哈工大制造系统自动化大作业-零件检测

设计说明书

一、设计任务

1、零件结构图

图1.零件结构图

2、设计要求

（1）孔是否已加工？

（2）面A和B是否已加工？

（3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？

（4）凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？

（5）零件质量20±0.01kg是否满足要求？

（6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？

（7）如果不合格将其剔除到次品箱；

（8）对合格产品和不合格产品进行计数。

3、工作量

（1）设计一套检测装置，能完成所有检测内容；

（2）说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何实现；

（3）自动检测流程图一份。

4、设计内容及说明

要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。

二、设计方案

根据设计要求，该自动检测生产线应具备形状识别（检测圆孔和平面是否加工）、孔径检测、凸台外径检测、质量检测、标识检测等功能，故初步设计该生产线应具有5道检测工序。在每个检测工位上都对应有一个废品下料工位，将不合格品剔除到废品传送带上，同时最后还要对合格产品和不合格产品进行计数，故初步预计该生产线共有12个工位（5道检测工位、5道废品下料工位和2道计数工位）。所有这些工位均匀分布于检测线上(以便准确定位)。整个检测线应用机电一体化技术，综合控制各道工序的检测工作，包括零件的搬移、检测设备的动作、数据连接、检测结果处理、不合格工件的下料处理等。检测生产线线基本结构如图2所示：

图2.零件质量检测系统基本结构图

1、判断孔和平面A、B是否加工的方案

由于设计要求中只要求检测孔和平面是否被加工，而无需检测它们的大小和精度，因而可采用价格相对低廉的光电传感器进行检测，其检测方法如图3所示。

图3.光电开关检测原理图4.面A、B未加工时零件的形状

(a)检测光电传感器检测孔是否加工 (b)检测光电传感器检测平面A 、B 是否加工

图5.检测光电传感器检测孔和平面是否加工原理图

具体的检测原理图如图5.所示。在图5(a)中，当光电传感器发出的光通过孔时，孔下方的信号接收装置就能够接受到光信号，进而转换为电信号，从而判断是否孔是否已加工。在图5(b)中，若工件面A 或面B 未加工(即零件下部为圆盘形状，如图4.所示)，则光电传感器发出的光信号无法被工件下方的传感器接收到，从而判断工件面A 或面B 未加工，若工件的表面A 及面B 都已加工，则工件A 、B 两侧下方的传感器都能够接收到光信号，从而转换为电信号，进而判断面A 、B 都已加工。

因此，在检测工位1上按一定的位置要求放置3个光电传感器，就可以检测孔和平面A 、B 是否已加工。

2、孔径精度的检测方案

图6.三点式平均直径测定原理

孔径精度的测量原理如图6所示，采用三点式平均直径测定原理进行测量。具体的测量方法如下所述：设计一个类似于塞规的测定杆，在测定杆的圆周上沿半径方向放置三个电感式位移传感器，通过测定孔内径上的三个被测点W 1、W 2、W 3测出平均圆直径。在测定杆处相隔、Ф角装上三个电感式位移传感器，用该检测器可测出间隙量y 1、y 2、y 3。已知测定杆的半径r ，则可求出：

11Y r y =+

22Y r y =+

33Y r y =+

根据三点式平均直径测定原理，平均直径D 0可由下式求出。 12302()1Y aY bY D a b

++=++ 式中a 、b 为常数，由传感器角度、Ф决定，该测定缸最佳配置角度为=Ф=125°，取a=b=0.8717。

该测量方式测量精度比较高，同时可消除室温变化引起的误差，其精度可达到±2um ，而内孔的公差要求为±10um ，故该测量装置可以满足检测要求。

3、凸台外径精度的检测方案

凸台外径精度可以用CCD 传感器来检测，其检测原理如图7.所示。CCD ，即电荷耦合器件，是一种特殊的半导体器件和新型的固体成像器件，由一系列排列紧密的MOS 电容器组成，其突出特点是以电荷作为信号。CCD 芯片上有许多光敏单元，它们可以将不同的光信号转换成电荷输出，从而形成对应原始光图像的电荷图像。当被测工件放置在线阵CCD 前端时，光学系统会把被测工件成像在CCD 的光敏面上。在CCD 驱动信号的作用下，被测工件与背景在光强分布上的变化被反映在CCD 输出的视频信号中。利用线阵CCD 测量工件直径的原理框图如图8所示，测量装置简图如图9.所示。

图D 成像过程

图D 测量直径原理框图

图9.用CCD测量零件直径装置简图

在视频信号中，每一个离散电压信号的大小均对应该光敏元接收到的光强，被测工件的影像大小反映在CCD输出信号中电压的高低上，即在CCD中间被工件遮挡部分对应的光敏元输出电压为低，两侧未被遮挡的光敏元输出电压为高。CCD输出的电压信号经过差动放大和滤波处理二值化后，可提取出表示影像d'大小的脉冲信号。该脉冲信号送入单片机，测出脉冲宽度，即可求得被测尺寸的大小，从而判断是否满足精度要求。由于CCD传感器能够达到比较高的测量精度，故该测量装置能够实现检测要求。

4、零件质量的检测

零件的质量可以直接采用称重传感器进行检测。称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广，此处即采用电阻应变片式称重传感器，其测量原理如图10.所示。

图10.电阻应变片式称重传感器测量原理图

将工件置于测量台上，在重力的作用下，电阻应变片发生应变，电阻发生变化。通过测量点电桥，可将力信号转换为电信号，受到不同压力或拉力时产生的电信号也随之变化，而且力与电信号的关系一般为线性关系。由于称重传感器一般的输出范围为0～20 mV，对于A/D转换或单片机的工作参数来说，不能使

A/D转换和单片机正常工作，所以需要对输出的信号进行放大。由于传感器输出的为模拟信号，所以需要对其进行A/D转换为数字信号，以便单片机接收。单片机根据称重传感器输出的电信号和速度传感器输出的速度信号计算出物体的重量。