【正文】 I/O 分配 ........................................................ 33 硬件配置 ....................................................... 34 程序設(shè)計(jì) ....................................................... 35 設(shè)計(jì)總結(jié) .............................................................. 39 致 謝 .............................................................. 40 參考資料 .............................................................. 41 長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 前 言 縱梁 概述 汽車縱梁是汽車中承受車身及汽車有效荷載的基礎(chǔ)構(gòu)件之一，被稱為汽車的脊梁。 控制系統(tǒng)使用 西門子 s7200系列 PLC實(shí)現(xiàn) 了 檢測過程的自動化運(yùn)行，并使用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 縱梁支撐 部件的運(yùn)動控制。 為克服這些弊端 ，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì) 了一種 以 圖像處理技術(shù) 為基礎(chǔ) 的 自動化 檢測裝置 。 摘 要 傳統(tǒng)汽車縱梁 檢測主要以人工方式進(jìn)行 ， 檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁圖紙進(jìn)行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求。這種檢測方式嚴(yán)重依賴人工，可靠性不高，效率不高，不適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。 首先對 縱梁基本結(jié)構(gòu) 、 數(shù)字 圖像處理 技術(shù)和汽車檢測技術(shù)做了簡單的介紹， 然后對檢測裝置的總體設(shè)計(jì)方案做了詳細(xì)的介紹，之后對裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該自動化檢測裝置操作簡單，可靠性高，檢測精度高，大大改善了生產(chǎn)效率。一般載重貨車的車架，就是采用的縱梁式車架?？v梁除了起支撐整個(gè)車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。由于受人為因素及模具、設(shè)備狀態(tài)的影響，每批縱梁除對張口、翼面高度檢測外，還需對發(fā)動機(jī)安裝孔、鋼板彈簧支架孔等重要的位置進(jìn)行檢測。所謂數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)或者其他數(shù)字硬件，對從圖像信息轉(zhuǎn)換得來的電信號進(jìn)行某些數(shù)學(xué)運(yùn)算， 以提高圖像的實(shí)用性。 數(shù)字圖像處理技術(shù)處理精度比較高，而且還可長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 以通過改進(jìn)處理軟件來優(yōu)化處理效果。（如圖 ） 圖 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成 1． 3 汽車檢測技術(shù)概述 汽車檢測技術(shù)是伴隨著汽車技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車檢測技術(shù)也飛速發(fā)展。 國外汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況 從汽車檢測、診斷技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展過程來看，大致經(jīng)歷了 4個(gè)同的發(fā)展 階段： 第 1 個(gè)階段 這個(gè)階段的檢測、 診斷設(shè)備是以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主的單機(jī)人工操作階段。這小僅省時(shí)、省錢而且在檢測數(shù)據(jù)精度上，也是一個(gè)質(zhì)的飛躍。 60年代初期就有美國的發(fā)動機(jī)分析儀、英國的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火故障分析儀和平板式制動試驗(yàn)臺等進(jìn)入我國，這些都是發(fā)達(dá)國家早期發(fā)展的汽車檢測設(shè)備和儀器。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 ， 國外汽車檢測設(shè)備在自 動化、精確化和綜合化等方面都有了新的發(fā)展， 應(yīng)用新 技術(shù)，開拓新的檢測領(lǐng)域， 研制出許多新型檢測設(shè)備和儀器， 60年代后期 ， 國外大量開發(fā)出應(yīng)用電子 、光學(xué)、理化與機(jī)械相結(jié)合的光機(jī)電、理化機(jī)電一體化的檢測、 診斷設(shè)備 。 第 3 個(gè)階段 這個(gè)階段是汽車檢測設(shè)備智能化，汽車檢測線自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化階段。 80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)一步向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了集檢測工藝操作、數(shù)據(jù)采集和打印、存儲與顯示等功能于一體的系統(tǒng)軟件，使汽車檢測線實(shí)現(xiàn)了全自動化。全自動汽車安全檢測線、汽車維修檢測系統(tǒng)和 全自動汽車綜合性能檢測線都是這方面的實(shí)例。顯示方式有聲光訊號，也有數(shù)字式圖形訊號。美國凱迪拉克轎車系列，日本豐田、本田轎車系列等均已先后采用了車載 自診斷系統(tǒng)。 