中心議題：

• 電連接器檢測(cè)機(jī)原理介紹和限制速度的分析
• 改進(jìn)方案的硬件設(shè)計(jì)
• 改進(jìn)方案的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)

電連接器是在電子系統(tǒng)中器件與器件之間進(jìn)行電氣連接和信號(hào)傳遞的主要部件，其質(zhì)量的好壞將直接影響電子系統(tǒng)的正常工作，特別是應(yīng)用在航空系統(tǒng)上的電連接器要求有更高的質(zhì)量保證，為中航集團(tuán)專業(yè)生產(chǎn)電連接器的某公司開發(fā)了一臺(tái)自動(dòng)對(duì)電連接器質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備，以保證電連接器的質(zhì)量，應(yīng)用兩年 多來很好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，但隨著制造業(yè)規(guī)?；到y(tǒng)化的轉(zhuǎn)型，電連接器的需求量大量增加，隨著電連接器產(chǎn)量的增加，要求對(duì)檢測(cè)速率進(jìn)行提高，以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。

1 電連接器檢測(cè)機(jī)原理介紹和限制速度的分析
　　
自動(dòng)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，通過把直徑為600 mm的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)均分為16個(gè)工位，間斷工作。

                                         
其具體工作過程為當(dāng)工件被放到模具中，由伺服帶動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把工件轉(zhuǎn)到攝像系統(tǒng)的下方，停止后由消隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行消隙，然后由攝像系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè) 結(jié)果由攝像系統(tǒng)返回到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)地協(xié)同控制。

因?yàn)殡娺B接器的檢測(cè)主要是檢測(cè)連接器壓板中連接簧片的變形、缺失和鍍銅暗淡等，所以系統(tǒng)中采用的檢測(cè)傳感器為OMRON的F500視 覺傳感器，由照相機(jī)拍照后對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。

由其工作原理可知影響檢測(cè)機(jī)檢測(cè)速率的因素主要有：

(1)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位的時(shí)間?；剞D(zhuǎn)時(shí)間為從一個(gè)工位轉(zhuǎn)動(dòng)到另一個(gè)工位的時(shí)間，這段時(shí)間主要由伺服電機(jī)所用的控制曲線和最高速度決定，但是由 于回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，回轉(zhuǎn)速度越高，停止時(shí)沖擊越大，造成機(jī)器的震動(dòng)也越大。

(2)消隙機(jī)構(gòu)的工作時(shí)間。由于回轉(zhuǎn)盤停止時(shí)的沖擊造成回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中渦輪與蝸桿之間產(chǎn)生了間隙，所以這段時(shí)間主要是消隙機(jī)構(gòu)消除間隙的時(shí)間。

(3)攝像系統(tǒng)處理時(shí)間。主要是攝像系統(tǒng)由拍照到處理出結(jié)果的時(shí)間，這主要由檢測(cè)時(shí)的判斷的模板數(shù)量和檢測(cè)方法決定，所以對(duì)于同一種產(chǎn)品如果采 用相同的檢測(cè)方案，處理時(shí)間是固定的。

(4)檢測(cè)的誤檢率。檢測(cè)誤檢率為在檢測(cè)中把合格產(chǎn)品判斷為不合格產(chǎn)品的概率，對(duì)于電連接器的檢測(cè)公司要求檢測(cè)誤差率要控制在3%以內(nèi)。影響誤 檢率的因素中有攝像系統(tǒng)中檢測(cè)策略的制定、模版制作和檢測(cè)時(shí)機(jī)器震動(dòng)，當(dāng)模版制作完成后，主要的因素就是機(jī)器的震動(dòng)造成的攝像系統(tǒng)誤判。

從以上分析可知，要提高檢測(cè)速率，需要減小回轉(zhuǎn)時(shí)間和消隙時(shí)間，如果只是簡(jiǎn)單地提高轉(zhuǎn)速來減少回轉(zhuǎn)時(shí)間又會(huì)造成檢測(cè)率的加大，所以對(duì)于這樣一個(gè) 互相牽連的系統(tǒng)，在提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)需要一個(gè)好的控制策略，如果可以減小機(jī)器停止時(shí)的沖擊，可以去除消隙機(jī)構(gòu)。

2 改進(jìn)方案的硬件設(shè)計(jì)
　　
根據(jù)以上的分析，對(duì)控制系統(tǒng)在硬件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，把原來的PLC控制的伺 服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改為用單獨(dú)的一塊由高速DSP控 制芯片TMS320F2812構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)來代替。由于TMS320F2812主要是用于電機(jī)控制的控制芯片，所以它有豐富的控制模塊，如EVA和EVB模 塊，這兩個(gè)事件管理模塊帶有正交輸入接 口，所以采用這種芯片可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，保證電路的穩(wěn)定。其硬件電路功能模塊如圖2所示。
 
