汽车电池托盘检测装置的设计
指导
摘要：针对某型汽车电池托盘表面各孔位置的检测要求，设计了一种汽车电池托盘检测工具，包括机械、硬件和软件三部分。通过SolidWorks建立了汽车电池托盘检测工具的三维数字模型；采用欧姆龙CP1H PLC及扩展芯片、各种传感器、气缸等搭建电路；使用CX-Programmer编写PLC程序，实现对各执行器和PLC的顺序控制
摘要：针对某型汽车电池托盘表面各孔位置的检测要求，设计了一种汽车电池托盘检测工具，包括机械、硬件和软件三部分。通过SolidWorks建立了汽车电池托盘检测工具的三维数字模型；采用欧姆龙CP1H PLC及扩展芯片、各种传感器、气缸等搭建电路；使用CX-Programmer编写PLC程序，实现各执行器的顺序控制和PLC与工控机的串口通讯；使用Visual Basic软件设计电池托盘检测状态的人机交互界面，包括设备运行状态显示、手动点动控制、数据存储与分析等。
关键词：电池托盘检测工具；可编程序控制器；设计; 汽车
0 前言
汽车检具是一种用于测量和控制汽车各零部件尺寸的专用检测设备。对缩短汽车项目周期，提高生产效率和产品质量具有重要意义。本文针对传统汽车检具存在的检测效率低、精度低的问题，设计了一种汽车电池托盘检测工具，可以检测电池托盘上孔的位置，检测方便和可靠。
1 电池托盘检具整体方案设计1.1 检具工作原理
检具主要由检具体、定位机构、夹持机构和量具组成。量具主要有通用量规、检针、各种传感器等。需要检测的元素通常是工件的形状、轮廓、曲面，以及工件表面的孔和法兰的位置。本文设计的检测工具用于检测电池托盘上每个孔的位置。它使用检查探头进行检测。探头直径略小于待测孔。探头的中心和电池托盘上每个孔的中心在同一轴线上。检测时，如果探头能伸入孔内，则说明孔的位置合格，否则为不合格。
1.2 总体规划设计
本文设计的检测工具可以测量电池托盘表面每个孔的位置是否合格。为实现自动化、智能化的要求，检具系统包括机械、电气、软件三部分。机械部分包括输送装置、上下检测板的检测部件、升降装置。这些部件构成了检具的机械本体；电气部分包括PLC、接近开关、电磁阀等，实现检测过程的自动化操作和数据反馈：软件部分主要包括人机界面，可以对采集到的信号进行处理并显示在显示屏上。显示，使检测过程方便可靠。
2 检查装置机械结构设计
图1为汽车电池托盘结构示意图。上表面（正面）为凹面，正反面有数十个直径不等且分布不均的孔洞。考虑到检具对自动化、智能化的要求，电池托盘检具的机械结构应包括输送装置、上下检测板的检测部件、升降装置和夹持装置，等等。
图1 汽车电瓶托盘结构示意图
2.1 输送装置设计
输送装置由无杆气缸、辊道和安装平台组成，如图2所示。首先将待检电池托盘正面朝上放置在安装平台上，然后用两个方向的定位块实现六向。点精确定位，然后由无杆气缸推动平台，平台通过辊道输送到检测位置，开始检测。检测完成后，无杆气缸将平台拉回初始位置。
2.2 上下检测板设计
由于电池托盘的正反面需要检测孔的位置，所以检测板分为上检测板和下检测板，上检测板分为左右两块分别检测电池托盘的左右两侧。孔两部分的位置；下检测板为一块，用于检测电池托盘背面的孔位置。左右上检测板上有接近开关。接近开关旁边开有通孔。金属测杆安装在通孔内，并装有弹簧使其自动回位。下检测板上分布着一个小检测筒，测量杆安装在气缸活塞杆的末端，电磁接近开关安装在气缸的头部和末端。同时，为了防止电池托盘在测试过程中晃动，在下测试板的四个角上安装了四个旋转夹紧油缸，夹住电池托盘的边缘进行固定。上下检测板结构如图43、。
1- 无杆气缸；2-定位块一；1- 左检测板；2-金属测量杆；3-定位块二；4- 安装平台；3-接近开关；4- 上油缸安装槽；5- 支座；6-底板；7-辊道5-右检测板；6导向滑套
图2 输送装置 图3 上检测板
2.3 起重装置设计
图 5 显示了提升装置。当平台由无杆气缸运送到检测位置时，下大气缸先推动底板，安装平台通过下导向滑杆下降到位。此时下检测板上的四个旋转夹紧油缸夹紧并固定电池托盘，然后左右上大油缸通过上推杆推动左右上检测平台沿上导轨缓慢下降滑杆。上检测板下端的金属测量杆测量电池托盘前部的孔。然后，下检测板上的量筒在安装结束时推出金属探针，测量电池托盘背面各孔的位置。测量完成后，依次返回上检测板和安装平台。
1-基地; 2- 旋转夹紧油缸；1-下大缸；2- 上导向滑杆；3-金属测量杆；4- 检测气缸；3- 上推杆；4- 左大缸；5-电磁接近开关5-右大气缸；6-上检测板；7-安装平台；8-下导向滑杆；9底板
图 4 下检测板 图 5 升降装置
3 检查硬件电路设计
