解決實(shí)心輪胎自動(dòng)成型機(jī)組成型小車定位不準(zhǔn)問(wèn)題

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(貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008 )

1 問(wèn)題分析

某公司目前配有一套8-16寸的實(shí)心輪胎自動(dòng)成型機(jī)組，采用冷喂料擠出機(jī)供膠，三輥壓延機(jī)出片，移動(dòng)成型小車進(jìn)行實(shí)心輪胎胎胚纏貼成型。移動(dòng)成型小車部分主要由小車軌道、小車底板、接近開(kāi)關(guān)、小車走輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成型機(jī)頭及控制箱、卸胎機(jī)構(gòu)(圖中未畫出)等組成(圖1)。

圖1 成型小車組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 成型胎胚膠片錯(cuò)位圖 (圖中圈內(nèi)h尺寸即為錯(cuò)位距離)

每個(gè)機(jī)頭要在兩個(gè)不同的纏貼工位上(圖中未畫出)纏貼兩種不同的膠料。一個(gè)循環(huán)需要三個(gè)機(jī)頭均完成胎心膠、胎面膠的纏貼工作，成型小車每個(gè)循環(huán)需在四個(gè)定位點(diǎn)上定位并進(jìn)行胎胚纏貼。成型小車每完成一個(gè)工段，自動(dòng)換位，靠安裝在軌道上的旋轉(zhuǎn)編碼器和安裝在成型機(jī)頭上的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)移動(dòng)距離并進(jìn)行位置判斷，根據(jù)移動(dòng)距離和位置判斷結(jié)果進(jìn)行定位。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，頻繁出現(xiàn)成型小車欠位(未走到標(biāo)準(zhǔn)位，差距在5 mm以上)停車或超位(走超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)位，差距在5 mm以上)停車的問(wèn)題，最終停車位偏離標(biāo)準(zhǔn)纏貼位，導(dǎo)致成型胎胚不同膠層之間嚴(yán)重錯(cuò)位，產(chǎn)生不合格品，造成損失，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率。以下是現(xiàn)場(chǎng)纏貼的不合格胎胚(圖2)，系成型小車定位不準(zhǔn)導(dǎo)致。

以下是旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表(檢測(cè)時(shí)點(diǎn)為成型小車正確定位后靜態(tài)檢測(cè))(表1)。

表1 D4024成型小車位置值跟蹤表

注1：D4024為旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)數(shù)據(jù)在PLC中的存儲(chǔ)地址。

注2：表中位置值×1.6即為成型小車的實(shí)際位置檢測(cè)值(mm)。

實(shí)踐表明，重現(xiàn)性是成型小車定位最重要的指標(biāo)。從上表中可以看出，其重現(xiàn)性很差，用編碼器檢測(cè)的位置值作為定位信號(hào)顯然不理想。為了提高檢測(cè)精度，提高重現(xiàn)性，我們嘗試把編碼器安裝在成型小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)減速機(jī)輸出軸上，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果重現(xiàn)性更差，未達(dá)到目的，只得進(jìn)行提高定位精度的改造。

分析成型小車定位不準(zhǔn)的原因主要是：①編碼器滾輪靠摩擦力帶動(dòng)在軌道上跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，由于小車本身的慣性，啟動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生打滑，造成編碼器檢測(cè)數(shù)據(jù)失真，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。②由于小車運(yùn)行過(guò)程中及靜態(tài)成型時(shí)震動(dòng)較大，造成小車移動(dòng)，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。③軌道本身平行度不夠，成型小車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不確定性滑動(dòng)，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。④編碼器通訊電纜過(guò)長(zhǎng)，且與動(dòng)力線路混排，干擾較大，造成編碼器檢測(cè)數(shù)據(jù)失真，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。

2 改造方案的選擇與確定

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，可供選擇的方案有：①采用直線導(dǎo)軌代替鐵軌，采用伺服電機(jī)作為走步電機(jī)。該方案從技術(shù)角度看是可行的。但需要拆掉原有導(dǎo)軌，重新鋪設(shè)直線導(dǎo)軌。這就要求把整個(gè)機(jī)構(gòu)拆除，待軌道改造安裝完成后重新安裝。同時(shí)，原有的走步電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等均得不到利用?？梢?jiàn)該方案需要的周期長(zhǎng)，工作量大，成本高，未采用；②采用定位地錨進(jìn)行強(qiáng)制定位。該方案成本低，見(jiàn)效快，但無(wú)法解決“編碼器檢測(cè)數(shù)據(jù)失真，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)”的相關(guān)問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善方案。③采用激光測(cè)距儀替換旋轉(zhuǎn)編碼器，優(yōu)化②方案。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終采用方案③。