                                                           
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通過通訊接口伺服控制板與PLC進(jìn)行通訊，協(xié)同實(shí)施控制，伺服控 制電路完成對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，數(shù)字量輸入電路主要接收一些開關(guān)信 號(hào)，如原點(diǎn)搜索信號(hào)和限位開關(guān)信號(hào)，調(diào)試接口電路主要是接按鍵和LCD顯 示，為電路板在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)使用，驅(qū)動(dòng)接口主要是驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和接收伺服電機(jī)碼盤的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
　　
3 改進(jìn)方案的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)
　　
3.1 軟件的主要功能模塊

軟件功能模塊如圖3所示。軟件設(shè)計(jì)中，為了提高控制精度，對(duì)功能模塊進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)用于控制的模塊以中斷的形式運(yùn)行，主要有DA驅(qū)動(dòng)程序和控制 算法程序，對(duì)于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的程序放到主循環(huán)中，進(jìn)行定時(shí)運(yùn)行，這樣可以減少伺服控制周期，提高實(shí)時(shí)性，從而保證控制高精度。
 
                                                               
3.2 控制算法的設(shè)計(jì)

由于回轉(zhuǎn)盤作間歇運(yùn)動(dòng)，并且由于回轉(zhuǎn)盤是采用高精度的數(shù)控加工中心完成的，所以回轉(zhuǎn)盤上16個(gè)工位的模具均分在圓周上，各模具之間有很小的誤 差，所以伺服電機(jī)每工位的旋轉(zhuǎn)碼數(shù)相差只有一個(gè)dti，這使得伺服電機(jī)的控制曲線可以預(yù)先規(guī)劃好，并計(jì)算出各工位相差dti把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于DSP的內(nèi)部FLASH中。

伺服電機(jī)的控制曲線常用的有梯形曲線和多項(xiàng)式的S形曲線，梯形控制曲線在加速度變化處的加加速度為無窮大，所以梯形控制曲線在控制電機(jī)時(shí)，起動(dòng) 和停止會(huì)有很大的沖擊和震動(dòng)。3次多項(xiàng)式S形曲線的加速度是有一定階躍，但其應(yīng)用于電機(jī)的控制時(shí)，已經(jīng)能夠很好的減小沖擊和震動(dòng)。

在本設(shè)計(jì)中，由于回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，并且具有間歇運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，除了設(shè)計(jì)了常用的梯形控制曲線和3次多項(xiàng)式S形曲線外，又設(shè)計(jì)有三角函數(shù)構(gòu)成的S形曲線。

其加加速度設(shè)計(jì)為：
                                              

其圖形如圖4所示。
 
                                            
這樣的加加速度曲線能夠很好地減少啟動(dòng)的沖擊、超調(diào)和振動(dòng)。

所以以此設(shè)計(jì)完整的S曲線的加加速度為：
 
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其圖形如圖5所示。
 
                                     
速度為加速度的積分，即：
 
                                         
由于回轉(zhuǎn)盤上各工位是等分的，所以在設(shè)計(jì)控制算法時(shí)，讓t1-0=t2-t3=t5-t4=t7-t8=k，t2-t1=t6-t5=p，這里 把k和p作為常數(shù)，對(duì)于回轉(zhuǎn)盤加工誤差的補(bǔ)償，可以調(diào)整t=t4-t3;

3.3 控制算法的實(shí)現(xiàn)

TMS320F2812的引導(dǎo)ROM存 儲(chǔ)器中保留48KB供IQMath表使用，其中有1 282個(gè)字的空間存儲(chǔ)的是正弦/余弦表，采用Q浮點(diǎn)格式，能夠快速、高精度地完成三角函數(shù)的計(jì)算，所以用DSP這個(gè)特有的功能編寫三角函數(shù)S曲線，能夠滿 足高精度和高速的的要求。

在CCS工程中應(yīng)該做的有：

在*.c文件中添加

       #include''''''''''''''''''''''''''''''''IQmathLib.h''''''''''''''''''''''''''''''''
#define GLOBAL_Q 10
在庫(kù)文件夾中添加IQmath.lib，并且在配置文件中添加
IQmathTables       : > BOOTROM，     PAGE = 0
IQmath             : > PRAMH0，      PAGE = 0
編寫程序時(shí)，對(duì)sin( )和cos( )函數(shù)應(yīng)調(diào)用_IQsin()和_IQcos()函數(shù)，乘積和除法應(yīng)調(diào)用_IQmpy( )和_IQdiv( )。

4 實(shí)驗(yàn)效果
　　
在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)三種控制曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出的圖表如圖6所示。
 
                                             
從上圖可知當(dāng)采用梯形控制曲線進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)檢測(cè)速率到30 件/min時(shí)，檢測(cè)誤檢率就達(dá)到了3%，而3次多項(xiàng)式S曲線和三角函數(shù)S曲線分別是在36 件/min和42 件/min，所以三角函數(shù)S曲線在檢測(cè)中更能很好地減小沖擊和震動(dòng)，所以采用此種方案，可以提高檢測(cè)速率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。