回转式体温计分号机结构设计

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2 以回转方式进行体温计分号的基本原理按照该企业的最小分号间隔距离0.25计算，加上废品共计分号总数为49，所以，设计-个包含有49个以上 (本例中为50个)工位的分号转盘，每个工位对应-类体温计的分号值。当检测到被测体温计分号值后，分号转盘旋转，将该体温计传送至对应工位并释放，体温计自动滑落至对应的储料盒中。如图1所示。

图1 回转方式分号原理图3 回转式体温计分号机总体设计3.1提高分号效率的设计思路分号效率是分号机设计要求的-项重要指2013-05-192011年江苏省高衅研成果产业化推进项目：基于图像识别与PLC技术的体温计自动化生产 (苏教科[2011113号)；2013年江苏省信息融合软件工程技术研究开发中心开放基金项目：新型全自动体温计分号设备研发(SR-2011-03)李光玲 (1964-)，女，辽宁锦西人，副教授 ，硕士，主要从事机电方向的教学与科研工作。

第35卷 第8期 2013-08(下) [147] I 訇 似标。按照上述分号原理分号，影响效率的因素主要是分号转盘回转过程的时间。为减少分号转盘回转时间，可以采取三种办法：1)分号转盘上对应设计50个体温计定位槽体温计只有-个上料位置，假设为图1中所示被识别体温计”的位置。当分号转盘回转并将该体温计送至某-储料盒后，还需返转回来接收下-个体温计，这样就耽搁了分号时间，严重影响分号效率。如果在分号转盘上对应于50个储料盒设计50个体温计定位槽，当分号转盘将上-个体温计送到相应储料盒位置时，自然会有-个定位槽对正体温计上料位置，可以直接接收下-个体温计，提高分号效率。

2)分号盘实现正反两个方向回转设体温计分号的总数值为X，本例中X50。

当控制系统识别出体温计的L值，将其转化成相应的分号数值。分号数值从1至49，分号数值Q并不与L值的大小有直接关系，是根据L数据值的分布概率，将出现概率较大的体温计编在尽量靠近分号盘上料位置的两侧附近，即分号数值为1或26的是出现概率最大的体温计；分号值为2或27的次之，依此类推。这样，当检测到体温计分号数值Q≤25时，令转盘反转；当Q>25时，令转盘正转。并且能以最短的传送距离和最快的时间完成分号动作。

3)分号机的应用范围应可扩展控制系统要根据分号精度要求的不同 (O.25或0.33mm)确定分号总数量X，以X/2为分界点，根据Q≤X/2或Q>x/2条件，令分号盘反转或正转，实现动态控制。

3.2分号机的组成按照上述设计要求和设计思想，分号机结构示意图 如图2所示。

主要 由送料装置、图像识别装置、分号装置、储料装置、控制系统等几部分组成。送料装置 (由图中6、7、8、9、10等几部分组成)通过传动电机带动传送带实现体温计的运送动作。图像识别装置由摄像头 (位于传送带正上方，图中未画出)摄取体温计图像，经计算机分析处理，识别其所属类别。分号装置主要包含步进电机1、[1481 第35卷 第8期 2013-08(下)15等)1.步进电机；2.锁紧气缸；3.分号滑槽；4.光电开关；5.螺钉a；6.传送架；7.定位胶条；8.传送带：9.落料斗；10.上料阀板；l1.螺钉b；12.上盘：l3.下盘；14.支架；l5.止推轴承；l6.上盘轴；l7.拉簧图2 体温计分号机结构示意图上盘12、上盘轴16、下盘13、止推轴承15、拉簧17、支架l4及分号滑槽3等组成，用于实现体温计分号动作口镅。在每个分号滑槽3的末端都有对应的储料盒 (图中未画出)，储料盒分别收集经分号装置分出的并顺着分号滑槽3滑落的各个体温计。

控制系统包含图像识别装置、PLC控制装置及检测装置等组成，图中光电开关4、摄像头下方的接近开关 (用于检测体温计送达位置，未画出)以及锁紧气缸2的限位开关等构成了检测装置，为实现自动控制提供输入信号。

3.3动作流程如图2所示，传送带8运转后，将体温计按图中位置逐-向右运送，当某-体温计即将运到落料斗9时，已到达摄像头下方，传送带停止运转，计算机接到信号后立即获取该体温计图像，进行图像分析与处理 ，识别出L值并获取相应的分号数值Q。PLC读取分号值Q，在有分号转盘复位信号时，上料阀板开启，控制体温计漏入分号盘上盘l2的上料位置料槽中。步进电机1带动上盘12和下盘13-同转动 (正转或反转)，将该体温计运送到相应位置后停止。此时，下盘的料槽刚好对正对应的分号滑槽3◆接着锁紧气缸2推动其活塞杆上的止转销插入下盘13中的定位孔，锁紧下盘13。落料程序控制电机带动上盘反转-定的角度 (本例为3.6。)，这样使得上下两盘的料槽刚好对齐，体温计靠自重自动掉落在下方滑槽3中，并顺着滑槽滑入储料盒中。之后步进电机1带动上盘再正转3.6。复位，完成落料程序。这时锁紧气缸2(止转销)缩回，置转盘复位标志，准备下-次的分号循环。

