基于檢測電機電流變化來感知物體的自動自鎖夾具

高無忌 韓瑩梅 杜忠齊

摘 要：當今工廠對工件加工的產量日益增多，很多工廠會采用自動一體化設備對工件進行大量加工，而在工件加工的過程中就需要對工件進行固定，傳統固定工件是通過人工方式擰緊夾具，此判斷方法完全依賴人工，無法應用到自動化產線中。因此自動一體化設備對工件進行大量加工就離不開自動自鎖夾具。本文研究是通過檢測電機電流變化來感知物體的自動自鎖夾具。通過電流的變化感知物料是否上料和夾緊，進而自動夾緊物料。為各型自動化設備提供了一個自動夾緊平臺，具有通用性高、成本低、可靠性強的特點。

關鍵詞：自動自鎖;電機電流檢測;執行器艙;控制器艙

引言

自動自鎖夾具不僅僅局限在加工環節，隨著工廠自動化水平的提高，質量部在對工件進行檢驗時也多采用自動化設備。因此自動自鎖夾具作為自動化生產、自動化檢測等自動產線的基本組成部分在市場上具有極大的需求量。

1總體結構

本文所述設備由執行器艙、控制器艙、電線組成。電線分兩組，一組為電源線連接到市電端;另一組為控制線連接到流水線主機端，設備可向主機端發送電平信號也可接收主機端發來的電平信號。執行器艙由艙室和艙蓋組成。其中艙室由4艙體、5固定夾、6導軌、7連桿、8齒條、9拉桿、10推桿、11直線電機、12主控盒組成。

主固定夾為設備核心部件，底部兩端有圓孔內含套管，圓孔內壁安裝有線圈，線圈兩端通過導線連接到控制器。套管上套有壓簧和圓柱磁鐵，磁鐵頂部安裝有卡舌，卡舌外露于圓孔之外，卡舌形狀與齒條齒形相配合，在卡舌斜面與齒條斜面接觸時固定夾可向中心運動，當卡舌垂面與齒條垂面接觸時固定夾被鎖定。線圈通電后在磁場力的作用下可將磁鐵孔內吸引，此時卡舌全部縮入到圓孔之內，當線圈斷電后磁鐵被壓簧頂起使卡舌外露于圓孔之外。

2 控制邏輯

控制器內部的電流監測電路為控制器判斷是否完成夾緊操作的核心部分，其目的是優化傳統夾具的夾緊判斷機制。電流監測電路在設備開機后實時監測流過直線電機的電流大小。當工件放置在蓋板上接通電極后，控制器就判斷此時有工件，控制器隨即驅動直線電機推桿伸出，推桿帶動主從固定夾相向運動，在主從固定夾碰觸到工件后直流電機的負載會瞬間升高，電流會增大，當電流監測電路檢測到電流增大到設定的某一閾值時判斷工件已被夾緊，此時控制器停止向直流電機供電。當工件加工完成后，線圈通電后在磁場力的作用下可將磁鐵孔內吸引，此時主固定夾卡舌吸回，在電機推桿作用下推回主固定卡夾。設備在上述機械部分的配合下實現自鎖操作。

當工件放置在蓋板上接通電極后，電路連接成功，電流檢測電路檢測到有電流變化，單片機電路接收變化信號，將信號傳送到電機驅動電路，電機驅動電路控制直流電機推桿伸出，推桿帶動主從固定夾相向運動。電流檢測電路一直檢測推動過程中電流變化，當主從固定夾碰觸到工件后直流電機的負載會瞬間升高，電流會增大，當電流監測電路檢測到電流增大到設定的某一閾值時判斷工件已被夾緊。此時單片機電路接收到變化信號，將信號傳送到電機驅動電路，控制直流電機，同時控制器停止向直流電機供電，防止驅動電機推桿繼續伸出。當工件加工完成后，單片機接收信號控制電源使線圈通電，線圈在磁場力的作用下可將磁鐵孔內吸引，此時主固定夾卡舌吸回，電機驅動電路控制直流電機推回主固定卡夾。

3 執行過程

將設備穩固安裝在工作臺上，接通電源線，再將信號線與主機相連接建立通信后，設備隨即處于待機狀態。待機狀態下，兩個電極通電、直線電機復位、兩個固定夾此時處于最大開度。

當某一工件被放置到設備執行器艙蓋板上后，工件將兩電極接通構成回路，控制器判定此時有工件到來，向流水線主機發送電平信號以報告狀態。待主機接收信號后由主機下發指令到控制器以激活設備開始進行夾緊動作。此時控制器驅動直線電機推桿伸出推動執行器艙中主固定夾向中心運動，從固定夾在連桿和拉桿的作用下也向中心運動。主固定夾下端的線圈處于未通電狀態，卡舌露于圓孔之外，由于主固定夾是在向中心方向運動，此時卡舌與齒條每個齒的斜面相互接觸，在壓簧的作用下卡舌會沿著套管的方向做往復運動保證主從固定夾始終能夠同時向中心運動。

主固定夾向中心方向運動時，電流檢測電路時刻檢測電流變化，當主從固定夾碰觸到工件后，工件對固定夾的阻擋使得直線電機的實時功率瞬間升高，控制器內的電流監測電路檢測到電流的升高過程，當電流值升高到預先設定的域值時，控制器即刻判定工件已被夾緊并切斷直線電機的電源，此時由于工件對固定夾的反向作用力使得主固定夾底端的卡舌垂面與齒條齒的垂面相互接觸，使得主從固定夾無法后退，此刻設備就完成了夾緊與自鎖操作。控制器向主機發送電平信號告訴主機工件已夾緊自鎖。

待主機控制自動流水線的其他設備對工件進行相應操作后，再由主機發送指令到所述設備的控制器，命令設備松開工件。當控制器收到指令后，向主固定夾底部的線圈通電，產生的磁場與磁鐵磁極相異從而將磁鐵向內吸引，磁鐵向內運動使得卡舌全部縮回到圓孔內。待卡舌全部縮回到圓孔內后（此過程約為200ms）控制器驅動直線電機的推桿撤回，帶動主從固定夾相兩邊運動直至預定位置，此刻設備完成解鎖與松開操作。帶工件被拿走后電極回路又處于斷路狀態，控制器向主機發送信號，主機計數器加1，完成計數操作。設備回到初始狀態，等待下一個工件到來重復上述操作。

總結

本文為各種自動化加工工件設備提供了一個自動夾緊平臺，通過檢測電機電流變化感知物體的自動自鎖夾具。感知和完成對工件的夾緊與釋放動作。相對于傳統裝置在夾持的過程中不具備自鎖功能，容易導致工件的松動，影響裝置的使用，且傳統的夾具在使用的過程中需要使用者手動轉動夾具的動力機構進行夾取，使用較為不便，效率低下，可靠性差。本文重在解決當前夾緊具由于機械與電子設計分離而造成適用性不強的問題。研究所述設備具有機械與電子一體化設計的特點，同時兼備通用性強，成本低廉，可靠性高等特點。

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（1.成都理工大學 四川 成都 ?610059;2.襄陽精鑫電子設備制造有限公司 湖北 襄陽 441104）