汽車電池托盤檢測裝置的設(shè)計

指導(dǎo)

摘要：針對某型汽車電池托盤表面各孔位置的檢測要求，設(shè)計了一種汽車電池托盤檢測工具，包括機械、硬件和軟件三部分。通過SolidWorks建立了汽車電池托盤檢測工具的三維數(shù)字模型；采用歐姆龍CP1H PLC及擴展芯片、各種傳感器、氣缸等搭建電路；使用CX-Programmer編寫PLC程序，實現(xiàn)對各執(zhí)行器和PLC的順序控制

摘要：針對某型汽車電池托盤表面各孔位置的檢測要求，設(shè)計了一種汽車電池托盤檢測工具，包括機械、硬件和軟件三部分。通過SolidWorks建立了汽車電池托盤檢測工具的三維數(shù)字模型；采用歐姆龍CP1H PLC及擴展芯片、各種傳感器、氣缸等搭建電路；使用CX-Programmer編寫PLC程序，實現(xiàn)各執(zhí)行器的順序控制和PLC與工控機的串口通訊；使用Visual Basic軟件設(shè)計電池托盤檢測狀態(tài)的人機交互界面，包括設(shè)備運行狀態(tài)顯示、手動點動控制、數(shù)據(jù)存儲與分析等。

關(guān)鍵詞：電池托盤檢測工具；可編程序控制器；設(shè)計; 汽車

0 前言

汽車檢具是一種用于測量和控制汽車各零部件尺寸的專用檢測設(shè)備。對縮短汽車項目周期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。本文針對傳統(tǒng)汽車檢具存在的檢測效率低、精度低的問題，設(shè)計了一種汽車電池托盤檢測工具，可以檢測電池托盤上孔的位置，檢測方便和可靠。

1 電池托盤檢具整體方案設(shè)計1.1 檢具工作原理

檢具主要由檢具體、定位機構(gòu)、夾持機構(gòu)和量具組成。量具主要有通用量規(guī)、檢針、各種傳感器等。需要檢測的元素通常是工件的形狀、輪廓、曲面，以及工件表面的孔和法蘭的位置。本文設(shè)計的檢測工具用于檢測電池托盤上每個孔的位置。它使用檢查探頭進行檢測。探頭直徑略小于待測孔。探頭的中心和電池托盤上每個孔的中心在同一軸線上。檢測時，如果探頭能伸入孔內(nèi)，則說明孔的位置合格，否則為不合格。

1.2 總體規(guī)劃設(shè)計

本文設(shè)計的檢測工具可以測量電池托盤表面每個孔的位置是否合格。為實現(xiàn)自動化、智能化的要求，檢具系統(tǒng)包括機械、電氣、軟件三部分。機械部分包括輸送裝置、上下檢測板的檢測部件、升降裝置。這些部件構(gòu)成了檢具的機械本體；電氣部分包括PLC、接近開關(guān)、電磁閥等，實現(xiàn)檢測過程的自動化操作和數(shù)據(jù)反饋：軟件部分主要包括人機界面，可以對采集到的信號進行處理并顯示在顯示屏上。顯示，使檢測過程方便可靠。

2 檢查裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1為汽車電池托盤結(jié)構(gòu)示意圖。上表面（正面）為凹面，正反面有數(shù)十個直徑不等且分布不均的孔洞?？紤]到檢具對自動化、智能化的要求，電池托盤檢具的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)包括輸送裝置、上下檢測板的檢測部件、升降裝置和夾持裝置，等等。

圖1 汽車電瓶托盤結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 輸送裝置設(shè)計

輸送裝置由無桿氣缸、輥道和安裝平臺組成，如圖2所示。首先將待檢電池托盤正面朝上放置在安裝平臺上，然后用兩個方向的定位塊實現(xiàn)六向。點精確定位，然后由無桿氣缸推動平臺，平臺通過輥道輸送到檢測位置，開始檢測。檢測完成后，無桿氣缸將平臺拉回初始位置。