要实现检具自动化，PLC设备必不可少。它们广泛应用于工业自动化等领域，可以实现模拟量控制、开关逻辑控制、过程控制和运动控制[1]。以检具主体为基础，选用欧姆龙CP1H PLC，设计接近开关、气缸、传感器的电气控制电路，采用RS-232串行通讯线连接下位机和上位机实现各执行器的顺序控制以及PLC与工控机的串行通讯。
3.1 接近开关的选择
接近开关是一种位置开关，无需与运动部件机械接触即可检测。按工作原理可分为电感式、电容式、光电式、超声波式和电磁感应式五种类型[2]。当物体接近开关的感应面并达到操作距离时，开关导通或断开，进而驱动直流电器或向PLC设备提供控制指令。本文设计的探伤仪在上下两块检测板上每个检测孔的金属探头一侧安装了一个接近开关，用于判断相邻的金属探头是否能伸入孔内。说明孔的位置合格，反之亦然。
3.2 电磁阀的选择
电磁阀是一种电磁控制装置，在工业场合一般用于控制流体介质的方向、流量、速度等参数。电磁阀的种类很多，常见的有止回阀、安全阀、方向控制阀、调速阀等，本文设计的电磁阀采用Airtac 4V110-06，为二位五通换向阀。气压0.15 MPa～0.8 MPa，可使每个气缸进行双向动作。
3.3 各设备PLC选型及电路搭建
本文设计的检具采用欧姆龙CP1H PLC，具体型号为CP1H-X40DR-A。其I/O存储区主要包括CIO区、工作区W、定时器区T、数据存储区D和辅助区A等。
PLC外围元件安装好后，将各个检测元件（接近开关）的信号输出线接到PLC的各个I口，将PLC的O口接到各个驱动负载（气缸）的电磁阀控制端, PLC 选件板插槽 1 连接 RS-232C 选件板，通过 RS-232C 信号线与工控机连接。检测完成后，将各孔位数据送至上位机处理。由于PLC主芯片的I/O数量少于设备总数，需要连接扩展I/O单元。扩展芯片型号为CP1W-40EDR。
4 检具PLC程序设计
图 6 显示了 PLC 程序流程。电池托盘安装到位后，启动PLC。首先，无杆气缸将安装平台移动到终端位置，然后大气缸将平台降低到位，夹紧气缸（4）将夹紧并定位电池托盘，然后大气缸（2A）降低上检测板（2）到检测位置。如果电池托盘正面的孔位置合格，则上检测板的金属探针不会被推出，接近开关输出低电平，即孔位置合格，否则不合格；然后，下检测板上的检测气缸上升，将固定在气缸末端的探头推入孔中。如果孔的位置合格，气缸末端的接近开关输出高电平，即孔位置合格，否则不合格；最后将PLC通过RS-232C串行通讯线连接到各接近开关输入口的状态以16进制数的形式传送给上位机。检测完成，检测油缸收回探针，松开夹紧油缸，上油缸控制上检测板上升，下油缸控制平台上升。升到位后，无杆油缸将平台拉回初始位置。通过RS-232C串行通讯线连接到各接近开关输入口的PLC的状态以16进制数的形式传送给上位机；检测完成，检测油缸收回探针检具设计，松开夹紧油缸，上油缸控制上检测板上升，下油缸控制平台上升。升到位后，无杆油缸将平台拉回初始位置。通过RS-232C串行通讯线连接到各接近开关输入口的PLC的状态以16进制数的形式传送给上位机；检测完成，检测油缸收回探针，松开夹紧油缸，上油缸控制上检测板上升，下油缸控制平台上升。升到位后，无杆油缸将平台拉回初始位置。下缸控制平台上升。升到位后，无杆油缸将平台拉回初始位置。下缸控制平台上升。升到位后，无杆油缸将平台拉回初始位置。
图6 PLC程序流程
5检测工具人机界面设计
根据设计的硬件电路，利用VB软件绘制上位机界面，实现设备运行状态显示、手动点动控制、数据质量保存和分析等功能。VB软件内部集成了各种模块，通过MSComm等控件可以实现接收和发送串行输入输出数据的功能[3]。
5.1 主界面
主界面用于显示当前运行状态和电池托盘各孔位的测量结果，如图7所示。 点击“打开串口”按钮后，软件开始接收从PLC通过RS-232串口连接到上位机。当巡检工具运行到某个步骤时，会在界面左侧的“设备状态”栏中显示相应的图标。突出显示。主界面的中间是测量界面。左图为待测电池托盘正面，右图为待测电池托盘背面。图中每个要测试的孔都有一个圆形标记。测试完成后，不合格的孔位标记将突出显示。单击“保存数据”按钮后检具设计，电池托盘的测试结果将保存到数据库中。
5.2 手动控制界面
图8为手动控制界面。当您点击一个气缸动作按钮时，按钮上方的圆形标记会高亮显示，软件会发送一串数据到下位机进行处理，然后PLC会控制气缸执行相应的动作。
六，结论
经过反复试验论证，该检具系统能够满足既定的检验要求，检验过程高效可靠。与传统检测工具相比，检测系统通过人机交互界面实现实时反馈，对检测过程进行监督和控制，大大提高了检测工具的智能化水平。
图7 主界面
图8 手动控制界面
（文本编辑器）
