【文章內(nèi)容簡介】 并在支架上安裝絲杠螺母，在小車底座上安裝絲杠，并用手輪驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)絲杠螺母帶動(dòng)攝像機(jī)移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)目的。 底座 的設(shè)計(jì) 底座 即裝置的機(jī)架， 是整個(gè)檢測裝置的基本， 也是整個(gè)檢測裝置最大的部分，其作用主要有： （ 1） 承載工件（縱梁）； （ 2） 安裝小車導(dǎo)軌，作為攝像小車的工作平臺(tái)； （ 3） 安裝人工光源，以加強(qiáng)攝像機(jī)的攝像質(zhì)量； （ 4） 安裝液壓系統(tǒng)。 底 座 （機(jī)架） 設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 ]5[ ： （ 1） 工況要求 保證安裝在底座上的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺(tái)；保證上下料長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 的要求、人工操作的方便安全等。 （ 2） 剛度要求 在必須保證特定外形的條件下，對機(jī)架的主要要求是剛度。檢測機(jī)構(gòu)工作環(huán)境 振動(dòng) 較大，因此要求底座有較高的剛度。 （ 3） 強(qiáng)度要求 對于一般的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足強(qiáng)度要求。由于底座承載的重量較輕，且 小車的運(yùn)動(dòng)不對底座產(chǎn)生工作應(yīng)力，故底座強(qiáng)度可以按剛度直接設(shè)計(jì)，不再考慮強(qiáng)度要求。 （ 4） 穩(wěn) 定性要求 對于細(xì)長的或薄壁的受壓或受彎結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在 失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞 。 （ 5） 美觀 目前對機(jī)器的要求不僅能完成特定的工作，還要外形美觀。 （ 6） 其他 另外，底座承載縱梁，當(dāng)攝像機(jī)對縱梁進(jìn)行拍攝時(shí)，底座對縱梁的 支撐 部分不能擋住從下方光源射出的光 。因此，要求支撐部分面積應(yīng)很小。但是為適應(yīng)不同尺寸的縱梁檢測，底座必須能夠支撐不同寬度的縱梁，縱梁的支撐部件太小顯然無法滿足要求。為滿足上述兩點(diǎn)要求，可將縱梁支撐設(shè)計(jì)成寬度可調(diào)的。 因此，可以將檢測過程的支撐和裝卸縱 梁時(shí)的支撐分開設(shè)計(jì)。裝卸時(shí)的支撐設(shè)計(jì)成 支撐桿 形式，在縱梁寬度方向上全程支撐 ， 檢測過程的支撐設(shè)計(jì)成可沿縱梁寬度方向滑動(dòng)的滑臺(tái) ，裝卸時(shí)的支撐桿由電機(jī)控制其運(yùn)動(dòng)，檢測時(shí)的支撐由液壓缸控制 。當(dāng)裝卸工件時(shí) 支撐桿 伸出、滑臺(tái)收回， 待檢測工件時(shí) 支撐桿向下 收回、滑臺(tái)伸出。 底座結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 圖 底座結(jié)構(gòu)簡圖 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 液壓 系統(tǒng)原理 換向方式選擇 由于滑臺(tái)液壓缸有兩個(gè)方向的動(dòng)作，故需用換向閥對其進(jìn)行換向。 換向閥 是具有兩種以上流動(dòng)形式和兩個(gè)以上油口的方向控制閥。是實(shí)現(xiàn)液壓油流的溝通、切斷和換向，以及 壓力卸載和順序動(dòng)作控制的閥門。可分為手動(dòng)換向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。為實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的自動(dòng)控制，必須選用電磁換向閥。 電磁換向閥是用電磁鐵的推力來推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)以變換流體流動(dòng)方向的控制閥，簡稱電磁閥。 通過 變換閥心在閥體內(nèi)的相對 位置，使閥體各油口連通或斷開，從而控制執(zhí)行元件的換向或啟停。 這類閥操縱方便，布置靈活，易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化，因此應(yīng)用廣泛。 ]6[ 調(diào)速和調(diào)壓方式設(shè)計(jì) 為滑臺(tái)的移動(dòng)速度，需在液壓系統(tǒng)中加入調(diào)速系統(tǒng)。 