2.2 上下檢測板設(shè)計

由于電池托盤的正反面需要檢測孔的位置，所以檢測板分為上檢測板和下檢測板，上檢測板分為左右兩塊分別檢測電池托盤的左右兩側(cè)?？變刹糠值奈恢茫幌聶z測板為一塊，用于檢測電池托盤背面的孔位置。左右上檢測板上有接近開關(guān)。接近開關(guān)旁邊開有通孔。金屬測桿安裝在通孔內(nèi)，并裝有彈簧使其自動回位。下檢測板上分布著一個小檢測筒，測量桿安裝在氣缸活塞桿的末端，電磁接近開關(guān)安裝在氣缸的頭部和末端。同時，為了防止電池托盤在測試過程中晃動，在下測試板的四個角上安裝了四個旋轉(zhuǎn)夾緊油缸，夾住電池托盤的邊緣進行固定。上下檢測板結(jié)構(gòu)如圖43、。

1- 無桿氣缸；2-定位塊一；1- 左檢測板；2-金屬測量桿；3-定位塊二；4- 安裝平臺；3-接近開關(guān)；4- 上油缸安裝槽；5- 支座；6-底板；7-輥道5-右檢測板；6導(dǎo)向滑套

圖2 輸送裝置 圖3 上檢測板

2.3 起重裝置設(shè)計

圖 5 顯示了提升裝置。當平臺由無桿氣缸運送到檢測位置時，下大氣缸先推動底板，安裝平臺通過下導(dǎo)向滑桿下降到位。此時下檢測板上的四個旋轉(zhuǎn)夾緊油缸夾緊并固定電池托盤，然后左右上大油缸通過上推桿推動左右上檢測平臺沿上導(dǎo)軌緩慢下降滑桿。上檢測板下端的金屬測量桿測量電池托盤前部的孔。然后，下檢測板上的量筒在安裝結(jié)束時推出金屬探針，測量電池托盤背面各孔的位置。測量完成后，依次返回上檢測板和安裝平臺。

1-基地; 2- 旋轉(zhuǎn)夾緊油缸；1-下大缸；2- 上導(dǎo)向滑桿；3-金屬測量桿；4- 檢測氣缸；3- 上推桿；4- 左大缸；5-電磁接近開關(guān)5-右大氣缸；6-上檢測板；7-安裝平臺；8-下導(dǎo)向滑桿；9底板

圖 4 下檢測板 圖 5 升降裝置

3 檢查硬件電路設(shè)計

要實現(xiàn)檢具自動化，PLC設(shè)備必不可少。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)模擬量控制、開關(guān)邏輯控制、過程控制和運動控制[1]。以檢具主體為基礎(chǔ)，選用歐姆龍CP1H PLC，設(shè)計接近開關(guān)、氣缸、傳感器的電氣控制電路，采用RS-232串行通訊線連接下位機和上位機實現(xiàn)各執(zhí)行器的順序控制以及PLC與工控機的串行通訊。

3.1 接近開關(guān)的選擇

接近開關(guān)是一種位置開關(guān)，無需與運動部件機械接觸即可檢測。按工作原理可分為電感式、電容式、光電式、超聲波式和電磁感應(yīng)式五種類型[2]。當物體接近開關(guān)的感應(yīng)面并達到操作距離時，開關(guān)導(dǎo)通或斷開，進而驅(qū)動直流電器或向PLC設(shè)備提供控制指令。本文設(shè)計的探傷儀在上下兩塊檢測板上每個檢測孔的金屬探頭一側(cè)安裝了一個接近開關(guān)，用于判斷相鄰的金屬探頭是否能伸入孔內(nèi)。說明孔的位置合格，反之亦然。

3.2 電磁閥的選擇

電磁閥是一種電磁控制裝置，在工業(yè)場合一般用于控制流體介質(zhì)的方向、流量、速度等參數(shù)。電磁閥的種類很多，常見的有止回閥、安全閥、方向控制閥、調(diào)速閥等，本文設(shè)計的電磁閥采用Airtac 4V110-06，為二位五通換向閥。氣壓0.15 MPa～0.8 MPa，可使每個氣缸進行雙向動作。

3.3 各設(shè)備PLC選型及電路搭建

本文設(shè)計的檢具采用歐姆龍CP1H PLC，具體型號為CP1H-X40DR-A。其I/O存儲區(qū)主要包括CIO區(qū)、工作區(qū)W、定時器區(qū)T、數(shù)據(jù)存儲區(qū)D和輔助區(qū)A等。

