打标机的自动化改进方案

概述

我公司采用二维打标机对本公司生产的变速器总成进行打号,以便于对变速器进行追溯和管理。

针对初装打标机的安装与调试期间遇到的机械、电气、数据通讯方面的一些问题进行了以下几个方面的分析:

1.机械方面

故障现象: 打标机的原点位置漂移,导致字符的打印位置偏离了预定的打印位置

从打标机的工作原理分析如下:

开机后自检,打印头回到坐标原点等待命令。待扫描仪扫描到标识码信息后,计算机进行数据处理转换,根据计算机发出的脉冲信号来控制步进电机的移动位置(此打标机采用步进电机控制)确定打印头的坐标位置,到达指定位置后,传感器发出打印指令,打印针开始动作进行打号。

如果步进电机被某一个物体卡住,或者摩擦力大于步进电机的转动力矩,则步进电机会失步,打印头不能达到指定位置进行打印,这就是字符漂移的主要原因。

通过实际测量我们得出结论:打印针的高度与变速器总成的一个凹槽高度刚好一致,且与发出打印指令的预定位置也刚好一致。于是打印针行进中会进入凹槽并被卡在凹槽内,从而造成步进电机失步。相解决此问题必须抬高打印头的高度。由于机械本体已经固定,我们决定采用改变机械原点的办法。所谓的机械原点就是每次起始打印时的参照点。

解决方案 :在打印头的固定支座上安装加长的铁片来提前感应原点传感器。通俗的说就是利用原点处的传感器来有效的抬高了打印针的Y轴高度,达到避开变速器总成凹槽位置的目的。

打标机结构示意图

机械方面的问题解决好之后,随之而来的是电器方面与数据通讯方面的问题。实际工作中打标机处于自动状态,无需专人操作,因此数据的采集与处理。

2.电气方面:

传感器简介:实现机械自动化和生产过程自动化必不可少的核心部件,已经被广泛应用于机械、纺织、轻工、航空工业起到限位、定位检测的作用,对提高自动控制系统的先进性和可靠性,发挥巨大作用。

传感器接线示意图

步进电机简介

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在正常情况下,电机的转速、起始的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,并且步进电机还有周期性的误差不积累的优点。使的不仅电机在速度、位置控制领域的应用越来越广泛。

步进电机原理图

步进电机绕组的通电变化规律为:

A AB B BA A

步进电机接线原理示意图

Vcc: 直流电源

Gnd: 接地

CP: 发出脉冲信号；每发一个脉冲信号,步进电机旋转一个步矩角,脉冲频率决定着步进电机的转速。

A+ A- : 接A相步进电机的绕组

B+ B- : 接B相步进电机的绕组

Xcon: 接X平面的限位开关；防止超出工作范围之外,对设备器保护作用

Ycon: 接X平面的限位开关；防止超出工作范围之外,对设备器保护作用

步进电机与伺服控制器可直接相连接进行控制

3.数据通讯方面解决措施:

串口程序数据传输的调试

串行口是计算机的常用接口,它具有连接线少,通讯简单等优点,因此得到了广泛的推广与应用。其中常用的是RS-232接口,他是由美国电子工业协会及计算机终端生产厂家等联合定制的用于串行通讯的标准。

我们首先在另一台计算机上进行串口程序的调试。

我们找来一台手持扫描仪进行串口通讯测试,查看扫描仪所采集到的数据是否被完整的发送到计算机中,以检查数据通讯线路是否畅通。串口扫描仪需要提供5V电压,接线中需要对串口的各个针脚功能非常清楚。

9针串口针脚功能如上

我们在第9脚、第5脚加上+5V电压,把左侧端口1接在扫描仪端口上,右侧端口2接到计算机中的COM1口即可。

刚接通电源的瞬间扫描仪会发出“滴”一声,表示硬件已经通电。然后我们进行串口参数的设置:我们选择COM1端口、波特率选择9600、奇偶校验NONE、数据位8位、停止位1位,设置好参数后按下扫描按钮进行扫描,则串口程序屏幕接受区显示了刚才扫描到的数据,说明数据通道畅通。

