洪志剛 廖偉強 凌黎明

(中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東中山，528404）

0 引言

對于回轉(zhuǎn)零件或零件的回轉(zhuǎn)表面而言，外徑的檢測方法較多且精度較高，而孔徑的高精度檢測方法相對較少，尤其在微型零件小孔表面檢測方面，傳統(tǒng)的測量方法和測量儀器都受到很大的限制，誤差經(jīng)過工作臺回轉(zhuǎn)放大后較為明顯，造成位于兩端面的同一軸線不同軸[1]。

傳統(tǒng)的檢測轉(zhuǎn)臺一般具有復(fù)雜的主軸及軸承支撐結(jié)構(gòu)，電機通過渦輪蝸桿、凸輪分割器、不完全齒齒輪、槽輪機構(gòu)等驅(qū)動主軸，帶動轉(zhuǎn)盤及工件轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積大，且難以滿足任意分度的需求，而應(yīng)用于檢測設(shè)備的轉(zhuǎn)臺除要求具有一定的運動精度及工作效率外，還要具有緊湊的結(jié)構(gòu)形式及靈活的分度功能，同時還要滿足現(xiàn)在智能制造的需求[2]。

1 整體結(jié)構(gòu)方案

本文設(shè)計的自動檢測整體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示，包括自動供料機構(gòu)、傳送機構(gòu)、正反轉(zhuǎn)檢測機構(gòu)、裝夾上料機構(gòu)及主體檢測平臺，可實現(xiàn)從送料到檢測等一系列動作。

圖1 整體結(jié)構(gòu)方案

首先，通過自動供料機構(gòu)把要檢測圓孔零件自動送到生產(chǎn)線的傳送帶上，實現(xiàn)檢測零件自動上料，節(jié)省勞動力，提高檢測效率。然后，在傳送過程中，通過檢測裝置對零件繼續(xù)正反面的識別檢測：如果來料放反了，則通過推出機構(gòu)將其推出傳送帶，讓其掉落到原料倉，待下次重新自動上料；如果檢測零件是正面朝上的，則送入下一道工序，這樣才能保證后續(xù)的裝夾和檢測是有效的，確保不會出錯或卡機等，影響連續(xù)生產(chǎn)。

接下來，通過裝夾機構(gòu)把送來的檢測零件裝夾上料，準(zhǔn)備進行下一步的檢測。因為是具有圓形表面特征的零件，為了保證檢測零件的裝夾可靠，本文采用氣動三爪卡盤來實現(xiàn)裝夾，這種設(shè)計既能自動控制、實現(xiàn)自動生產(chǎn)，又能確保裝夾牢固可靠，進一步確保了后續(xù)檢測的準(zhǔn)確度。

最后一個動作是進行圓度檢測。在氣爪盤抓緊零件的前提下，再對圓形零件進行旋轉(zhuǎn)，通過一定波長的激光直接照射到圓面上，根據(jù)反射的情況，再通過濾波和計算等一系列后續(xù)處理，計算出檢測零件的圓度，并依據(jù)檢測結(jié)果判斷被檢測零件是否符合后續(xù)生產(chǎn)的要求。如果判斷為合格品，則將零件輸送給裝配傳送帶，進行后續(xù)的裝配生產(chǎn)；若不合格，則直接將該被檢測零件做廢品處理，不再進入后續(xù)生產(chǎn)工序。

2 送料系統(tǒng)設(shè)計

送料系統(tǒng)采用多功能振動分篩機構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)，通過調(diào)頻控制器控制脈沖電磁鐵，使料斗在側(cè)拉底盤作垂直方向振動，由傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動。在料斗內(nèi)，內(nèi)孔零件由于受到振動而沿螺旋軌道上升；在上升的過程中，其經(jīng)過一系列軌道的篩選或者姿態(tài)變化，最后通過限位線料槽約束，使零件能夠按照組裝或者加工的要求呈統(tǒng)一狀態(tài)，自動進入組裝或者加工位置。通過巧妙的振動分篩機構(gòu)，將無序工件自動有序定向排列整齊、準(zhǔn)確地輸送到下道工序，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。其中，傳送機構(gòu)通過步進電機控制同步帶傳送運輸。[3]