為改變進(jìn)入液壓執(zhí)行原件的流量，采用流 量控制閥調(diào)節(jié)通過流量閥的流量，即采用節(jié)流調(diào)速回路。為使滑臺(tái)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，在液壓缸進(jìn)油回路安裝節(jié)流閥。 回路中壓力不應(yīng)過大，因此采用溢流閥來維持系統(tǒng)壓力，在溢流閥有溢流時(shí)，可維持系統(tǒng)壓力恒定。另外，當(dāng)系統(tǒng)超載時(shí)，溢流閥才打開，對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用，而平時(shí)溢流閥關(guān)閉。 ]6[ 其他輔助元件 由于滑臺(tái)較重，當(dāng)滑臺(tái)由運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥Ｖ箷r(shí)就會(huì)有回油現(xiàn)象出現(xiàn)，因此在主進(jìn)油路和滑臺(tái)液壓缸進(jìn)油路上安裝單向閥， 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 圖 液壓系統(tǒng)原 理圖 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 控制器的選擇 控制系統(tǒng) 主要是對整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制管理，包括攝像機(jī)的分段拍攝控制、小車的位置及移動(dòng)控制、 液壓 系統(tǒng)控制等。 設(shè)計(jì) 采用可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行控制。當(dāng) 裝置 的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變 PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。設(shè)計(jì) 擬 采用西門子的 s7200系列可編程控制器， 西門子 S7200系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7200系列具有 極高的性價(jià)比。 S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 極高的可靠性 （ 2） 極豐富的指令集 （ 3） 易于掌握 （ 4） 便捷的操作 （ 5） 豐富的內(nèi)置集成功能 （ 6） 實(shí)時(shí)特性 （ 7） 強(qiáng)勁的通訊能力 （ 8） 豐富的擴(kuò)展模塊 滑臺(tái)液壓缸 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào) ，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 控制對象的確定 控制系統(tǒng)主要對以下對象進(jìn)行控制 （ 1） 伺服電機(jī) 包括伺服電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和停止、加速和減速； （ 2） 攝像機(jī) 當(dāng)攝像小車運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，攝像機(jī)拍攝圖片； （ 3） 支撐板電機(jī) 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時(shí)使 支撐板 伸出或收回； （ 4） 滑臺(tái) 液壓 缸 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時(shí)使架桿 液壓 缸伸出或收回； 控制過程設(shè)計(jì) （ 1） 按下啟動(dòng)按鈕，若小車不在起始位置則小車自動(dòng)回到起始位置，同時(shí) 支撐板 到達(dá) B端，滑臺(tái)回到 A端 （見圖 ） 。 （ 2） 待縱梁 放在工作臺(tái)上后，按檢測按鈕，滑臺(tái)到達(dá) B 端將縱梁夾緊固定，之后 支撐板 回到 A端，然后小車開始向右運(yùn)動(dòng)，車載攝像機(jī)在規(guī)定位置拍攝采集縱梁圖像。 （ 3） 小車運(yùn)動(dòng)到右限位，小車停止，檢測結(jié)束。如果此時(shí)按停止按鈕， 支撐板 到達(dá) B端 （見圖 ） ，之后滑臺(tái)返回 A端，此時(shí)可將縱梁取下。 （ 4） 在任意位置按下停止按鈕，裝置將暫停工作，當(dāng)把暫停按鈕復(fù)位時(shí)裝置將會(huì)繼續(xù)暫停前的動(dòng)作繼續(xù)工作； (5)在任意位置按下急停按鈕，裝置馬上停止所有動(dòng)作，急停按鈕復(fù)位后必須重新將攝像小車復(fù)位。 