1.引言

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)彈簧產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造工藝生產(chǎn)設(shè)備快速發(fā)展，彈簧材料性能方面也迅速提高，同樣對(duì)應(yīng)用彈簧的性能要求也越來(lái)越高。所以，能實(shí)現(xiàn)彈簧性能檢測(cè)的智能化設(shè)備的開(kāi)發(fā)，成為彈簧工業(yè)發(fā)展的需要和必然趨勢(shì)。近年來(lái)隨著彈簧生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量意識(shí)的提高，越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備，如傳感器、控制器、智能儀表等應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的控制現(xiàn)場(chǎng)中來(lái)。本設(shè)計(jì)涉及機(jī)械、電子、控制及氣動(dòng)等各學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)，裝置由機(jī)械、電氣、軟件三部分組成，是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的精確定位控制和計(jì)算機(jī)與PLC的串行通信，并以專家控制方式對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具備智能化功能，可自動(dòng)記錄管理數(shù)據(jù)，判斷檢測(cè)結(jié)果，分析故障原因，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可大大提高彈簧性能檢測(cè)的高效性和準(zhǔn)確性。

2.彈簧性能檢測(cè)系統(tǒng)概述

　　2.1檢測(cè)系統(tǒng)的組成[1]

　　一只彈簧有多個(gè)參數(shù)需要檢測(cè)，如負(fù)荷、剛度、柔度等，其中負(fù)荷是最常見(jiàn)的檢測(cè)指標(biāo)，它表明了在指定變形的情況下，該彈簧所產(chǎn)生的負(fù)荷值，用以控制自動(dòng)機(jī)械所需要的動(dòng)力，同時(shí)又不至于產(chǎn)生過(guò)大的載荷。所以本系統(tǒng)就是通過(guò)檢測(cè)彈簧在壓縮或拉伸到一定程度，其力值輸出是否達(dá)到系統(tǒng)要求，來(lái)對(duì)成批彈簧進(jìn)行分選檢測(cè)。彈簧性能檢測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，包括機(jī)械部分、電氣控制部分、計(jì)算機(jī)軟件部分，檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　

圖1彈簧檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
　　2.2工作原理

　　檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置可完成智能化運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)彈簧性能檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)程的全自動(dòng)化，達(dá)到智能控制要求，操作員在進(jìn)行操作前需要通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置的內(nèi)容包括彈簧類型、彈簧壓縮次數(shù)、每次壓縮行程、合格標(biāo)準(zhǔn)、限位設(shè)置等多項(xiàng)內(nèi)容。工作原理為：通過(guò)壓力傳感器采集當(dāng)前彈簧壓縮狀態(tài)下的回彈力，并將其轉(zhuǎn)化成4—20mA的電流型信號(hào)，傳遞給主控制器PLC的模擬量接收模塊。PLC對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換、濾波、整流等處理，再與上位機(jī)計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信，把處理后的信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)的緩存區(qū)中。伺服系統(tǒng)接收到控制信號(hào)后，可完成對(duì)伺服電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)速度等動(dòng)作的控制，通過(guò)同步齒形帶將動(dòng)作再次傳遞給絲杠，完成絲杠與彈簧座的一同上下動(dòng)作，從而使被測(cè)彈簧實(shí)現(xiàn)伸縮檢測(cè)。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的工作原理如圖2所示?！?

圖2彈簧檢測(cè)裝置工作原理框圖

　　系統(tǒng)設(shè)有校驗(yàn)、手動(dòng)、自動(dòng)3種工作方式。校驗(yàn)工作方式：每次系統(tǒng)上電開(kāi)機(jī)時(shí)，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的量程對(duì)測(cè)試機(jī)壓頭與底座之問(wèn)的高度進(jìn)行校驗(yàn)，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性；手動(dòng)工作方式：在設(shè)備調(diào)試或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)方式測(cè)試彈簧參數(shù)；自動(dòng)工作方式：根據(jù)不同型號(hào)的彈簧，自動(dòng)將伸縮力分為N等份，在彈簧壓縮過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)一個(gè)壓縮點(diǎn)，將壓縮力、彈簧高度、壓縮量作為一組數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在相應(yīng)的PLC數(shù)據(jù)寄存器中。　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　　3.1機(jī)械部分設(shè)計(jì)　　在機(jī)械部分中，綜合考慮到技術(shù)性能要求、可靠性要求、安全性要求和標(biāo)準(zhǔn)化要求等方面，檢測(cè)裝置采用雙工位作業(yè)設(shè)計(jì)，可同時(shí)檢測(cè)2種不同型號(hào)的彈簧；在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮到彈簧產(chǎn)品上下檢測(cè)臺(tái)的方便，人性化設(shè)備的外形尺寸；在操作方面，為使操作者能夠多角度操作，操作箱與床身由活動(dòng)的轉(zhuǎn)向架連接，可旋轉(zhuǎn)180度的角度；在安全作業(yè)方面，每個(gè)待測(cè)彈簧放在帶有刪槽的彈簧樁上，防止側(cè)滑，四周4根同定桿組成防護(hù)欄防止向外彈，其中一根存上下貨時(shí)可拆卸；在移動(dòng)方面，檢測(cè)裝置安裝有4個(gè)帶剎車的滑輪，可方便地移動(dòng)與固定?！　?.2電氣部分設(shè)計(jì)　　檢測(cè)裝置的電氣控制部分以西門子S7-200PLC為控制核心，每個(gè)工位配有獨(dú)立壓力傳感器、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、傳送帶、控制按鈕等，可完成自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制功能。系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(主機(jī)、顯示器、打印機(jī))、PLC基本單元、模擬量擴(kuò)展單元、通信模塊、文本顯示器、磁柵尺、負(fù)荷傳感器等。PLC控制端口定義見(jiàn)表1。

　　PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制主要表現(xiàn)在：PLC通過(guò)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)、正／反轉(zhuǎn)信號(hào)、使能信號(hào)等的控制，從而使伺服驅(qū)動(dòng)器能夠精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、方向等，電機(jī)再帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，完成彈簧座的定位控制。在定位控制過(guò)程中，主要影響定位精度的因素有：(1)定位控制過(guò)程中所涉及到的一系列傳動(dòng)機(jī)械誤差，包括絲杠間隙、同步齒形帶的松緊等因素。(2)根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算的PLC向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)的準(zhǔn)確度。