3 改造方案設(shè)計(jì)

改造方案如圖3所示。主要改造內(nèi)容為：①增加了一套激光測(cè)距裝置；②增加了一套地錨定位裝置。③對(duì)控制程序進(jìn)行修改。該方案的好處是：①測(cè)量小車位置的激光測(cè)距儀直接固定安裝在房柱上，可靠地減小成型小車在運(yùn)行過(guò)程中震動(dòng)、打滑對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。②激光測(cè)距儀測(cè)量精度高，分辨率達(dá)到1 mm；重復(fù)精度≤2 mm。③采用地錨裝置后，能可靠控制纏貼過(guò)程中的震動(dòng)等問(wèn)題對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，提高合格率和生產(chǎn)效率。

圖2 成型小車改造方案示意圖

4 主要改造內(nèi)容

1)激光測(cè)距儀的選型與安裝。通過(guò)比較，我們選用宜科(天津)電子有限公司生產(chǎn)的OSM72-KL20V2BLIU6Q12.8/485型激光測(cè)距儀。該測(cè)距儀的技術(shù)參數(shù)如表2。

表2

測(cè)量距離/m0．2-20光源紅色激光產(chǎn)品特點(diǎn)重復(fù)精度/mm≤2輸出2?Push-Pull模擬量mA/V測(cè)量時(shí)間/ms15-30供電電壓24VDC±20%防護(hù)等級(jí)IP67絕對(duì)測(cè)量精度7mmLED顯示屏+LED指示燈；示教按鍵設(shè)置；模擬量、開(kāi)關(guān)量雙輸出、RS485；抗環(huán)境極限光干擾能力極強(qiáng)；金屬外殼；緊湊尺寸重復(fù)精度<1．5mm/慢速-45ms1．5mm/中速-30ms<2mm/快速-15ms

參數(shù)設(shè)置：將測(cè)量范圍設(shè)為200～2 000 mm；輸出設(shè)為電流輸出4～20 mA。

2)選用三菱AJ65SBT-64AD模擬數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊。用來(lái)把激光測(cè)距儀的模擬信號(hào)(電壓和電流輸入)轉(zhuǎn)換成16位編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)字值。該模塊具有以下特點(diǎn)：a)高精度。該模塊以±0.4%的精度(相對(duì)于工作環(huán)境溫度0至55℃時(shí)數(shù)字輸出值的最大值)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，或以±0.2%的精度(相對(duì)于工作環(huán)境溫度25±5℃時(shí)數(shù)字輸出值的最大值)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；b)每個(gè)通道都可選擇輸入范圍。每個(gè)通道都可以選擇模擬輸入范圍來(lái)更改I/O的轉(zhuǎn)換特性；c)1/±4000的高分辨率。通過(guò)更改輸入范圍，可以選擇并設(shè)置分辨率數(shù)字值為1/4000或1/±4000(當(dāng)選擇-10V至+10V范圍或用戶范圍設(shè)置1時(shí))來(lái)提高分辨率數(shù)字值。d)采樣處理或移動(dòng)平均處理的指定。作為轉(zhuǎn)換方法，可以指定每個(gè)通道的采樣處理或移動(dòng)平均處理。e)比常規(guī) A/D 轉(zhuǎn)換器模塊還小。該模塊與常規(guī)CC-LinkA/D轉(zhuǎn)換器模塊AJ65BT-64A/D相比，安裝面積小了60%，體積小了38%。f)最多可連接42個(gè)模塊?？梢园炎疃?2個(gè)AJ65SBT-64AD模塊連接到一個(gè)主站上。