务l 訇 似( 塑 )- - - - - - - 初始化预 置分号总数x转盘复位置复位标志l传送带运转- - - Y山l 传送带停l(拍摄并处理)二[ IQ前-分号伯二[ I读新分号值厂N转盘反转卤 臣鲴J止转 (定位)J ，... ...jl ..-l 销插入 l匝臣I 置转盘 l ，..... I . .-l 复位标志 l图3分号机动作流程图分号机动作流程如图3所示。

4 分号盘组件结构设计4.1分号盘组件分号盘组件结构如图4所示，主要由上盘1、l 2 3 4 5 6个A向下盘7和上盘轴5组成 。上盘和下盘在盘面圆周方向均匀地开有50个径向槽，宽度及长度以通过- 个体温计为宜。下盘的边缘和近中间部分还分别均匀分布有50个凶，边缘50个孔用于转盘分号的转角定位与校准，中间50个孔用于分号动作中止转销插入时使用，作止转定位用。上盘与上盘轴通过螺钉连接在-起。下盘套在上盘轴上，间隙配合。上下盘之间均匀装有几个滚珠2，使上下盘可以灵活地相对转动。四个上盘螺钉6穿过下盘的四个较宽的腰形槽旋紧在上盘中，四个拉簧拉紧在上盘螺钉和下盘螺钉之间，上下两盘处于拉紧状态时，两盘的50个均布径向槽正好错位3.6O，上下槽间互不相同。下盘腰形槽的长度应能使两盘相对转动至3.60。落料程序就是利用两盘相对转动3.60使上下槽对齐，使存于上盘槽中的体温计通过下槽落入分号滑槽滑入储料盒的。

4.2上、下盘结构设计与计算由于分号动作是回转运动，并且要求-定的分号效率。因此，转盘的转动惯量越小越好，设计时，上下盘选择铝板，厚度均取为5mm，上盘直径500ram，下盘直径520mm，两盘径向槽宽度均为7mm，长均为110mm，另外，在上盘较空的部位设计了280个去重孔，在下盘较空的部位设计了270个去重孔，以减小转动惯量。

转动惯量的计算可根据平行轴定理计 ，上盘 (含上盘轴)的转动惯量 为：1.上盘；2.滚珠；3.下盘螺钉；4.螺钉：5.上盘轴；6.上盘螺钉：7.下盘；8.拉簧图4 分号盘组件结构示意图第35卷 第8期 2013-08(下) [1491 1 訇 似m 尺 z/ R 2 /- il /1 ] 0.060281917(kg·m 、下盘的转动惯量 ：Rr2- il ( ]-善 嘻峰]- k1%( D 2] 0.06752884(kg· 、上两式中： 上、 下--分别是上下两盘未加工孔时的质量尺上、 --分别是上下两盘的半径上盘轴、 上盘轴--分别是上盘轴的质量和半径m j、 R 、D--分别是上盘或下盘各去重孔所去除的质量及其半径和分布直径，、 、 --分别是径向槽对应材料的质量以及径向槽的长度和槽中心距盘中心的距离、 、 - - 分别是下盘边缘的定位校准孔和中部的止转定位孔所去除的质量及其半径和分布直径下盘在使用时应将外圈的各去重孔用胶带贴住 ，避免体温计偶尔可能发生的插入孔 中的情况 。

4.3拉簧的计算以及电机的选择分号机工作时，步进电机和拉簧的作用很关键，如果选择不当，整个设备将无法达到要求的工作效率和工作精度。

步进电机的选择主要考虑启动力矩和静扭矩能否满足要求。惹加速度约为5/s ，整个转盘组件的惯性力矩为：转盘组件( 上Jr) 0.127810757×5 0.639053785(kg· )6.263(N· 1这里忽略了拉簧及拉簧螺钉对转动惯性力矩的影响。根据上述计算，可选择扭矩为12Nm的电机 。

图4中的拉簧8是使上下两盘能够成为-体的连接件。因此，拉簧的拉力加在下盘的回转扭矩应大于其在回转起动或停止时的惯性力矩。下盘的惯性力矩计算公式为：M 下J下口0.06752884×50.3376442( ·m)[15o1 第35卷 第8期 2013-08(下)设拉簧初始拉力为F，4根拉簧距回转 中心45mm，则由式4×F×0.045>-M- 可得拉簧的初始拉力值，进而确定拉簧的刚度系数及长度等参数。

5 结论回转式体温计分号机投入生产后，解决了原人工分号效率低和误差大的问题，人工分号平均速度为1支/6秒，而分号机达到了1支/秒≮省了人力，提高了体温计产量和质量。表1中列出上述自动分号和人工分号的对比。

表1 自动分号与人工分号的对比样品号 图 自动识别 人工测量L值 人工测量分号值 (ram) 分号值1 25.3562 8 2538 82 29.8203 3 29.82 33 31.4726 5 31.50 54 23-2718 17 23.26 17该分号机机械结构简单，工作可靠，具有独创性，已获国家发明专利 漏送式体温计分号机”(ZL 201110150156.4)。该体温计分号机与分号方法，同样适用于温度计系列中的其他产品。