汽車線束波紋管切割機的設計原理及其應用

閆占輝，劉旦

（長春工程學院工程訓練中心，吉林 長春 130012）

前言

波紋管是一種外觀具有規則波紋，廣泛應用在汽車、電子、機械和其他領域的一種通用線束護套產品。在加工波紋管過程中，一般要求切成規定的長度和切在波峰處，目的是防止波紋管兩端太鋒利劃傷或損壞內部的電纜。

目前，波紋管切削裝置主要采用半自動加工方法，即采用與之匹配的模具將波紋管手工定位在初始位置，然后人工調整切斷。這種方法效率低，存在一定的安全隱患。另一種方法是全自動定位波紋管，它采用光電傳感器或接觸傳感器定位波紋管的波峰或波谷，當傳感器檢測到波峰或波谷，停止運動信號傳遞到波紋管傳輸機構。波紋管停止運動并切斷波紋管，這種裝置的傳感器檢測靈敏度和檢測誤差將影響切削精度，目前國內還沒有成熟的產品。

1 改進的卡爾曼定位算法

卡爾曼定位的實質是由量測值重構系統的狀態向量。它以“預測—實測—修正”的順序遞推，根據系統的測量值來消除隨機干擾，再現系統的狀態。卡爾曼定位的主要過程分為兩大部分，一個是系統預測，一個是狀態觀測。

系統狀態方程和觀測方程分別為：

其中：xk是系統在k時刻狀態矩陣；Ak是離散時間穩定的n×n維矩陣；Bk是系統參數，為矩陣；Zk是k時刻的測量值；Hk是測量系統的參數，為矩陣。其中Ak（具有非退化性）和Hk可測量。Wk和Vk分別表示過程和測量的高斯白噪聲，其均值為零，并且相互獨立，滿足：E[Wk, WkT]=Q, E[Vk, VkT]=R（Q≥0，R＞0）。

卡爾曼定位的2個階段：預測階段和更新階段。

預測階段：

更新階段：

其中，Rk+1代表k+1時刻預測估計；Bk+1代表預測矩陣；Qk+1/k代表k時刻對k+1時刻的預測誤差估計方差矩陣；Kk+1表示增益矩陣。

2 汽車線束波紋管自動切割機的開發

2.1 技術指標

被切割波紋管的直徑是Φ7-Φ32mm，切削位置位于波紋管的波峰，傳送最大速度是50 m/min，無級調速，所加工材料為 PA (尼龍 6)、PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)，每分鐘生產 50-60根，廢品率≤1%，長度最大切割誤差小于5 mm，自動切割。

2.2 汽車線束波紋管機械結構

汽車線束波紋管機械結構總體設計如圖1所示，它包括本體1，進給裝置2、橫向調整裝置3、進料機構4、輸送帶調整臂5、波紋管通道6、縱向調節機構7。

圖1 汽車線束波紋管機械結構總裝配圖

波紋管切割進給機構軸測圖如圖2所示，它包括步進電機41、電機座42、支架43、同步帶44、同步皮帶輪45和46、齒輪47、軸48。

圖2 波紋管切割進給機構軸測圖

圖3是波紋管刀具定位機構軸測圖，它包括切削裝置21的氣缸2101、本體2102、氣缸連接件2103和2108，氣缸2201位于定位裝置22上，定位裝置22包括氣缸2201、氣缸連接件2203、氣缸活塞桿固定孔2204。

圖3 是波紋管刀具定位機構軸測圖

2.3 波紋管定位控制

圖4 掃描圖像處理

圖5 波紋管切割機控制流程

波紋管的準確定位，包括波紋管切割前的準確定位機構、準確的定位檢測原理、檢測方法。在本文中，紅外掃描圖像自動分割和對象識別相結合提取運動目標的特征區域，測試后跟蹤算法，結合改進的卡爾曼跟蹤算法和開發程序，目的在于消除夾雜信息，解決單幀或多幀檢測的可靠性和均勻運動軌跡提取。掃描圖像預處理如圖4所示，波紋管切割機控制流程如圖5所示。

3 結論

本文研制了一種波紋管切割機，它具有自動上料、自動切割、快速無損夾管壁、自動檢測、精確定位等功能，機械結構包括波紋管送料機構、波紋管切斷、波紋管波定位裝置。電控部分的作用是協調塑料波紋管切割機完成全自動、穩定、高效的波紋管切割。