7O 年代，汽車不解體檢測技術(shù)及設(shè)備被列為國家科委開發(fā)的應(yīng)用項(xiàng)目。進(jìn)人 80 年代， 隨 著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 我國汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅猛，對汽車檢測、診斷技術(shù)和設(shè)備的需求也與日俱增。與此同時(shí)又相繼研制了側(cè)滑試驗(yàn)臺、軸 ( 輪 )重儀、車速表試驗(yàn)臺、前照燈檢測儀和底盤測功機(jī)等。 “ 七五 ” 期間，交通部又把 “ 汽車檢測、診斷設(shè)備在汽車維修生產(chǎn)中的應(yīng)用 ” 課題列為重點(diǎn)新技術(shù)推廣項(xiàng)目，組織有關(guān)單位進(jìn)行了研究和試點(diǎn)。 80 年代初，交通部在大連市建立了國內(nèi)第一個(gè)汽車檢測站。此后，交通部又先后要求 l0 多個(gè)省市、自治區(qū)交通廳 (局 ) 籌建汽車檢測站，并在唐山等地建成了具有相當(dāng)規(guī)模的汽車檢測站。公安車管系統(tǒng)在已有檢測站的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了推廣和發(fā)展，到目前為止． 全國已建成的汽車安全檢測線 (站 ) 達(dá) 1000 余條。 7O年代國內(nèi)僅能生產(chǎn)少量簡單的檢測、診斷設(shè)備 。交通、機(jī)械、電子、城建和高等院校等部門都進(jìn)入到汽車檢測儀器和設(shè)備的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域。 1． 4 課題的提出與主要任務(wù) 隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，自動化程度的不斷加深，一些傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)、檢測手段以不再適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)際。隨著汽車檢測技術(shù)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)檢測手段已經(jīng)表現(xiàn)出了許多不足，其缺點(diǎn)主要有以下幾方面： （ 1） 嚴(yán)重依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)，檢測結(jié)果不可靠； （ 2） 檢測精度低，檢測結(jié)果不穩(wěn)定； （ 3） 檢測時(shí)間長，效率低下； （ 4） 人工現(xiàn)場檢測，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)員易發(fā)生安全問題。目前人們已經(jīng)依靠各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，對汽車進(jìn)行不解體檢測， 這樣不僅克服了傳統(tǒng)檢測方法的缺點(diǎn)，而且大大縮短了汽車的生產(chǎn)維修時(shí)間，解放了勞動力。 雖然現(xiàn)代汽車檢測技術(shù)有自己突出的優(yōu)勢，但由于采用了更多的科技產(chǎn)品 和精密設(shè)備、儀器，因而不可避免的增加了生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品投資加大，同時(shí)也限制了它的應(yīng)用范圍 。 課題的提出 汽車縱梁檢測是汽車檢測技術(shù)的一部分?？v梁除了起支撐整個(gè)車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。 傳統(tǒng)汽車縱梁孔位檢測主要以人工方式進(jìn)行：檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁 AutoCAD圖紙進(jìn)行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是圖像處理技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，使縱梁檢測的自動化成為可能。裝置將放置在縱梁的沖壓車間，縱梁沖好后，接著對其進(jìn)行檢測。 縱梁檢測的 原理是：應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，采用工業(yè) 攝像機(jī) 對縱梁進(jìn)行拍攝，將縱梁的數(shù)字圖像信息采集到計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像處理算法，對縱梁上孔的信息進(jìn)行長春工程學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 分析，并與計(jì)算機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)縱梁 CAD圖紙進(jìn)行比對，已達(dá)到檢測目的。 縱梁拍攝方式的選擇 縱梁是汽車上最長的零件，長 5米到 12米。如假設(shè)縱梁長 5米，使用分辨率為 1300? 1030的攝像機(jī) 拍攝，那最后每個(gè)像素對應(yīng)的尺寸就是 4毫米，這樣檢測精度就無法保證了。實(shí)現(xiàn)分段拍攝一般有兩個(gè)途徑： （ 1） 使用多個(gè) 攝 像機(jī) ，每個(gè) 攝像機(jī) 只拍攝縱梁的一部分。 對于第一種方案雖然實(shí)現(xiàn)在分段拍攝時(shí)，控制策略簡單，但是一般工業(yè)用的 攝像機(jī) 都比較昂貴，采用多個(gè) 攝像機(jī) ，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，而且拍圖設(shè)備體積太大，很難實(shí)現(xiàn)，在工廠里也不實(shí)用。這里我們采用第二種方案實(shí)現(xiàn)對縱梁的拍攝。運(yùn)動模塊實(shí)現(xiàn) 攝像機(jī) 和縱梁之間 的相對運(yùn)動，攝像模塊實(shí)現(xiàn)對縱梁圖像的拍攝，高速圖像采集模塊主要將攝像模塊拍攝到的圖像采集到計(jì)算機(jī)中去。 