enableWord[Signed]D1184%MW0．1184RWwm6VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿input＿rangeWord[Signed]D1185%MW0．1185RWwm+17VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿average＿processingWord[Signed]D1186%MW0．1186RWwm+28VAR＿GLOBAL激光測距Word[Signed]D1684%MW0．1684激光測距實際值RWr0

以下是激光測距儀在四個定位點上檢測數據的統計表(檢測時點為成型小車正確定位后靜態檢測)。

表4 D1868成型小車位置值跟蹤表

注1：D1868為激光測距儀檢測數據在PLC中的存儲地址。

注2：表中位置值×2.448即為成型小車的實際位置檢測值(mm)。

從表4中可以看出，其在各定位點上的重現性很好，用激光測距儀檢測的位置值完全可以作為成型小車的定位信號。

3)地錨裝置的設計制造與安裝激光測距儀的安裝保證了成型小車的位置測量精度，重現性已能滿足位置判斷要求。但是，成型過程中的纏貼振動、成型小車在軌道的無規律滑動還沒有得到解決，這也是導致成型偏歪的一個重要原因，需要設計、安裝地錨裝置來解決這個問題。圖3是定位地錨裝置的機械結構原理圖。四個定位銷孔(圖中只畫出一個)用鋼板加工，固定分裝在四個定位點上，與小車軌道焊接相連。定位銷釘安裝在定位氣缸活塞桿上，定位時伸入定位銷孔中，小車移動時縮回；定位氣缸通過支架安裝在成型小車底板上，和成型小車同步移動。定位銷的伸縮由PLC控制。

圖3 定位地錨裝置機械結構圖

5 改造后效果

經過改造，成型小車定位不準問題得到很好解決，自動化程度得到提高，故障率大幅度降低，效率得到較大提升，成型胎胚質量得到較大提升。下圖是改造完成后生產的胎胚(圖4)，膠層間已沒有錯位，問題圓滿解決，可以實現自動化生產，質量、效率均大幅度上升。

圖4 改造完成后成型的胎胚

6 結語

本次問題解決利用比較先進的光電測距技術、CC-Link網絡組態通訊技術、PLC程序邏輯控制技術，成功解決了實心輪胎自動成型機組成型小車定位不準的問題，實現了自動化生產，大幅度提高了生產效率和產品質量。

[1] AJ65SBT-64AD用戶手冊.三菱電機株式會社，2001

[2] QnA編程參考手冊.三菱電機株式會社，2001

[3] 三菱電機株式會社.Q系列CC-Link網絡系統用戶參考手冊.2001

[4] 宜科(天津)電子有限公司.激光測距儀OSM72使用說明書

[5] 楊德麟，等.紅外測距儀原理與檢測[M].中國測繪出版社，1995