4打标过程

工作中当工件到达预定位置时,被打号机右侧的红外线传感器检测到,紧接着自动扫描仪开始采集位于工件顶部的标识码信息,并传输到计算机中。后者发出指令位于打标机底部的气缸充气动作,推动打印机构前行在气缸动作的这段时间内计算机负责对采集到的数据进行处理转换,最终数据被传输到伺服驱动系统中,然后伺服系统驱动步进电机沿X轴、Y轴在工件打号区域内进行打号。这时会在计算机屏幕出现“打印请案ENTER 取消请案ESC”的命令(在打标机的伺服驱动器上也有一个按钮,能够实现上述功能的操作)计算机则根据用户的不同选择进行打标或者不打标。

为了实现打标机的自动化我们在导轨的预定位置上安装了打印开关传感器。当打印机构在气缸的推动下到达预定位置后,打印开关发出信号控制继电器。

继电器简介

继电器是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一。

传感器与继电器的接线示意图

通过继电器触头(继电器常开触头并联在打印按钮上)的接触实现打标与否。至此,打标机的打号自动化改造完成,改进方案达到预期效果。

概述

我公司采用二维打标机对本公司生产的变速器总成进行打号,以便于对变速器进行追溯和管理。

针对初装打标机的安装与调试期间遇到的机械、电气、数据通讯方面的一些问题进行了以下几个方面的分析:

1.机械方面

故障现象: 打标机的原点位置漂移,导致字符的打印位置偏离了预定的打印位置

从打标机的工作原理分析如下:

开机后自检,打印头回到坐标原点等待命令。待扫描仪扫描到标识码信息后,计算机进行数据处理转换,根据计算机发出的脉冲信号来控制步进电机的移动位置(此打标机采用步进电机控制)确定打印头的坐标位置,到达指定位置后,传感器发出打印指令,打印针开始动作进行打号。

如果步进电机被某一个物体卡住,或者摩擦力大于步进电机的转动力矩,则步进电机会失步,打印头不能达到指定位置进行打印,这就是字符漂移的主要原因。

通过实际测量我们得出结论:打印针的高度与变速器总成的一个凹槽高度刚好一致,且与发出打印指令的预定位置也刚好一致。于是打印针行进中会进入凹槽并被卡在凹槽内,从而造成步进电机失步。相解决此问题必须抬高打印头的高度。由于机械本体已经固定,我们决定采用改变机械原点的办法。所谓的机械原点就是每次起始打印时的参照点。

解决方案 :在打印头的固定支座上安装加长的铁片来提前感应原点传感器。通俗的说就是利用原点处的传感器来有效的抬高了打印针的Y轴高度,达到避开变速器总成凹槽位置的目的。

打标机结构示意图

机械方面的问题解决好之后,随之而来的是电器方面与数据通讯方面的问题。实际工作中打标机处于自动状态,无需专人操作,因此数据的采集与处理。

2.电气方面:

传感器简介:实现机械自动化和生产过程自动化必不可少的核心部件,已经被广泛应用于机械、纺织、轻工、航空工业起到限位、定位检测的作用,对提高自动控制系统的先进性和可靠性,发挥巨大作用。

传感器接线示意图

步进电机简介

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在正常情况下,电机的转速、起始的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,并且步进电机还有周期性的误差不积累的优点。使的不仅电机在速度、位置控制领域的应用越来越广泛。

步进电机原理图

步进电机绕组的通电变化规律为:

A AB B BA A

步进电机接线原理示意图

Vcc: 直流电源

Gnd: 接地

CP: 发出脉冲信号；每发一个脉冲信号,步进电机旋转一个步矩角,脉冲频率决定着步进电机的转速。

A+ A- : 接A相步进电机的绕组

B+ B- : 接B相步进电机的绕组

Xcon: 接X平面的限位开关；防止超出工作范围之外,对设备器保护作用

Ycon: 接X平面的限位开关；防止超出工作范围之外,对设备器保护作用

步进电机与伺服控制器可直接相连接进行控制