PLC外圍元件安裝好后，將各個檢測元件（接近開關(guān)）的信號輸出線接到PLC的各個I口，將PLC的O口接到各個驅(qū)動負載（氣缸）的電磁閥控制端, PLC 選件板插槽 1 連接 RS-232C 選件板，通過 RS-232C 信號線與工控機連接。檢測完成后，將各孔位數(shù)據(jù)送至上位機處理。由于PLC主芯片的I/O數(shù)量少于設(shè)備總數(shù)，需要連接擴展I/O單元。擴展芯片型號為CP1W-40EDR。

4 檢具PLC程序設(shè)計

圖 6 顯示了 PLC 程序流程。電池托盤安裝到位后，啟動PLC。首先，無桿氣缸將安裝平臺移動到終端位置，然后大氣缸將平臺降低到位，夾緊氣缸（4）將夾緊并定位電池托盤，然后大氣缸（2A）降低上檢測板（2）到檢測位置。如果電池托盤正面的孔位置合格，則上檢測板的金屬探針不會被推出，接近開關(guān)輸出低電平，即孔位置合格，否則不合格；然后，下檢測板上的檢測氣缸上升，將固定在氣缸末端的探頭推入孔中。如果孔的位置合格，氣缸末端的接近開關(guān)輸出高電平，即孔位置合格，否則不合格；最后將PLC通過RS-232C串行通訊線連接到各接近開關(guān)輸入口的狀態(tài)以16進制數(shù)的形式傳送給上位機。檢測完成，檢測油缸收回探針，松開夾緊油缸，上油缸控制上檢測板上升，下油缸控制平臺上升。升到位后，無桿油缸將平臺拉回初始位置。通過RS-232C串行通訊線連接到各接近開關(guān)輸入口的PLC的狀態(tài)以16進制數(shù)的形式傳送給上位機；檢測完成，檢測油缸收回探針檢具設(shè)計，松開夾緊油缸，上油缸控制上檢測板上升，下油缸控制平臺上升。升到位后，無桿油缸將平臺拉回初始位置。通過RS-232C串行通訊線連接到各接近開關(guān)輸入口的PLC的狀態(tài)以16進制數(shù)的形式傳送給上位機；檢測完成，檢測油缸收回探針，松開夾緊油缸，上油缸控制上檢測板上升，下油缸控制平臺上升。升到位后，無桿油缸將平臺拉回初始位置。下缸控制平臺上升。升到位后，無桿油缸將平臺拉回初始位置。下缸控制平臺上升。升到位后，無桿油缸將平臺拉回初始位置。

圖6 PLC程序流程

5檢測工具人機界面設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的硬件電路，利用VB軟件繪制上位機界面，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)顯示、手動點動控制、數(shù)據(jù)質(zhì)量保存和分析等功能。VB軟件內(nèi)部集成了各種模塊，通過MSComm等控件可以實現(xiàn)接收和發(fā)送串行輸入輸出數(shù)據(jù)的功能[3]。

5.1 主界面

主界面用于顯示當前運行狀態(tài)和電池托盤各孔位的測量結(jié)果，如圖7所示。 點擊“打開串口”按鈕后，軟件開始接收從PLC通過RS-232串口連接到上位機。當巡檢工具運行到某個步驟時，會在界面左側(cè)的“設(shè)備狀態(tài)”欄中顯示相應(yīng)的圖標。突出顯示。主界面的中間是測量界面。左圖為待測電池托盤正面，右圖為待測電池托盤背面。圖中每個要測試的孔都有一個圓形標記。測試完成后，不合格的孔位標記將突出顯示。單擊“保存數(shù)據(jù)”按鈕后檢具設(shè)計，電池托盤的測試結(jié)果將保存到數(shù)據(jù)庫中。

5.2 手動控制界面

圖8為手動控制界面。當您點擊一個氣缸動作按鈕時，按鈕上方的圓形標記會高亮顯示，軟件會發(fā)送一串數(shù)據(jù)到下位機進行處理，然后PLC會控制氣缸執(zhí)行相應(yīng)的動作。

六，結(jié)論

經(jīng)過反復(fù)試驗論證，該檢具系統(tǒng)能夠滿足既定的檢驗要求，檢驗過程高效可靠。與傳統(tǒng)檢測工具相比，檢測系統(tǒng)通過人機交互界面實現(xiàn)實時反饋，對檢測過程進行監(jiān)督和控制，大大提高了檢測工具的智能化水平。

圖7 主界面

圖8 手動控制界面

（文本編輯器）