圖2 多功能振動分篩機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

在送料工作過程中，支承彈簧和電磁產(chǎn)生的吸力一起達成反向復(fù)位作用，使送料料槽中產(chǎn)生高頻（50～100次/s）、高速、微幅（0.5mm～1mm）振動，使被測零件逐步向前方運動。

當(dāng)電流為零時，在支承彈簧作用下，被測零件槽位向右上方復(fù)位，被測零件憑卡槽與其本身的摩擦力隨卡槽向右上方移動，且速度越來越快。

當(dāng)電流大于零時，零件卡槽在電磁鐵作用所產(chǎn)生的吸力下向左下方移動，被測零件因為慣性作用而脫離卡槽，并保持向右上方滑移或跳躍移動。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，除滿足被檢測零件的定向排序外，還可做檢測、計數(shù)包裝、分選等，是一種很好的送料機構(gòu)。類似的結(jié)構(gòu)也可廣泛應(yīng)用于五金、玩具、電子、塑膠、文具、電池、鐘表業(yè)、醫(yī)療器械、食品、連接器、醫(yī)藥、日常用品的制造等，是解決工業(yè)自動化生產(chǎn)設(shè)備供料的一種常用結(jié)構(gòu)。

3 裝夾上料機構(gòu)和正反檢測機構(gòu)設(shè)計

當(dāng)傳感器檢測到工件傳送到指定位置時，伺服電機控制機械手，通過氣動卡爪抓起工件放置到檢測平臺上。在正、反轉(zhuǎn)檢測過程中，有兩個光電傳感器并排安裝，當(dāng)電機端蓋軸承內(nèi)孔朝上，兩個傳感器始終不會同時亮；相反，兩個傳感器同時亮?xí)r，表示電機端蓋方向相反，傳送帶停止，氣缸把反向的電機端蓋推出傳送帶。

被檢測零件在傳送帶上到達氣缸處時，傳送帶擋板上方的雙傳感器檢測小孔徑零件的正、反方向，若是檢測出方向反的端蓋，氣缸將其推出傳送帶；若是檢測出正向端蓋則繼續(xù)傳送，直到傳送帶末端傳感器處。

4 主體檢測平臺設(shè)計

本設(shè)計轉(zhuǎn)臺驅(qū)動采用伺服電動機加蝸輪副減速機構(gòu)，并通過運動控制卡與計算機連接伺服電動機。在加工制作上，注意精度確保垂直度和跳動??；為了上、下料方便，轉(zhuǎn)臺的立柱采用可以伸縮和旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)[4]。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖

具體原理是：旋轉(zhuǎn)豎向絲桿上的機械手固定在固定板上，固定板安裝在旋轉(zhuǎn)豎向絲桿上，平臺下面安裝有伺服電機負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向，旋轉(zhuǎn)豎向絲桿上的電機負(fù)責(zé)絲桿上下移動，機械手夾取被檢測零件。

機械手將零件放在三爪卡盤上，卡盤夾緊小孔徑零件；電機動力經(jīng)過減速器傳遞給三爪卡盤，帶動其轉(zhuǎn)動；豎向絲桿上電機的動力傳遞給滾珠絲桿滑塊，滑塊通過螺栓與連接桿相連，連接桿通過螺栓與圓度檢測儀上的固定塊固定；豎向滾珠絲桿帶動圓度檢測儀向下運動，到指定高度進行圓度檢測；旋轉(zhuǎn)豎向絲桿開始旋轉(zhuǎn)，機械手隨絲桿向下移動，機械手轉(zhuǎn)到三爪卡盤位置停止運動，檢測儀完成圓度檢測。