3 硬件 部分設(shè)計(jì) 攝像 小 車設(shè)計(jì) 攝像小車是整個(gè)檢測裝置中最主要的組件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否將直接影響到裝置長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 的正常運(yùn)行和檢測結(jié)果 ，在整個(gè)設(shè)計(jì)中占重要的位 。不合理的設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致 小車強(qiáng)度和剛度無法滿足工作需求，造成裝置整體壽命降低。另外，由于現(xiàn)場環(huán)境 振動(dòng) 較大，低的剛度必然會(huì)造成車載 攝像機(jī) 的 振動(dòng) ，使其拍攝結(jié)果精度降低甚至失真。 因此，小車的設(shè)計(jì)除結(jié)構(gòu)合理外，整體的強(qiáng)度和剛度也要符合要求，并應(yīng)能承受較強(qiáng) 振動(dòng) 。 攝像小車主要由機(jī)架、伺服電機(jī)、絲杠、 攝像機(jī) 支架、導(dǎo)軌滑塊五部分組成。每部分的作用分述如下： 機(jī)架 小車的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其他零部件將安 裝在機(jī)架上； 伺服電機(jī) 小車的動(dòng)力源， 驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)； 絲杠 和絲杠螺母配合，組成攝像機(jī)的工作高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)； 攝像機(jī) 支架 安裝固定 攝像機(jī) ； 導(dǎo)軌滑塊 與導(dǎo)軌配合，保證小車沿縱梁長度方向上運(yùn)動(dòng)。 小車的設(shè)計(jì)應(yīng) 考慮 以下幾個(gè)問題 ： 機(jī)架的結(jié)構(gòu)不能太高，以滿足攝像機(jī)最大工作高度為準(zhǔn)，而且重心應(yīng)盡可能低，另外，應(yīng)該注意加強(qiáng)機(jī)架的剛度，以增強(qiáng)其抗震性。 攝像機(jī) 支架長度應(yīng)合理，在滿足攝像機(jī)視場要求的前提下應(yīng) 盡可能縮短其長度，以增加系統(tǒng)剛度。另外應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加其剛度和強(qiáng)度。 在整個(gè)小車中，絲杠的裝配 精度應(yīng)較高，以防止由于螺母間存在干涉，產(chǎn)生較大應(yīng)力，使絲杠的產(chǎn)生較大磨損，降低絲杠壽命。 導(dǎo)軌滑塊安裝的位置精度要足夠，以放置與導(dǎo)軌配合使用時(shí)產(chǎn)生干涉，產(chǎn)生較大的側(cè)向應(yīng)力，加快導(dǎo)軌或滑塊的磨損，降低使用壽命。精度過低時(shí)甚至造成小車與導(dǎo)軌無法正常配合使用。 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架是小車的基礎(chǔ)零件，它支撐或容納零部件的作用。 機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求有 ]5[ ： （ 1） 機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 （ 2） 結(jié)構(gòu)合理，便于制造。 (3) 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、 調(diào)試、修理和更換都方便。 （ 4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，有溫度引起的變形應(yīng)力小。 抗震性好。 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 （ 5） 耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。 （ 6） 有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理 。 ① 機(jī)架類型選擇 按制造方法，機(jī)架可分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架、和螺栓聯(lián)接機(jī)架、或鉚接機(jī)架。鑄造機(jī)架剛度和強(qiáng)度較好， 抗振性好， 但鑄造過程復(fù)雜，成本較高；螺栓聯(lián)接 或鉚接 機(jī)架制造簡單，加工容易，但其剛度較差，不適合在 振動(dòng) 較大的場合工作； 焊接機(jī)架結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，成本較低， 而且剛度和強(qiáng)度較高，抗振性較好，適合本檢測裝置的工作環(huán)境，因此設(shè)計(jì)采用焊接機(jī)架 。 ② 機(jī)架材料選擇 由于機(jī)架承受的應(yīng)力較小，對材料的力學(xué)性能要求不高，但由于是焊接機(jī)架，故對材料的焊接性能有特殊要求，應(yīng)選用焊接性能較好的金屬材料。低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q395，鋼中只含有極少量的合金元素，強(qiáng)度不高，但有良好的塑性 、冷彎、焊接及耐腐蝕性，能夠滿足機(jī)架的工作要求，故機(jī)架材料采用 Q395焊接成型。 ]7[ ③ 機(jī)架基本結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 機(jī)架的結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)試、修理和更換都方便，而且由于現(xiàn)場環(huán)境振動(dòng)較大，應(yīng)具有良好的抗振性，因此總體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較好的剛性， 其 結(jié)構(gòu)形式如下圖 所示 左圖：側(cè)視圖 右圖：俯視圖 圖 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖 結(jié)構(gòu)中有三塊肋板，其作用是增加機(jī)架的剛度，提高抗振性。 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 攝像機(jī)支架設(shè)計(jì) 攝像機(jī)支架由導(dǎo)軌滑塊、滑塊固定板、絲杠螺母固定板、 絲杠螺母、 懸梁 五部分組成（如圖 ） 。 攝像機(jī)支架安裝在小車機(jī)架的立柱上，通過導(dǎo)軌滑塊和安裝在機(jī)架立柱上的導(dǎo)軌配合形成可上下移動(dòng)的組件 。絲杠螺母與絲杠配合使用，通過旋轉(zhuǎn)絲杠達(dá)到調(diào)節(jié)支架高度即攝像機(jī)工作距離的目的。 圖 攝像機(jī)支架結(jié)構(gòu)圖 一、 導(dǎo)軌 及導(dǎo)軌 滑塊的選用 導(dǎo)軌和導(dǎo)軌滑塊選用上海仁旺機(jī)電有限公司生產(chǎn)的 SBC系列直線導(dǎo)軌。 SBC直線導(dǎo)軌系統(tǒng)特性： （ 1） 價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 （ 2） 精確定位，軌道摩擦系數(shù)小，具有良好的重復(fù)性。 （ 3） 節(jié)約成本 由于 SBC導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，可是驅(qū)動(dòng)裝置小型化，并同時(shí)減小電力損耗。 （ 4） 保持高精度 通過減小滾動(dòng)摩擦和熱膨 脹， SBC直線導(dǎo)軌可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 5） 安裝簡單 SBC直線導(dǎo)軌和 標(biāo)準(zhǔn)螺栓裝配方式能夠確保導(dǎo)軌的負(fù)載力和精確定位。 （ 6） 提高機(jī)械的可靠性 根據(jù)往復(fù)次數(shù)估算機(jī)械壽命， SBC直線導(dǎo)軌能夠提高機(jī)械的可靠性。 對于機(jī)架和攝像機(jī)支架間的導(dǎo)軌， 根據(jù)機(jī)架和攝像機(jī)支架的尺寸，選導(dǎo)軌型號(hào)為 SBG 15 FL/FLL， 導(dǎo)軌長度 340mm。 對于小車和底座間的導(dǎo)軌，選擇型號(hào)為 SBG 30 FL/FLL， 長度為3960mm（其最大長度為 4000mm）， 摩擦系數(shù) ? 為 。對于滑臺(tái)所需 導(dǎo)軌，由于滑臺(tái)質(zhì)長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 量較大，這里也選用動(dòng)負(fù)載為 2980kgf的 SBG 30 FL/FLL導(dǎo)軌，長度為 350mm（其最大長度為 4000mm）。 其主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)示意圖如 表 二、導(dǎo)軌精度設(shè)計(jì) 由于攝像機(jī)支架上的絲杠螺母要與垂直安裝的絲杠配合，導(dǎo)軌的安裝精度直接影響著絲杠副的傳動(dòng)精度，故導(dǎo)軌的精度應(yīng)選高一些， SBC直線導(dǎo)軌的精度等級(jí)分三級(jí)，這里選用等級(jí) H，如表 表 導(dǎo)軌精度 H H 和 W2 的測量 40? um 單位 mm 型號(hào) 安裝尺寸 滑塊尺寸 高度 E W2 寬度 W 長度 L 安裝螺栓孔 L1 K T 注油嘴 B J M S 安裝孔 T1 N SBG15FL 24 16 47 58 3830 M5 M4 38 21 4 5 SBG30FL 42 5 31 90 98 7252 M10 M8 37 12 M6 單位 mm 型號(hào) 導(dǎo)軌尺寸 承載性能 重量 寬度W1 高度H1 孔間距 H 螺栓孔 G 導(dǎo)軌