汽車線束波紋管切割機(jī)的設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用

閆占輝，劉旦

（長春工程學(xué)院工程訓(xùn)練中心，吉林 長春 130012）

前言

波紋管是一種外觀具有規(guī)則波紋，廣泛應(yīng)用在汽車、電子、機(jī)械和其他領(lǐng)域的一種通用線束護(hù)套產(chǎn)品。在加工波紋管過程中，一般要求切成規(guī)定的長度和切在波峰處，目的是防止波紋管兩端太鋒利劃傷或損壞內(nèi)部的電纜。

目前，波紋管切削裝置主要采用半自動(dòng)加工方法，即采用與之匹配的模具將波紋管手工定位在初始位置，然后人工調(diào)整切斷。這種方法效率低，存在一定的安全隱患。另一種方法是全自動(dòng)定位波紋管，它采用光電傳感器或接觸傳感器定位波紋管的波峰或波谷，當(dāng)傳感器檢測(cè)到波峰或波谷，停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳遞到波紋管傳輸機(jī)構(gòu)。波紋管停止運(yùn)動(dòng)并切斷波紋管，這種裝置的傳感器檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)誤差將影響切削精度，目前國內(nèi)還沒有成熟的產(chǎn)品。

1 改進(jìn)的卡爾曼定位算法

卡爾曼定位的實(shí)質(zhì)是由量測(cè)值重構(gòu)系統(tǒng)的狀態(tài)向量。它以“預(yù)測(cè)—實(shí)測(cè)—修正”的順序遞推，根據(jù)系統(tǒng)的測(cè)量值來消除隨機(jī)干擾，再現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)。卡爾曼定位的主要過程分為兩大部分，一個(gè)是系統(tǒng)預(yù)測(cè)，一個(gè)是狀態(tài)觀測(cè)。

系統(tǒng)狀態(tài)方程和觀測(cè)方程分別為：

其中：xk是系統(tǒng)在k時(shí)刻狀態(tài)矩陣；Ak是離散時(shí)間穩(wěn)定的n×n維矩陣；Bk是系統(tǒng)參數(shù)，為矩陣；Zk是k時(shí)刻的測(cè)量值；Hk是測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)，為矩陣。其中Ak（具有非退化性）和Hk可測(cè)量。Wk和Vk分別表示過程和測(cè)量的高斯白噪聲，其均值為零，并且相互獨(dú)立，滿足：E[Wk, WkT]=Q, E[Vk, VkT]=R（Q≥0，R＞0）。

卡爾曼定位的2個(gè)階段：預(yù)測(cè)階段和更新階段。

預(yù)測(cè)階段：

更新階段：

其中，Rk+1代表k+1時(shí)刻預(yù)測(cè)估計(jì)；Bk+1代表預(yù)測(cè)矩陣；Qk+1/k代表k時(shí)刻對(duì)k+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差估計(jì)方差矩陣；Kk+1表示增益矩陣。

2 汽車線束波紋管自動(dòng)切割機(jī)的開發(fā)

2.1 技術(shù)指標(biāo)

被切割波紋管的直徑是Φ7-Φ32mm，切削位置位于波紋管的波峰，傳送最大速度是50 m/min，無級(jí)調(diào)速，所加工材料為 PA (尼龍 6)、PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)，每分鐘生產(chǎn) 50-60根，廢品率≤1%，長度最大切割誤差小于5 mm，自動(dòng)切割。

2.2 汽車線束波紋管機(jī)械結(jié)構(gòu)

汽車線束波紋管機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，它包括本體1，進(jìn)給裝置2、橫向調(diào)整裝置3、進(jìn)料機(jī)構(gòu)4、輸送帶調(diào)整臂5、波紋管通道6、縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7。

圖1 汽車線束波紋管機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝配圖

波紋管切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸測(cè)圖如圖2所示，它包括步進(jìn)電機(jī)41、電機(jī)座42、支架43、同步帶44、同步皮帶輪45和46、齒輪47、軸48。

圖2 波紋管切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸測(cè)圖

圖3是波紋管刀具定位機(jī)構(gòu)軸測(cè)圖，它包括切削裝置21的氣缸2101、本體2102、氣缸連接件2103和2108，氣缸2201位于定位裝置22上，定位裝置22包括氣缸2201、氣缸連接件2203、氣缸活塞桿固定孔2204。

圖3 是波紋管刀具定位機(jī)構(gòu)軸測(cè)圖

2.3 波紋管定位控制

圖4 掃描圖像處理

圖5 波紋管切割機(jī)控制流程

波紋管的準(zhǔn)確定位，包括波紋管切割前的準(zhǔn)確定位機(jī)構(gòu)、準(zhǔn)確的定位檢測(cè)原理、檢測(cè)方法。在本文中，紅外掃描圖像自動(dòng)分割和對(duì)象識(shí)別相結(jié)合提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的特征區(qū)域，測(cè)試后跟蹤算法，結(jié)合改進(jìn)的卡爾曼跟蹤算法和開發(fā)程序，目的在于消除夾雜信息，解決單幀或多幀檢測(cè)的可靠性和均勻運(yùn)動(dòng)軌跡提取。掃描圖像預(yù)處理如圖4所示，波紋管切割機(jī)控制流程如圖5所示。

3 結(jié)論

本文研制了一種波紋管切割機(jī)，它具有自動(dòng)上料、自動(dòng)切割、快速無損夾管壁、自動(dòng)檢測(cè)、精確定位等功能，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括波紋管送料機(jī)構(gòu)、波紋管切斷、波紋管波定位裝置。電控部分的作用是協(xié)調(diào)塑料波紋管切割機(jī)完成全自動(dòng)、穩(wěn)定、高效的波紋管切割。