瓷瓶抗扭自動檢測機的設計

段艷丹，吳艷紅

（西安航天動力試驗技術研究所，陜西 西安 710199）

0 引言

瓷瓶抗扭檢測是電容器產品質量檢驗的必備環節，國內均采用人工用力矩扳手檢測的方式，人工檢測有兩大致命的缺點：①工作效率低：人工檢測一件需5分鐘左右，工作效率低；②瓷瓶裝卡困難：由于瓷瓶外形結構的限制，在保護好瓷瓶及表面釉的前提下，人工固定瓷瓶存在很大困難。鑒于人工檢測存在工作效率低、裝卡困難等缺點，電容器行業迫切需要一種能夠實現瓷瓶抗扭自動檢測的新型設備。

1 設備組成及原理

1.1 設備組成

該設備由瓷瓶氣動固定機構、力矩電機加載機構、中心距切換定位機構、機架、懸臂機構、接近開關調節機構等組成。

圖1 瓷瓶抗扭自動檢測機總圖Fig.1 Porcelain torsion testing machine assembly drawing automatically

圖2 瓷瓶抗扭自動檢測機三維圖Fig.2 3d image of China bottle anti-torsion automatic detection machine

1.2 設備工作原理

首先調節固定兩工位的中心距與瓷瓶中心距一致，再將瓷瓶放置在瓷瓶固定機構上，根據工件高度調節接近開關的位置，將接近開關固定在距瓷瓶上沿20mm處，啟動設備，瓷瓶氣動固定機構自動將瓷瓶底座壓緊，上壓頭自動快速下移，移動到接近開關處，速度下降，瓷瓶螺柱平穩導入上壓頭并與上壓頭擰緊，力矩電機加載機構施加力矩完成后，上壓頭自動旋出，瓷瓶固定機構回位，完成瓷瓶抗扭檢測，工人將瓷瓶工件取下。之后檢測同一型號瓷瓶工件，只需將工件放置在工位上，完成檢測后，將工件取下。檢測不同型號瓷瓶工件，重復以上動作。

2 關鍵技術及解決情況

在設備研發設計的過程中，需要解決瓷瓶固定技術、純力矩傳遞技術、自動螺栓擰緊技術、快捷精準定位技術、自動斷電鎖緊技術、扭矩采集和運算技術、扭矩控制技術等重大技術問題。

圖3 工作原理圖Fig.3 Work schematic diagram

2.1 瓷瓶固定技術

由于瓷瓶外形結構的限制，為了保護好瓷瓶及表面釉質，采用氣缸壓緊瓷瓶不銹鋼底座的方式固定瓷瓶，且機構整體為立式。壓緊頭設計為中空式可保護瓷瓶底部的釉面及瓷，壓緊頭材質為軟橡膠，即避免了瓷瓶上不銹鋼底座被劃傷，又增加了壓頭與瓷瓶底座的摩擦力，保證瓷瓶底座固定牢固。立式的結構使瓷瓶不與任何外物接觸，杜絕瓷瓶產生摩擦力，保證了檢測的精準性。瓷瓶壓緊頭上的連桿插入氣缸支座的導向孔中，杜絕壓緊頭在壓緊過程中受扭矩作用而旋轉。

2.2 純力矩傳遞技術

該設備需要將電機的輸出力矩分毫不差地傳遞到瓷瓶上，減少或增加力矩都會影響檢測結果的準確性。為了去除力矩傳遞過程中多余的壓力、摩擦力等，設計了扭矩輸出機構，該機構由一個推力球軸承、兩個角接觸軸承、軸芯等組成，該結構使摩擦力和壓力都作用在軸承上，由于軸承滾珠的摩擦系數很小，可忽略不計，這樣就巧妙的消除了力矩傳遞過程多余的壓力、摩擦力等，實現了將力矩電機的輸出力矩直接傳遞到工件上，保證檢測準確性，攻克了純電機輸出力矩傳遞的難題。

2.3 自動螺栓擰緊技術

瓷瓶抗扭檢測是通過將力矩施加到瓷瓶的螺柱上實現的，所以就必須將壓頭下端設計成螺紋孔，以便和瓷瓶螺柱固定。但是螺柱和螺紋孔在自動旋入上緊的過程中，經常會出現錯位、咬死等現象，通過設計防咬死、防錯位壓頭，實現工件上端螺柱自動導入壓頭，壓頭自動旋轉與工件上端螺柱擰緊，從而將電機的輸出力矩施加到工件上；攻克了螺柱旋入咬死、錯位的難題，實現了螺柱自動旋入并擰緊。

2.4 快捷精準定位技術

瓷瓶分為單體式和一體式的，一體式是由兩個瓷瓶固定在一起的，且兩瓷瓶中心距尺寸不定，在瓷瓶抗扭檢測過程中，兩套瓷瓶抗扭機構的中心距需根據產品的尺寸調節。在以往設計的定位機構中，往往是精準和快捷不可兼得，此次通過設計錐孔定位機構，將瓷瓶抗扭機構安裝在導軌上，只需將一套瓷瓶抗扭機構移動到錐孔上方，轉動手輪，導桿會自動導入錐孔，實現快速將兩旋壓機構中心距切換成一體式瓷件兩瓷瓶中心距；攻克了機構定位方便、精準不可兼得的難題，實現了機構定位既方便又精準。

圖4 快捷定位機構結構圖Fig.4 Schematics of quick positioning mechanism

2.5 自動斷電鎖緊技術

為了提高設備的生產效率，采用氣缸推動上壓頭上下移動，如果用一般的氣路系統，當斷電或斷氣時，上壓頭會因重力迅速下墜，造成瓷瓶產品的損害甚至人員傷害。為了保證人員安全和產品完好，設計中泄式空壓誘導止回系統，實現斷電壓頭自動鎖死，而不會下墜，保證設備的安全性，攻克了斷電壓頭會因重力迅速下墜，造成危險的難題。

圖5 自動斷電鎖緊氣路圖Fig.5 Automatic power failure lock gas path diagram

2.6 扭矩控制技術

通過采用伺服電機速度/扭矩混合控制模式，實現了對電機輸出軸扭矩的控制，克服了以往位置控制模式下，伺服電機過載報警和堵轉問題。

2.7 扭矩采集和運算技術

采用西門子PLC模擬量模塊EM232和EM235，實現了伺服電機輸出軸扭矩的采集和運算，克服了采集板卡易受干擾的問題，且與主機CPU有很好的兼容性。基于價格考慮，應用伺服電機自身模擬量（扭矩）輸入和輸出功能，實現了設備的成本控制，節省了兩臺扭矩傳感器的使用，節約成本約16000元。同時實現了設備結構的優化，減小了設備的體積。

圖6 模擬量輸出模塊Fig.6 Analog output module

圖7 模擬量輸入模塊Fig.7 Input module of analog quantity

3 結束語

瓷瓶抗扭檢測機的研制，成功的實現了瓷瓶抗扭的自動檢測，檢測一件產品僅需30秒左右，檢測速度提高了20倍，精確度也從之前的70%提高到了99%，極大的提高了工作效率和檢測精度。2017年12月，我公司設計、生產的國內第一臺瓷瓶抗扭檢測機順利通過驗收，并交付客戶使用。該設備的各項指標均滿足客戶要求，目前使用良好。