基于PLC 控制的摩擦磨損檢測機器人設計

黃云超，龔玉玲，張天豪，丁小娟

（泰州學院 機電工程學院，225300，江蘇泰州）

隨著工業的發展和時代的不斷進步，企業與用戶對產品的質量要求也越來越高，產品過程追蹤檢測和成品的檢驗檢測隨之也更加嚴格。與此同時人們對檢測方面的需求越來越迫切。檢驗檢測也已成為產業發展的重要推動力之一[1-3]。檢查和工業技術的測試的主要任務是驗證相應領域的各種產品在某種標準化的參考基準下，是否符合法律規范和監管要求，是否符合設計者的要求及使用者的需求[4-5]。因此本文基于易磨損件的摩擦磨損檢測要求，設計了一種基于PLC 控制的摩擦磨損檢測機器人。該設備由主軸驅動系統、操縱面板系統、機械運動部件等結構組成。

1 摩擦磨損檢測機器人整體設計

依據需求，進行結構仿真設計，包括三大部分：機械結構、控制結構和其他結構，如圖1 所示。機械結構分為平行移動機構和摩擦機構兩部分，平行移動機構由滾珠絲杠滑桿、步進電機和絲杠滑桿移動平臺組成，摩擦機構由摩擦直桿、滑動軸承、摩擦垂直連接件和摩擦平臺組成。控制結構的主要組成部分為PLC 和控制器。其他結構的組成部分是電源適配器。

圖1 摩擦磨損檢測機器人整體設計結構圖

1.1 摩擦磨損檢測機器人機械結構設計

根據圖1 結構圖，繪制了摩擦磨損檢測機器人3D建模圖，如圖2 所示。為了達到降低控制難度的要求，優先使用懸臂式結構進行平行移動機構的搭建。平行移動機構需要具有X、Y 兩方向上的自由度，懸臂式結構足以達到自由度方面的需求。摩擦機構設計采用上下自由式，能夠兼容多種不同的受試原件。通過3D 建模設計的仿真檢驗，確定該結構的可行性達到設計要求，雙自由度均不受障礙，摩擦運動時也不會受到影響，摩擦磨損檢測機器人實物圖見圖3。

圖2 摩擦磨損檢測機器人整體3D 模型圖

圖3 摩擦磨損檢測機器人整體實物圖

1.2 摩擦磨損檢測機器人電氣接線圖

它的工作原理是：試樣的待磨層與摩擦針在荷重摩擦體的作用下，以規定的速度相互摩擦。通過測量摩擦前后重量的減少量(或涂層厚度的減少量)，來判斷待磨層(或涂層)的耐磨性。

根據摩擦磨損檢測機器人的工作原理，通過PLC編程對設置在X、Y 軸的絲桿滑臺進行速度和位移的控制，兩滑臺相互配合協同作業共同完成摩擦磨損的檢測動作，進而實現完整的檢測作業。依據電路連接設計圖（如圖4 所示），將步進電機、驅動器、PLC、電源適配器與基礎架構進行連接，如圖5 所示。

圖4 摩擦磨損檢測機器人電氣接線原理圖

圖5 摩擦磨損檢測機器人電氣接線實物圖

2 摩擦磨損檢測機器人工作流程

開始檢測工作時，第一步將測量零件放置到檢測工位并將零件固定；第二步判斷是否夾緊，確定固定后將摩擦磨損檢測針下移；第三步判斷是否將檢測針調整到合適位置，如位置不合適通過移動X橫向和Y 縱向的絲桿滑臺使摩擦磨損檢測針平移到檢測零件上方；第四步開始摩擦磨損檢測工作。檢測工作完成后摩擦檢測針離開檢測工位，檢測工作完畢。如圖6 所示。

圖6 摩擦磨損檢測工作流程圖

3 結語

摩擦磨損檢測機器人能完成對零件的摩擦磨損的各項檢測工作，橫向絲桿滑臺、縱向絲桿滑臺和摩擦檢測針的可移動設計保證了運動的機動性和準確性。采用西門子S7-200 系列PLC，指令豐富、功能強，編程容易，接線方便，檢測機器人整個控制過程簡單，具有較高的推廣價值。