該模塊通過(guò)系統(tǒng)的CC-Link接入PLC控制系統(tǒng)(主模塊為QJ61BT11N通信模塊)，站號(hào)順序排列為47號(hào)，使用第1通道(CH1)，其遠(yuǎn)程設(shè)備站遠(yuǎn)程輸入RX、遠(yuǎn)程輸出RY、遠(yuǎn)程寄存器的全局標(biāo)簽設(shè)置如表3。

表3

序號(hào)類標(biāo)簽名數(shù)據(jù)類型軟元件地址注 釋1VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿request＿flagBitX6D8%IX1752RX(n+1)82VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿completion＿flagBitX6D9%IX1753RX(n+1)93VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿completionBitY6D8%QX1752RY(n+1)84VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿initial＿setting＿flagBitY6D9%QX1753RY(n+1)95VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿conversion＿enableWord[Signed]D1184%MW0．1184RWwm6VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿input＿rangeWord[Signed]D1185%MW0．1185RWwm+17VAR＿GLOBALBF＿64AD1＿average＿processingWord[Signed]D1186%MW0．1186RWwm+28VAR＿GLOBAL激光測(cè)距Word[Signed]D1684%MW0．1684激光測(cè)距實(shí)際值RWr0

以下是激光測(cè)距儀在四個(gè)定位點(diǎn)上檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表(檢測(cè)時(shí)點(diǎn)為成型小車正確定位后靜態(tài)檢測(cè))。

表4 D1868成型小車位置值跟蹤表

注1：D1868為激光測(cè)距儀檢測(cè)數(shù)據(jù)在PLC中的存儲(chǔ)地址。

注2：表中位置值×2.448即為成型小車的實(shí)際位置檢測(cè)值(mm)。

從表4中可以看出，其在各定位點(diǎn)上的重現(xiàn)性很好，用激光測(cè)距儀檢測(cè)的位置值完全可以作為成型小車的定位信號(hào)。

3)地錨裝置的設(shè)計(jì)制造與安裝激光測(cè)距儀的安裝保證了成型小車的位置測(cè)量精度，重現(xiàn)性已能滿足位置判斷要求。但是，成型過(guò)程中的纏貼振動(dòng)、成型小車在軌道的無(wú)規(guī)律滑動(dòng)還沒(méi)有得到解決，這也是導(dǎo)致成型偏歪的一個(gè)重要原因，需要設(shè)計(jì)、安裝地錨裝置來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。圖3是定位地錨裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理圖。四個(gè)定位銷孔(圖中只畫出一個(gè))用鋼板加工，固定分裝在四個(gè)定位點(diǎn)上，與小車軌道焊接相連。定位銷釘安裝在定位氣缸活塞桿上，定位時(shí)伸入定位銷孔中，小車移動(dòng)時(shí)縮回；定位氣缸通過(guò)支架安裝在成型小車底板上，和成型小車同步移動(dòng)。定位銷的伸縮由PLC控制。

圖3 定位地錨裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

5 改造后效果

經(jīng)過(guò)改造，成型小車定位不準(zhǔn)問(wèn)題得到很好解決，自動(dòng)化程度得到提高，故障率大幅度降低，效率得到較大提升，成型胎胚質(zhì)量得到較大提升。下圖是改造完成后生產(chǎn)的胎胚(圖4)，膠層間已沒(méi)有錯(cuò)位，問(wèn)題圓滿解決，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，質(zhì)量、效率均大幅度上升。

圖4 改造完成后成型的胎胚

6 結(jié)語(yǔ)

本次問(wèn)題解決利用比較先進(jìn)的光電測(cè)距技術(shù)、CC-Link網(wǎng)絡(luò)組態(tài)通訊技術(shù)、PLC程序邏輯控制技術(shù)，成功解決了實(shí)心輪胎自動(dòng)成型機(jī)組成型小車定位不準(zhǔn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅度提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] AJ65SBT-64AD用戶手冊(cè).三菱電機(jī)株式會(huì)社，2001

[2] QnA編程參考手冊(cè).三菱電機(jī)株式會(huì)社，2001

[3] 三菱電機(jī)株式會(huì)社.Q系列CC-Link網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用戶參考手冊(cè).2001

[4] 宜科(天津)電子有限公司.激光測(cè)距儀OSM72使用說(shuō)明書

[5] 楊德麟，等.紅外測(cè)距儀原理與檢測(cè)[M].中國(guó)測(cè)繪出版社，1995