浙江理工大学本科毕业设计（论文）
此外通过编码器的反馈，电机驱动对检测电机（飞仕宝）的脉冲收取量与具体执行量进行比较调节，构成检测电机的闭环调速系统。
表2-1 CP1H-X40DT_D部分技术标准
类型 脉冲输出端口 电源电压 通用内置输出 扩展系统 最大开关能力 最小开关能力 ON 响应时间 OFF 响应时间 残留电压
标准 4个 DC24V
晶体管（漏型）1输出6点
最大可扩展7个CPM1A系列I/O或扩展单元 DC 4.5～30V 300mA/点 0.9A/公共 3.6A/单元
DC 4.5～30V 1mA 0.1ms 以下 0.1ms 以下
100.00～100.07在0.6V以下；101.00～101.07在1.5V以下
2.2步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机分为永磁式、反应式、混合式，按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好[21]。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略
7
基于PLC控制的扭矩检测系统设计
低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
本次扭矩检测项目，我们对于空转电机1、2选用上述的两相混合式步进电机（汉德保）；检测电机由于精度和稳定性要求更高，则选用飞仕宝步进闭回路伺服电机，其结合了步进电机在低速下输出转矩大和伺服电机精度高的特点。
韩国Fastech（飞仕宝）创新的闭回路步进电机控制系统，利用高分辨率编码器每25微秒一次确认并更新马达位置。使用高性能DSP（Digital Signal Processor）及软件技术，能让驱动的位置更精确，运动顺畅不抖动。对于检测系统的应用是最适合不过的选择[22]。
1.无需调整PID值、整定时间短
2.快速、精准定位，适用于皮带、快速分速盘定位 3.依负载智能型调整电流装置 4.成功应用在晶圆取放之机械手臂
5.实时读取编码器做补偿，快速定位而且不会失步
图2-1 飞仕宝闭环步进伺服系统
8
浙江理工大学本科毕业设计（论文）
2.3扭矩传感器
扭矩传感器，（又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。 扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测[23]。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。
图2-2 Futek反作用力扭矩传感器
本次扭矩检测系统，我们选用美国Futek的反作用力（静态型）扭矩检测产品TFF400（cap:160in_oz）具有外型美观、结构坚固、工艺精湛等特点。
表2-2 Futek反作用力扭矩传感器
类型 量程 额定输出 非线性度 迟滞性 安全过载 工作温度 激励(DC/AC) 有无过载保护
9
标准 1.2 Nm 1.5-2 mV/V ± 0.2 %R.O. ± 0.2 %R.O. 300,150 %R.O. -50~93 ℃ 18 V 有
基于PLC控制的扭矩检测系统设计
第三章 硬件电路设计
3.1扭矩检测工作过程及控制要求
在扭矩检测系统中，首先在PLC上电第一个扫描周期或者按下复位按钮时，PLC执行初始化段指令，使空转1、2工位和检测工位电机寻找原点并回到起始角位置准备开始工作，所有气缸复位到原点位置。
将铰链产品放在治具上并触碰启动传感器1或2后，对应气缸前顶固定住产品，同时空转1或2工位带动铰链开始来回旋转一定角度，增加其铰链产品开合能力。
将经过空转1或2工位旋转开合过的铰链产品置于检测工位，接触启动传感器后，检测工位飞仕宝电机开始带动扭矩传感器来回旋转，并由9524数据采集卡完成扭矩和电机旋转角度同步高精度采集。
通过在工控机上VB编写的用户界面中，可以直观地观察到每个产品的扭矩和角度相关数据，并进行合格评判。在检测工位进行检测时，不能触碰检测工位部件，以免造成不必要的干扰误差。在首轮检测不合格的产品，可以统一放置于一处，进行第二轮空转到检测的过程，依然不合格产品按要求进行另外处理。
10
浙江理工大学本科毕业设计（论文）
扭矩检测系统流程图：
PLC第一个扫描周期 或按下复位按钮时
急停按钮 气缸1.2.3回原点并延时 空转1.2和检测电机回原点 电机顺时针快速回到原点 电机逆时针回退一定角度 电机顺时针慢速回到原点 电机逆时针旋转到起始角 初始化完成分别给出Ready信号 11