攝像小車的設(shè)計(jì) 攝像小車是整個(gè)檢測裝置的主體部分。主要部件有：車架、電機(jī)、控制器、 攝像機(jī) 等。這樣在絲杠螺母副的驅(qū)動下小車做直線運(yùn)動。但絲杠加工困難，生產(chǎn)成本高，需要定期維護(hù)；第三種方案采用了齒輪齒條傳動，不僅不存在打滑現(xiàn)象而且具有較好的傳動性能，定位可靠，控制 簡單。因此，選用第三個(gè)方案作為小車的運(yùn)動機(jī)構(gòu)?？紤]到小車運(yùn)動速度，且對小車運(yùn)動的穩(wěn)定性要求較高， 因此設(shè)計(jì)采用 交流 伺服電機(jī)對小車進(jìn)行精確控制。 攝 像機(jī)高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于各種型號的縱梁寬度不一樣，為使攝像機(jī)獲得可調(diào)的視場寬度同時(shí)又保證 清晰的數(shù)字圖像，需對攝像機(jī)的工作高度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)?？蓪z像機(jī)安裝在支架上，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)動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動絲杠螺母帶動攝像機(jī)移動，從而達(dá)到調(diào)節(jié)目的。 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；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。檢測機(jī)構(gòu)工作環(huán)境 振動 較大，因此要求底座有較高的剛度。由于底座承載的重量較輕，且 小車的運(yùn)動不對底座產(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。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞 。 （ 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 。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。 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)。當(dāng)裝卸工件時(shí) 支撐桿 伸出、滑臺收回， 待檢測工件時(shí) 支撐桿向下 收回、滑臺伸出。 換向閥 是具有兩種以上流動形式和兩個(gè)以上油口的方向控制閥?？煞譃槭謩訐Q向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。 電磁換向閥是用電磁鐵的推力來推動閥芯運(yùn)動以變換流體流動方向的控制閥，簡稱電磁閥。 這類閥操縱方便，布置靈活，易實(shí)現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化，因此應(yīng)用廣泛。 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。 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。 ]6[ 其他輔助元件 由于滑臺較重，當(dāng)滑臺由運(yùn)動變?yōu)橥Ｖ箷r(shí)就會有回油現(xiàn)象出現(xiàn)，因此在主進(jìn)油路和滑臺液壓缸進(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、小車的位置及移動控制、 液壓 系統(tǒng)控制等。當(dāng) 裝置 的動作流程改變時(shí)，只需改變 PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 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。 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系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(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。 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)、啟動和停止、加速和減速； （ 2） 攝像機(jī) 當(dāng)攝像小車運(yùn)動到一定位置時(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 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） 按下啟動按鈕，若小車不在起始位置則小車自動回到起始位置，同時(shí) 支撐板 到達(dá) B端，滑臺回到 A端 （見圖 ） 。 （ 3） 小車運(yùn)動到右限位，小車停止，檢測結(jié)束。 （ 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)裝置將會繼續(xù)暫停前的動作繼續(xù)工作； (5)在任意位置按下急停按鈕，裝置馬上停止所有動作，急停按鈕復(fù)位后必須重新將攝像小車復(fù)位。不合理的設(shè)計(jì)可能會導(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。 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 。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) 小車的動力源， 驅(qū)動小車運(yùn)動； 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。 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。 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。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。 (3) 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、 調(diào)