一種新型LED顯示屏陣列式插件機同步送料機構運動仿真與參數(shù)優(yōu)化

1、一種新型LED顯示屏陣列式插件機同步送料機構運動仿真與參數(shù)優(yōu)化                        論文關鍵詞:同步送料 運動仿真 時序安排論文摘要:采用了UG Motion的輔助運動仿真分析方法,在仿真系統(tǒng)運動過程的基礎上,詳盡分析了該模塊內部的運動約束關系,提出了系統(tǒng)運動優(yōu)化目標,進而求解了系統(tǒng)時序最優(yōu)安排,并根據(jù)求解結果,對驅動凸輪部件進行了

2、動力學相關參數(shù)優(yōu)化,為系統(tǒng)在設定工況下能按較佳的運動和動力特性工作提供了保證。1引言 LED顯示屏陣列式插件機是針對 LED顯示屏生產工藝過程中LED發(fā)光管插件工序開發(fā)的一種新型高速自動插件設備，如圖1所示，采用陣列機械手同步工作方式，單次動作循環(huán)完成整列發(fā)光管的插件工序過程，實現(xiàn)高速、自動插件，以替代目前 LED顯示屏生產中插件工序的大量人工操作，提高生產效率。由于LED顯示屏陣列式插件機采用功能模塊化設計，各模塊之間銜接緊密，模塊內部動作部件較多，動作同步性要求高，同時，為提高工作能力，關鍵部件均處于較高速度運動狀態(tài)，在其設計開發(fā)過程中，各動作部件的動作時序和同步問題、關鍵零部件的運動學和

3、動力學特性成為需要解決的核心問題之一一，特別是送料模塊，動作零部件多，動作順序之間有進步進行優(yōu)化，提高模塊工作效率。 2機構動作過程 LED顯示屏陣列式插件機送料模塊，如圖2所示。其送料動作過程為： (1)發(fā)光管來料同步送入第一分料動柵板后，第一分料動柵板向一側移動，至八槽通料靜柵板通料槽奇數(shù)槽位，槽 口對齊后，發(fā)光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停； (2)發(fā)光管離開第一分料動柵板后，第一分料動柵板退回至原始接料位，第二批管料通過四槽通料靜柵板同步送人后，第一分料動柵板向另一側移動，至八槽通料靜柵板通料槽偶數(shù)槽位，槽口對齊后，發(fā)光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停 止： (3

4、)八槽通料靜柵板中儲存八個發(fā)光管后，第一分料擋板移動，發(fā)光管離開擋板被送入沖裁模板，沖裁模板動作，裁去長余部分管腳； (4)沖裁后的發(fā)光管被推入到極性旋轉組件處，按照檢測的極性正反順序進行旋轉，調整成統(tǒng)一極性排列； (5)完成極性調整后，發(fā)光管被推人第二分料動柵板，其動作順序同第一分料組件，最終完成十六列發(fā)光管排列輸送到位。整個動作過程示意，如圖3所示。3運動仿真分析 按照設計工作能力要求，并為后續(xù)改進中設備工作效率提升預留空間，該送料模塊單次動作周期須36s，由此可推算出送料機構各動作部分動作頻率及時序約束關系： 即第二分料擋板處出料動作頻率為 136Hz以上； 即第一分料擋板處出料動作頻率

5、為 118Hz以上(該處十六列發(fā)光管由第一分料動柵板經過兩次分料動作后儲存完成)； 與之對應，第二分料動柵板和第一分料動柵板都需經過左移分料一回位接料一右移分料一回位接料的循環(huán)動作過程 ，其動作周期滿足：第二分料動柵板左移分料、回位接料 、右移分料動作周期時間；一分料動柵板左移分料、回位接料 、右移分料動作周期時間。該過程各步動作時間周期受驅動凸輪運動特性和驅動電機特I生參數(shù)限制，需根據(jù)仿真分析結果，對凸輪運動曲線進行優(yōu)化，同時應考慮驅動電機轉矩特性，選取滿足條件的驅動電機。 受機構動作頻率限制，極性旋轉和管料縱向移動也需要消耗一定時間，該部分時間安排在上述各動作部分時間周期內，以減小時間消耗