對被檢測零件的圓度進行檢測完成后，三爪卡盤停止轉(zhuǎn)動，圓度檢測儀通過滾珠絲桿的向上移動，回到起始位置，等待下一次檢測。

5 檢測機構(gòu)設(shè)計

檢測機構(gòu)包括機架，機架設(shè)置有用于夾持電機端蓋的夾持機構(gòu)、用于驅(qū)動夾持機構(gòu)轉(zhuǎn)動的第一轉(zhuǎn)動組件、用于對被檢測零件進行圓度檢測的檢測機構(gòu)等，檢測機構(gòu)位于夾持機構(gòu)的上方；檢測機構(gòu)包括檢測連接板、驅(qū)動檢測連接板升降移動的檢測升降組件，檢測連接板上裝有圓度檢測儀。

上料機構(gòu)進行上料工作，將檢測零件移送至夾料機構(gòu)的夾持工位上，第一轉(zhuǎn)動組件帶動夾持機構(gòu)轉(zhuǎn)動，繼而帶動夾持機構(gòu)上的檢測零件轉(zhuǎn)動，然后檢測機構(gòu)對夾持工位上的檢測零件進行檢測，實現(xiàn)對檢測零件的圓度檢測。其中，檢測升降組件驅(qū)使檢測連接板升降移動，帶動圓度檢測儀移動至夾持機構(gòu)上的檢測零件內(nèi)進行圓度檢測。

檢測連接板上設(shè)置有安裝塊，通過安裝孔與圓度檢測儀固定連接，保證圓度檢測儀的位置準(zhǔn)確、不易松動，優(yōu)選的方法還可以通過螺絲將安裝塊與圓度檢測儀螺接固定，既保證固定強度，又可方便拆卸。

夾持機構(gòu)主要是三爪卡盤。第一轉(zhuǎn)動組件通過步進電機驅(qū)使減速器轉(zhuǎn)動，帶動支撐轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，驅(qū)使三爪卡盤隨之轉(zhuǎn)動，三爪卡盤將檢測零件夾持于三抓卡盤的中部，優(yōu)選圓度檢測儀為氣動百分表。

圓度檢測儀位于三爪卡盤的正上方，檢測升降組件直接驅(qū)動檢測連接板升降，即可帶動圓度檢測儀進入檢測零件進行圓度檢測，圓度檢測儀脫離檢測零件即不進行檢測工作。

檢測升降組件包括檢測伺服電機、檢測傳動絲桿、檢測支架以及檢測滑塊，檢測滑塊與檢測連接板固定連接，檢測伺服電機安裝在檢測支架的頂端，檢測傳動絲桿與檢測支架轉(zhuǎn)動連接，檢測伺服電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與檢測傳動絲桿傳動連接，檢測滑塊套設(shè)于檢測傳動絲桿的外周，并與檢測傳動絲桿傳動連接，檢測支架與機架固定連接。

整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 檢測平臺整體結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

本設(shè)計以伺服電機驅(qū)動為主體轉(zhuǎn)臺機構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動簡單、定位準(zhǔn)確等特點，適用具有內(nèi)孔結(jié)構(gòu)的小型零件自動化檢測，轉(zhuǎn)盤式檢測設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)是用于工位切換的轉(zhuǎn)臺，根據(jù)多工位檢測設(shè)備的技術(shù)要求，本文設(shè)計了一種新型轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)臺能進行任意分度，可根據(jù)檢測需要在任意位置啟停，設(shè)備的靈活性高；轉(zhuǎn)臺執(zhí)行工位切換的時間較短；轉(zhuǎn)臺具有緊湊的結(jié)構(gòu)形式，避免設(shè)備對研制結(jié)構(gòu)及姿態(tài)的影響，運轉(zhuǎn)過程中平穩(wěn)、可靠、無沖擊。