轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁志燕 韓賢忠 邵振宇

摘 要：現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定調(diào)試方法是一種半自動(dòng)化的調(diào)試方法，該方法生產(chǎn)效率較低，對(duì)操作者技能要求較高，量角器的安裝及人工讀數(shù)存在一定誤差。本文在現(xiàn)有標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)化的標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)，利用角位移傳感器實(shí)現(xiàn)偏角自動(dòng)、準(zhǔn)確采集，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、提升工作效率、降低人工成本。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ; 角位移傳感器 ; 自動(dòng)

1 引言

本文在現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定調(diào)試方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用角位移傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了偏角的自動(dòng)采集，測(cè)量精度0.1°，角度測(cè)量范圍為-45°～+45°，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定調(diào)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，保障了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人工成本，提高了生產(chǎn)效率。

2 現(xiàn)有技術(shù)分析

現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定調(diào)試方法主要是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定臺(tái)和量角器配合完成。

TQM65-250開(kāi)關(guān)電源用于給轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)供電，計(jì)算機(jī)給出控制信號(hào)至轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)，系統(tǒng)控制臺(tái)對(duì)應(yīng)輸出0～±15V控制電壓至轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)游標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩名操作者讀取偏角通過(guò)鍵盤輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)完成反饋電壓采集及偏角數(shù)據(jù)處理。

量角器測(cè)偏角方法為半自動(dòng)測(cè)試，該方法直觀、易懂，但自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)效率較低，對(duì)操作人員技能水平要求較高，已不能滿足產(chǎn)品數(shù)字化、智能化裝配調(diào)試的需求，如以下方面：

1）量角器的安裝存在誤差，操作人員須在120s內(nèi)完成至少60組偏角數(shù)據(jù)的讀取和輸入，時(shí)間短、易出錯(cuò)，測(cè)量準(zhǔn)確性差;

2）至少需要3名操作人員同時(shí)配合，其中2個(gè)人讀取偏角并通過(guò)鍵盤輸入，1個(gè)人操作標(biāo)定臺(tái)，對(duì)操作人員的技能水平和配合要求較高;

3）標(biāo)定過(guò)程中每組電壓的控制指令需人工操作;

4）數(shù)據(jù)處理費(fèi)時(shí)，需人工對(duì)輸入的偏角進(jìn)行確認(rèn)后，才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打印。

3? 設(shè)計(jì)方案概述

自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)是在現(xiàn)有標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用角位移傳感器代替量角器，AD采集代替人工讀數(shù)，使轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)標(biāo)定系統(tǒng)由半自動(dòng)化升級(jí)為全自動(dòng)化。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要包括角位移傳感器選型、角位移傳感器安裝支架設(shè)計(jì)、AD采集板選型等。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)的主要功能如下：

1）實(shí)現(xiàn)偏角自動(dòng)測(cè)量，正確率100%，精度不小于0.1°;

2）單臺(tái)產(chǎn)品測(cè)試時(shí)間不超過(guò)100s;

3）對(duì)舵偏角的正確性進(jìn)行判讀，直接生成偏角與反饋電壓測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)表，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、保存;

4）測(cè)試界面上實(shí)時(shí)顯示角度值;

5）測(cè)試時(shí)1名操作人員即可完成。

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試包括角位移傳感器、安裝支架、AD采集板、計(jì)算機(jī)、24V直流電源、舵機(jī)測(cè)試臺(tái)。計(jì)算機(jī)、舵機(jī)測(cè)試臺(tái)可沿用原標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要為傳感器的選型及安裝支架的設(shè)計(jì)。

3.1角位移傳感器的選擇

角位移傳感器的精度決定了偏角測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，結(jié)合偏轉(zhuǎn)角度范圍、安裝空間限制及后續(xù)AD采集板的采集范圍等因素，角位移傳感器選擇了MCGJ500B-90-38BCP，其采用直流24V供電，角位移量程范圍為0～90°，信號(hào)輸出為0～10V模擬電壓，線性度±0.6‰，尺寸Φ38×54，在標(biāo)稱角度區(qū)間，信號(hào)為線性變化，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出信號(hào)隨角度增加而增大。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證舵面偏轉(zhuǎn)角度與角位移傳感器輸出電壓之間的線性關(guān)系滿足

y = 0.111x+4.980

其中：x―舵面偏轉(zhuǎn)角度;y―傳感器電壓

3.2安裝支架設(shè)計(jì)

艙體加工時(shí)外留的安裝孔用于量角器安裝，該安裝孔并不適用于角位移傳感器的安裝，需另行設(shè)計(jì)安裝支架用于角位移傳感器與軸的連接。由于角位移傳感器需與軸同步運(yùn)動(dòng)，1次性要將4個(gè)傳感器安裝到位，且保證其零位與機(jī)構(gòu)的零位基本對(duì)齊，對(duì)安裝支架提出高安裝精度且能實(shí)現(xiàn)同軸的要求，其示意圖如圖2～圖3所示。

聯(lián)軸器采用柔性聯(lián)軸器，利用其彈性變形以補(bǔ)償傳感器角度傳送軸與連接板上傳遞軸兩軸的相對(duì)位移，緩和沖擊和吸收震動(dòng)，達(dá)到補(bǔ)償角向、徑向、軸向偏差的作用;軸承直接采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)配套的900808軸承，安裝板利用產(chǎn)品內(nèi)支座進(jìn)行加工改進(jìn)，降低內(nèi)支座上橫板安裝位置的高度，進(jìn)一步縮小傳感器的安裝高度;連接板上的傳遞軸與角位移傳感器角度傳送軸均為“D”形結(jié)構(gòu)，對(duì)接后的平整面對(duì)齊，并經(jīng)柔性聯(lián)軸器上的螺釘緊固，進(jìn)一步保證兩軸同軸;連接軸套用于連接軸承與抱箍，并與連接板緊固，保證傳感器不增加安裝支架的重力負(fù)載;抱箍采用快拆式螺栓，在安裝及拆卸時(shí)能快速完成。

4 結(jié)論

本文在現(xiàn)有標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)標(biāo)定調(diào)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角度的自動(dòng)采集，采集正確率100%，誤差在0.1°范圍內(nèi)，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本。