旋转编码开关自动检测设备开发

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Development of Automatic Detecting Equipment for Rotary Encoder SwitchZHENG Zhiwei .YAN Sijie .HUANG Sanlai(1.School of Mechanical Science and Engineering，Huazhong University of Science&Technology，Wuhan Hubei 430074，China；2.Ningbo Everbest Electronics&Technology Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 3 1 5326，China)Abstract：A kind of automatic detecting and sorting equipment for rotary encoder switch was developed. According to the shapeof the structure of the rotary encoder switch and the gist of action of manual detection，the mechanical structure of the system was de-signed and the prototype was completed.The executing machines of system were serVo motor and pneumatic components. The monito-ring system，based on PLC and Kingview，was used to realize automatic feeding，detecting，sorting，which had manual function。

Test results show that the prototype can be used to complete the automatic detection of rotary encoder switch smoothly and efficiently. Itworks stably with good results and has good application prospect。

Keywords：Rotary Encoder Switch；Automatic detecting and sorting equipment；PLC；Kingview software旋转编码开关 ，即小型旋转编码器 ，是-种能产生有规律且严格时序脉冲的开关电子元件，具有音量调节、温度调节、菜单选择、频率调节等参数控制功能，广泛应用于多媒体音箱、家用电器、玩具、医疗设备。旋转编码开关 的电气性能重要检测项 目有震荡 、滑动杂声 、滑动噪声、相位差。如图1所示 ，人工检测时，须先将 3只 (有些型号是 5只)信号引脚通过触头座与编码器测试仪连通，再通过转动主轴，产生时序脉冲，从而由测试仪判断合格性。由于旋转编码开关型号众多、产量大，人工检测效率低，往往会影响交货期；同时手工转动主轴，无法保证转速均匀 ，使输出波形不稳定 ，从而影响检测的准确性。

文中介绍的旋转编码开关 自动检测设备通过振动盘自动上料，以伺服电机和气动元件为执行机构，采用基于PLC和组态王的运动控制监视系统，实现了整个检测过程的自动化。

图 1 人工检测示意图1 系统结构1.1 基本组成eLv作原理如图2所示，系统结构由振动盘、上料机构、随行夹具 (未示出)、气动分度盘、定位夹紧机构、旋转夹持机构、分漾构组成。系统启动后，振动盘将待测工件 (旋转编码开关)按特定姿态排序，并使其紧密排列在待料导轨上；上料机构上的真空吸盘将待料导轨末端的工件抓取并放人上料工位上的随行夹具中；四等分气动分度盘在每个等分位置上有-套可收稿日期：2012-03-31作者简介：郑志伟 (1986-)，男 ，硕士研究生，主要研究方向为数控技术与装备。E-mail：tudouqq###sina.con。

· 102· 机床与液压 第41卷分开随行夹具，上料动作完成后，气动分度盘旋转90。，使装有工件的随行夹具运动到检测位，同时空闲随行夹具进入上料位；在检测位，定位夹紧机构首先将随行夹具上的工件固定夹紧，使引脚与触头良好接触，然后旋转夹持机构运动到位，夹持住主轴并旋转；转动完所需角度后，旋转夹持机构松开，接着定位夹紧机构退离，完成检测；气动分度盘将已检测的装有工件的随行夹具运动到分选位后，分漾构将随行夹具分开，已测工件按检测结果分别落入合格品滑槽和不合格品滑槽 ；分选完成后，随行夹具并和，等待进入上料位。整个系统如此循环，高效、准确地对工件进行检测。

气 动分 度 盘图2 系统结构组成1.2 振动盘与气动分度盘振动盘，即电磁振动料斗，在自动化设备中用于工件的整理筛淹排序。在该设备中，待测旋转编码开关的引脚需与固定方向的触头接触，旋转夹持机构也对主轴的方向有要求，故需使用振动盘对工件进行排序。同时，规则排列的工件也便于上料。

气动分度盘是多工位生产线和装配线中常用的设备。它与凸轮分割器相比，具有运动时问和停止时间可调、启停方便等优点；与步进 (伺服)电机回转机构相比，具有控制简单、成本低等优点。该系统使用的IT.320为四等分立式气动分度盘，最大承受质量 120 kg，分度精度 0为 ±15 ，所用旋转盘直径 D为600 mm，则旋转盘边缘的随行夹具的位移误差。 ： to约为 .4-0.02 mm，可保证工件引脚与触头的良好接触以及旋转夹持机构准确夹持主轴。

1.3 随行 夹具旋转编码开关属于异形工件，若以导轨或传送带的方式进料，虽能与振动盘待料导轨直接衔接 ，有利于上料，但却不便于工件检测时的定位以及检测后的分选；同时，为充分利用系统、提高效率，设备应能同时检测多个工件，且能适用于外形、尺寸相近的不同型号工件。为此，设计了如图3所示 的随行夹具。

该夹具可从 中间分开，-次可装载4个工件 (可扩展 ，以装载更多工件)，只需装配相适应的夹具 ，整套系统就能检测不同型号的工件。

(a)夹具并和(h)夹具分开3 随行 夹具气动分度盘的每个等分位置都安装有-套随行夹具，当气动分度盘转动，随行夹具 即实现工位的转换，完成工件的传送。分度盘的分度精度确定了随行夹具到位后的定位精度。如图3所示，在分选之前，夹具两半由弹簧并和在-起；当随行夹具到达分选位，气缸使夹具分开，已测工件在重力的作用下落人夹具下方的分选槽中，实现分眩1.4 旋转夹持机构旋转 编码开关 的主轴是 长为 12 mm、直 径 为6 mm 的2/3圆柱 ，结构较小 ，不易夹持。主轴须在检测过程中旋转，且要求旋转夹持机构夹持放松简单、快速、不能损伤主轴。参考数控机床刀具夹紧方式及自动松拉刀系统 ，设计了如图4所示的旋转夹持机构。

