套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測裝置

朱占軍，伯潔，邢丁耒

（蘇州科技學院機械工程學院，江蘇 蘇州 215009）

套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測裝置

Automatic detection device for sleeve roller chain parts defects

朱占軍，伯潔，邢丁耒

（蘇州科技學院機械工程學院，江蘇 蘇州 215009）

基于光電傳感器的光電信號轉換原理，結合PLC的集成控制，設計了一套套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測裝置。這套檢測裝置采用八對光電傳感器來檢測零件檢測缺損，三對光電傳感器用來檢測銷軸高度缺損情況，三對光電傳感器用來檢測套筒、滾子的缺損情況，另外兩對光電傳感器用來檢測內(nèi)外鏈片的缺損情況。傳感器的感應信息傳輸?shù)絇LC，以綜合判斷并控制鏈條的驅動機構減速，適時在缺失零件處作出標記。該裝置可完全代替人工檢測，效率高、可靠性高，實現(xiàn)了檢測過程的自動化。

機械設計制造及其自動化；套筒滾子鏈；自動檢測裝置；零件缺損檢測

鏈條是一種剛性構件組成撓性系統(tǒng)的多用途機械基礎件，主要滿足于傳動、拉拽等功能要求，在鏈傳動中最為常用，其需求和生產(chǎn)量越來越大。

目前，套筒滾子鏈的零件缺損檢測設備，多數(shù)采用杠桿機構傳遞原理、有的結合PLC集成控制。采用各零件單項機械接觸式檢測，檢測速度較低，可靠性不夠高。實際應用的這類設備雖然原理簡單，經(jīng)濟有效，但需要人工硅膠打點，而且存在測點多、測線長、設備體積龐大、結構復雜、測量頭磨損快、自動化程度低等問題，嚴重影響檢測精度和使用壽命。為此，我們基于光電傳感器的光電信號轉換原理，結合PLC的集成控制，設計了一套套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測裝置。

1 系統(tǒng)的原理組成

自動檢測裝置由八對光電傳感器、鋁材支架、鏈輪張緊調節(jié)裝置、PLC等組成。其系統(tǒng)組成原理，如圖1所示。

受控的步進電機驅動主動鏈輪傳動，帶有阻尼的從動鏈輪兼做鏈條的張緊裝置。纏繞在三鏈輪上并與其輪齒相嚙合的被檢測滾子鏈條，在主動鏈輪的牽引下作快速移動，理論上鏈條具有無限長度。鏈條經(jīng)過光電傳感器時，產(chǎn)生遮光，形成光電信號的轉換。

1.1 銷軸高度的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當選取采樣步長，檢測數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時進行邏輯判斷。當其中一組所顯示結果為光電傳感器全部遮光時，且持續(xù)遮光，即判定銷軸高度正常。否則判定銷軸高度不符合標準。當檢測到銷軸存在缺損時，PLC發(fā)出減速指令，控制步進電動機，使鏈條移動速度減慢。同時，給標記機構發(fā)出標記指令，使其在銷軸缺損處噴涂標記，以便后道工序識別和處理。PLC同時將不合格信息及缺損類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令，控制步進電動機，繼續(xù)檢測。

1.2 套筒缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當選取采樣步長，檢測數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時進行邏輯判斷。若套筒缺失，則鏈節(jié)必然加長，滾子與滾子之間的距離增大，當兩組光電傳感器遮光，另外一組光電傳感器未遮光，則判定套筒缺失，PLC發(fā)出減速指令控制步進電動機，使鏈條移動速度減慢。同時，給標記機構發(fā)出標記指令，使其在套筒缺損處噴涂標記，以便后道工序識別和處理。PLC還將同時將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進電動機，繼續(xù)檢測。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.3 滾子缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當選取采樣步長，檢測數(shù)據(jù)存于5組PLC寄存器中，適時進行邏輯判斷。若滾子缺失，缺失滾子的套筒與相鄰滾子之間的間距增大，當兩組光電傳感器遮光，另外一組光電傳感器未遮光，則判定滾子缺失，PLC發(fā)出減速指令控制步進電動機，使鏈條移動速度減慢。同時，給標記機構發(fā)出標記指令，使其在滾子缺損處噴涂標記，以便后道工序識別和處理。PLC還將同時將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進電動機，繼續(xù)檢測。

1.4 內(nèi)外鏈板缺損的檢測

根據(jù)套筒滾子鏈傳動速度，適當選取采樣步長，檢測數(shù)據(jù)存于PLC寄存器中，適時進行邏輯判斷。當光電傳感器未遮光時即判定鏈片缺損，PLC發(fā)出減速指令控制步進電動機，使鏈條移動速度減慢。同時，給標記機構發(fā)出標記指令，使其在鏈片缺損處噴涂標記，以便后道工序識別和處理。PLC還將同時將不合格信息及類型顯示在屏幕上。然后PLC發(fā)出常速指令控制步進電動機，繼續(xù)檢測。

