基于PLC控制的航空碳-碳复合材料X射线数字成像检测装置的设计与研发

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航空碳-碳复合材料是-种新型的航空制动材料，由它制成的刹车制动装置属于极端重要的航空部件 J。目前国内尚无可以对此类材料进行x射线检测的设备。应国内某航空机轮制造厂的要求，经与使用厂家多次探讨，决定设计研制-套可以自动完成对此类材料产品的轴向和径向x射线直接数字成像的检测装置，以先进的检测手段保证航空器件的安全运行，预防不测事故的发生，使我国产的此类材料能运用到国产航空制造业和替代进口。

1 整体结构设计1.1 设计方案碳-碳复合材料，密度小，重量轻，人工取放容易，故可以采用收稿日期 ：2012-06-08基金项目：科学技术部科技型中小企业技术创新基金项目(08C26226201564)人工放取被检测工件的方式。由于要有效的屏蔽 x射线，故将全套设备装在铅房中。为使各自由度的运动准确可靠，易于实现自动控制，需采用步进电动机驱动。转动自由度通过减速机传动，直线运动自由度用滚珠丝杠传动，以提高各自由度运动的准确性。

从而实现-次装夹工件，就可以完成对工件的全方位检测。

结合碳-碳复合材料特点，决定采用两个旋转运动自由度和两个直线运动自由度的传动方式：-个旋转运动自由度用于X光机与成像器的90。旋转，另-个旋转运动自由度用于工件的360。旋转；-个直线运动自由度用于工件的X向运动，另-个直线运动自由度用于工件的z向升降运动。

1.2 实施方案根据企业的具体使用要求及x射线实时成像检测设备的特点，为保证设计方案的实施，首先要确定旋转工作台的传动方式。经研究对比各种形式的传动方式的优劣，决定该装置采用直ElectricaI Automation 1 01《电气自动化)2013年第35卷第1期 j奠式识别- Patern Identifications齿轮副形式，由-步进电机经谐波减速机减速后驱动小齿轮，再带动-大齿轮传至转台。工件放在转台中心的-支承板上，由于检测成像工艺的需要，工件支承板安装在-内径 600 mm的球轴承上，以便 x射线在轴向检测时能照透工件。

x光机与成像器分别在兀形架两端相对安装 ：兀形架的旋转由步进电动机带动减速机来驱动 ：由于检测工艺需要，兀形架只需要旋转 90。，此角度由步进电动机控制。工作台在 x方向的直线运动由步进电动机传动滚珠丝杠副直接驱动，工作台在 z方向的直线运动也由步进电动机传动滚珠丝杠驱动。

由于整体结构比较轻巧，机架可用矩形管(60 mm×80 mm x4 mm)制造。检测装置总体结构如图 1所示。

图 1 航空碳 -碳复合材料x射线直接数字成像检测装置结构图2 运动控制系统的设计2.1 传动路线针对航空碳-碳复合材料的结构特点，确保 X射线直接数字成像检测的顺利实施，该检测装置的动力传递路线为：步进电动机驱动涡轮蜗杆减速机，涡轮蜗杆减速机带动 x光机和成像器转动；步进电机谐波减速机，谐波减速机带动直齿轮副及工作台旋转；步进电机驱动滚珠丝杠副，滚珠丝杠副带动工作台作 x向运动 ；步进电机驱动滚珠丝杠副，滚珠丝杠副带动 x光机机架(悬臂)作 z向升降运动。

2.2 控制系统设计本检测装置的驱动力矩、转速要求和负载的惯量都比较小，工作时定位精度要求高，所以控制电机选用精度高、惯性小的步进电机(或交流伺服电机)，特别适合于数字控制系统 。故本检测装置采用基于 PLC的自动控制系统。

2.2.1 控制原理与结构本检测装置采用日本松下的FPX PLC。FPX PLC机身内置了4轴高速脉冲同时输出，其高速脉冲输出与伺服电机的接口如图2所示。2轴直线插补时，2组传动可同时进行，在保证系统运行可靠性、稳定性的前提下，各驱动轴的插补与联动提供灵活的1 02 ElectricaI AutomationPPX脉冲 YO方向 Yl脉冲 T2方向 Y3脉冲 Y4方向 l5脉冲 Y6方向 YTn 门 n n n n门 门 八 几 几 n伺服驱动器l伺服驱动器2步进驱动器3步进驱动器42电司服电3硼＆电l图2 PLC的高速脉冲输出与伺服电机接口图可编程保证 。

2.2.2 控制软件设计PLC软件开发采用 日本松下公司的 FPWIN GR2.0-VER。

2.811作为开发工具。应用程序采用拈化、结构化编程，将用户应用软件分为数据文件、功能文件和程序文件三类 。程序文件由主程序、子程序和中断程序组成。主程序是成整个控制程序的框架，各个子程序实现过程控制、故障处理和报警、通讯、中断处理等功能的实现，供主程序与其他子程序调用。系统控制软件根据不同的控制模式要求，当特定的控制条件满足时，执行相应的控制功能 。该检测装置的PLC控制程序运行的流程如图3所示。

图3 PLC控制程序运行流程框图2.2.3 控制软件实现为了实现检测装置传动控制，其控制软件包含AutoRun.dll、PV43.dⅡ两个动态库及-个可执行 的控制设置程序 AutoCfg。

exe，同时需要主程序的 MyBase.dll动态库支撑∝制软件通常