6、，四槽通料靜柵板、八槽通料靜柵板、極性旋轉輸出柵板、十六槽通料靜柵板中發(fā)光管通過時間周期；一分料動柵板和第二分料動柵板左移分料、回位接料、右移分料動作升程、停留、回程時間周期。                             為在各 自動作頻率和運動特性限制范圍內合理安排各動作步序，需要將各機構動作綜合進行運動

7、分析，以尋求合理的時序安排和相應時序安排下各驅動元件的運動學和動力學特性設計，根據(jù)上述各動作時間周期模型，利用設計軟件的運動仿真分析功能輔助求解，以得到合理的時序安排結果。 仿真分析過程中，首先將各動作機構運動形式按相應運動副形式進行設置；然后按照式(1)、(2)、(3)、(4)、進行動作時序關系設置，并按運動先后順序和機構動作互鎖性質對各動作機構動作觸發(fā)關系進行設定；參照驅動電機動力特性參數(shù)預設置驅動力形式，并對不同機構中間間歇時間分別以區(qū)問限定的時間自變量予以代替，設定完成后運行仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)按設定情況進行解算，輸出運動模擬情況和仿真數(shù)據(jù)結果。第一分料動柵板和第二分料動柵板機構動作時序，如

8、圖4所示。4驅動凸輪運動曲線設計 圖4顯示的第一分料動柵板和第二分料動柵板機構動作時序是系統(tǒng)根據(jù)設定機構動作約束關系解算后得到的最佳時序，用于指導動作機構驅動組件的運動設計。設計中，驅動組件為步進電機驅動凸輪實現(xiàn)預期動作，根據(jù)凸輪運動學和動力學特性，不能將二述時序曲線直接轉化成驅動輪的運動曲線，必須以上述時序要求為指導，對輪運動曲線進行優(yōu)化，以獲得較好的系統(tǒng)動力學特性，避免驅動組件工作時產生較大的沖擊和噪聲，提高系統(tǒng)工作壽命。如表 1所示，為優(yōu)化后的常見凸輪運動曲線特性值。按凸輪運動形式分類，本插件機送料機構屬中速輕載形式根據(jù)凸輪運動規(guī)律的選用原則，對中速輕載晴況，應選用A 和 較小的曲線，以

9、保證從動件運轉時的工作精度。 由表數(shù)據(jù)可以看出，修正梯形和通用優(yōu)化 I具有較低的 值，分別為6143和 6947(當 取值不同時略有變化)，而修正梯形曲線的 值和 t 值(分別未 4888和 2671)均較通用優(yōu)化 I(分別為 5528和3417)小，可見修正梯形較適用于該場合應用。修正梯形是由等加速度曲線修正得到，即在等加速度的不連續(xù)處(兩端和中間)加上簡諧曲線作為過度曲線并且仍保持其對稱性 ，即 該曲線保留了等加速度曲線 A 小的優(yōu)點，又克服了其不連續(xù)的缺點，適合中速輕載的場合。插件機的送料驅動凸輪選用該型運動曲線進行設計，以獲得較好的運動和動力學特性，保證從動件的工作精度。根據(jù)以上掙陛，

10、插件機送料機構第一分料動柵板和第二分料動柵板驅動凸輪運動曲線按該曲線進行設計。 根據(jù)仿真結果，取動力學特性良好 。5結論 LED顯示屏陣列式插件機送料模塊動作循環(huán)周期短，運動速度較高，配合零部件數(shù)量多，在對相關運動參數(shù)和約束進行分析的基礎上，采用相關軟件輔助進行運動仿真分析，求解系統(tǒng)時序最優(yōu)安排，得到較合理的時序安排結果，根據(jù)求解結果，對驅動部件進行了動力學相關參數(shù)優(yōu)化，并在此基礎上對驅動凸輪進行了曲線優(yōu)化選取和設計，從仿真反饋和實際系統(tǒng)工作測試情況看設計方案較好的滿足了設計需求。 參考文獻 1關積珍，陸家和2005年我國LED顯示屏產業(yè)發(fā)展綜述J激光與紅外200636(12)：1089109

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