1 2 3 4 S 6 7l-夹头套筒 后端角接触 球轴承 3-套筒 4- 涡轮 s昔通平键6-前端角接触球轴承 7-夹头 8-压缩弹簧 9-弹簧压杆图4 旋转夹持机构剖视图对工件主轴进行夹持旋转过程为：由气缸驱动的顶杆 (未示出)推动弹簧压杆向上运动，弹簧压缩，夹头放松，机构处于放松状态，之后整个机构朝工件主轴运动；当机构运动到工件主轴伸入夹头适当长度后，顶杆退出，弹簧复位，夹头轴向移动，在斜楔的作用下夹紧工件主轴，机构处于夹持状态；之后 ，由伺服电机驱动的蜗杆带动涡轮转动，整个机构随之转第 9期 郑志伟 等：旋转编码开关自动检测设备开发 ·103·动，实现了主轴的旋转；转动完成后，顶杆又推动弹簧压杆向上运动，弹簧压缩，夹头放松；在机构处于放松状态下，整个机构退出主轴，等待下-批待测工件。

图5为旋转夹持机构中的夹头，其外形类似于 R8铣夹头 (R8嗦咀)，顶部为带数个细槽的锥轴，尾部有与弹簧压杆配合的螺纹孔。瓣数为 3，对不同力矩的工件可选用不同瓣数的夹头。其夹紧力为 - n3RK其中： 为夹紧力 (N)；图5 夹头Q为轴向拉力 (N)；为夹头与套筒之间的摩擦角；为夹头锥角-半；R为消耗于簧瓣变形的力 (N)；为与夹头瓣数有关的系数 (3瓣时，K600)；D为夹头弯曲部分的外径 (mm)；L为夹头悬臂长度 (mm)；t为夹头弯曲部分的厚度 (mm)；△为夹头与工件之间的最大间隙 (mm)。

夹紧力的大小与主轴转动所需力矩相适应，轴向拉力由压缩弹簧提供，由此可确定压缩弹簧尺寸及顶杆气缸的缸径。

为了与随行夹具相适应，采用4个共线排列的旋转夹持机构分别夹持对应随行夹具中的4个工件。用1个长蜗杆带动这4个机构中的涡轮，使得结构紧凑 、转动精确。

2 控制方案2.1 硬件 配 置西门子SINAMICS V80小型伺服系统参数设置简洁、接口简化、成本低，特别适用于定位控制。在该系统中，旋转夹持机构的运动并不复杂，旋转精度的要求也不是特别高，实现定位控制即可，同时也为了与西门子PLC配套使用，故选择该款伺服系统。

在待料导轨上，使用4个电容式接近开关判断待料位是否有待测工件。该系统共有 11组气缸 ，除 4组滑槽气缸外，为了使结构紧凑及便于控制，所有气缸都带有磁性开关。使用真空吸盘进行上料。气动系统主要使用排气节流调速，以避免产生爬行现象系统须控制的气动执行元件较多，且有伺服系统以及要与上位机通讯 ，共需 30个数字量输入 (DI)点、23个数字量输出 (DO)点及 1个高速脉冲输出点。西门子 s7-200 CPU224XP AC/DC/DC小型可编程控制器具有结构紧凑、成本低廉、功能强大等优点 ，提供了2个 RS.485接口，14个数字量输入点，10个数字量输出点 ，更重要 的是，它提供 了 2个高达100 kHz的高速脉冲输出口 (与数字量输出点共用端口)，可方便地对伺服电机进行控制。另外，增加了1个数字量扩展拈 EM223，可提供 16个数字量输入点、16个数字量输出点∝制单元端口分配及接线如图6所示。

CPU224XP M223开始--- 10.0 Q0.0 - cW/PULS停止-- IO.1 Q0.1 oN/OFF警信号 Alarm- 10.2 Q0.2 cCW/SIGNSYS Stams--L 10.3 QO.3 - CLRRES pdate 10.4 QO.4 - -GoRES1斗 10.5 QO.5 -÷--RUNRES2 - 10.6 Q0.6RES3 - 10.7 Q0.7 - HL2RES4斗- I1- Q u 1 .0÷ - HL3 SQ9- - - SQ10--- tl·2 QI.1 HL4SQ11--- n.3SQ12- n- Q2.0 -衄- YV1 3--十I1.5SQ1A--巾 12.0vvz sQ1B-- 12.1 Q2.1SQ2A---- I2.2 iSQ2B--- 12.3· I ： Q3.4 vV- ： J YV· SQ8A---o- I3.7 Q3.5 s 图6 控制单元端口分配及接线控制系统硬件组成如图7所示。其控制原理为：控制单元接受上位机 (工控机)自动、手动等控制信号，根据由传感器获得的现场信号以及执行元件和数据采集分析拈的状态，控制系统结构对待测工件进行检测；数据采集分析拈采集检测过程中待测工件产生的时序脉冲信号，并对信号进行分析；数据采集分析拈将分析结果返回控制单元，控制单元根据检测结果 ，驱动执行元件对工件进行分选；在系统执行过程中，信号灯提示系统运行状态 ，当有故障发生时，将进行报警。

图7 控制系统框图2.2 软件设计PLC控制程序主要包含手动/自动模式选择、上料子程序、进料子程序、检测子程序、分选子程序、状态监视子程序，完成上料、进料、检测、分癣报