2 裝置的設計概述

2.1 自制檢測裝置的設計

（1）八對光電傳感器（帶微小透孔的鋁帽，使發(fā)射光線細化）；

（2）可編程控制器（PLC），型號：XC3-24T-E；

（3）兩對三個光電傳感器用的厚鋁板支架，兩對單光電傳感器用的鋁材支架，都具有可移動和轉動的調節(jié)功能；

（4）3個鏈輪：1個主動輪、1個從動輪、1個張緊輪；

（5）臺面、支撐心軸、驅動搖柄；

（6）開關電源、故障指示燈、蜂鳴器；

（7）鏈條張緊調節(jié)裝置。

如圖2所示。

圖2 自制檢測裝置

2.2 八對傳感器分組

三對光電傳感器，用來檢測銷軸高度缺損情況。分別安裝在厚鋁板支架上，使發(fā)射端與接收端的高度，皆與銷軸最高處平齊。

三對光電傳感器，用來檢測套筒、滾子的缺失情況。分別安裝在厚鋁板支架上，使發(fā)射端與接收端高度皆處于滾子的中部位置。

一對光電傳感器，用來檢測上內(nèi)鏈板和上外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉動的鋁材支架上，使其對上部內(nèi)外鏈板都能檢測得到。

一對光電傳感器，用來檢測下內(nèi)鏈板和下外鏈板的缺損情況。傾斜安裝在可轉動的鋁材支架上，使其對下部內(nèi)外鏈板都能檢測得到。

2.3 可編程邏輯控制器設計方案概述

2.3.1 硬件連接概述

PLC輸入端子X0至X7分別連接傳感器的發(fā)射端和接收端，通過I/O通信口接收傳感器輸入的信號并存儲于PCL寄存器中，適時進行邏輯判斷。同時PLC輸入子端L、N連接電源為其供電。PLC輸出端Y1至Y4分別連接蜂鳴器、故障指示燈，24 V、COM端子可以作為傳感器用供給電源400 mA/DC24 V使用。

2.3.2 PLC程序實現(xiàn)

利用圖1系統(tǒng)原理圖編寫PLC的T形圖程序，在新建立的工程上編寫T形圖。在完成系統(tǒng)程序的編寫后，進行系統(tǒng)調試修改程序。檢查邏輯及語法進行程序查錯，在局部插入END，分段調試程序，整體運行調試。在監(jiān)視方式下，監(jiān)視一下控制程序的每個動作是否正確。并且還設置了I/O對應表，最終將編寫完成的系統(tǒng)程序輸入PLC中運行。有效地實現(xiàn)了套筒滾子鏈零件缺損的自動化檢測控制這個PLC自動任務過程。

PLC中數(shù)據(jù)取樣時，按照鏈條傳輸速率、光電傳感器閃爍頻率以及PLC數(shù)據(jù)采集速率來計算取樣步長。

設鏈條移動速度V為常量，PLC采集速率為N，鏈條節(jié)距為L。以滾子檢測為例（設滾子直徑為Φ），在檢測時，當任意一對光電傳感器遮光時，PLC開始記錄有效數(shù)據(jù)，之后每隔0.1 mm再取一組數(shù)據(jù)（分別為第共計取5組數(shù)據(jù)。節(jié)距所允許的公差范圍為0.2 mm，所以當?shù)谌虻谒慕M數(shù)據(jù)顯示為三對傳感器都遮光時，并且之后持續(xù)遮光，即判定滾子未缺損。最后插入延時語句，其計數(shù)時間并以此為一個循環(huán)。銷軸、套筒、鏈片檢測方式與滾子檢測方式相類似。

2.4 實驗結論

我們所設計制作的自動檢測裝置設備體小，機械結構簡單，將其復雜的性能要求內(nèi)涵，轉移到電信息的采集和PLC數(shù)據(jù)處理的編程中。通過多次調試與實驗，我們所設計制作的自動檢測裝置已經(jīng)能夠準確的測出套筒滾子鏈上可能出現(xiàn)的零件缺損各種情況，達到了預期的目的，取得了良好的實驗成果。

3 結語

隨著科技的發(fā)展，社會的進步，我們的生活越來越離不開機械化的設備和產(chǎn)品，而很多機械設備都是通過鏈條進行傳動的。現(xiàn)代社會鏈條的制造已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段，但鏈條的檢測還局限于機械式的檢測，我們所研制的套筒滾子鏈零件缺損的自動檢測裝置采用光電傳感器與PLC結合，大大減少了漏檢、誤檢。

該裝置不受杠桿位移滯后的影響，適合快速檢測，能夠大幅度提高工作效率。光電傳感器與PLC的結合，將提高裝置的檢測能力與自動化程度，大大節(jié)省人力。同時，采用光電傳感器技術，直接避免了檢測儀器與套筒滾子鏈的接觸，延長了儀器使用壽命，增強了儀器檢測質量，加快了檢測速度，使經(jīng)濟效益與社會效益最大化。

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［6］ 張靖，何漢朝，黃藝蕾. 滾子鏈高度的自動檢測裝置［N］.科技創(chuàng)新導報，2013（27）.

（R-01）

TP272

1009-797X（2015）23-0067-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.017

朱占軍（1995-），男，本科，研究方向：機械設計制造及自動化。

2015-10-26