基于单片机控制的超声波清洗生产线

第5卷第4期

2006年11月

淮阴师范学院学报(自然科学版) JO URNAL OF HUAIYIN TEACHERS CO LLEGE (NA TUR AL SCIENCE EDITIO N) Vol 5No 4Nov. 2006

基于单片机控制的超声波清洗生产线

郭 琳, 王文红

(沙洲职业工学院机电系, 江苏张家港 215600)

摘 要:介绍了超声波清洗原理及超声波清洗生产线单片机控制系统. 在分析了超声波清洗生产线工作流程的基础上, 给出了单片机控制系统的硬件和软件设计. 在超声波清洗生产线中, 完成精密机械零件从清洗到烘干的全自动过程, 收到了良好的清洗效果, 提高了生产效率.

关键词:单片机; 超声波; 清洗

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1671 6876(2006) 04 0295 05

0 引言

对于精密机械零件、电子器件、光学元件等的生产, 清洗作业属于生产中的关键工艺, 它将直接影响到产品的质量. 如柴油机油泵、油嘴为精密零件, 其上带有深孔、小孔, 工件表面粗糙度达0. 1 m, 而经切削加工后工件上粘附油污及研磨材料, 必须严格清洗后才能进行装配. 由于装配过程配合要求高, 配合间隙小, 因而对工件清洁度要求高, 而采用传统的浸洗刷洗、压力清洗等清洗方法, 效果不好, 且生产效率低. 现改用超声波清洗方法, 并将多个清洗槽组合, 实现多步清洗, 工件经多步超声波清洗后可达到很高的清洁度, 本控制系统可控制工件在多个清洗槽中的传送, 实现自动清洗.

1

超声波清洗原理

超声波是指频率高于20KHz 的声波, 属于机械波, 可在气体、液

体、固体、固熔体等介质中有效传播, 会发生反射、干涉、叠加和共振

现象. 由于超声波波长很短, 频率很高, 其定向性好, 能传递很强的能

量. 图1是超声波清洗的原理图. 工件悬挂在清洗液中, 超声波发生

器所发生的高频振荡信号, 通过换能器转换成高频机械振动(即超声

波振动) , 超声波通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射时, 存在于

液体中的微气泡(称空化核) 在超声波的作用下振动, 当声压或声强达到一定值时, 气泡迅速增长, 然后突然破裂(闭合). 在气泡闭合时产生冲击波, 在气泡周围产生几十MPa 到几百MPa 的压力及局部高温, 这种物理现象称超声空化. 空化所产生的巨大冲击力能剥离工件表面的污垢或使污垢裂缝出现空隙, 以后另一些空化气泡群钻入裂缝作振动, 继续不断冲击, 最终使污垢迅速剥落, 从而达到物体清洁净化的目的. [1]图1 超声波清洗原理图

2 超声波清洗生产线

图2为超声波清洗生产线结构示意图. 工件用篮筐盛放, 可实现多个工件一次清洗. 带吊钩篮筐通过横杆悬挂在双链式清洗传动链上, 清洗传动链由电动机、减速器、链轮、链条传动, 完成工件在各清洗工作槽间的传送. 清洗完的工件自动输送到烘道传动链上, 烘干后自动输出. 整个清洗工艺包括:上料 收稿日期:2006 08 10

作者简介:郭琳, 女, (1970 ) , 江苏张家港人, 讲师, 硕士, 研究方向为自动控制、计算机应用.

296淮阴师范学院学报(自然科学版) 第5卷

[1, 2]

温热浸洗 超声粗洗 温热浸洗 超声精洗 防锈液喷淋清洗 强风吹干 烘道烘干 下料.

图2 超声波清洗生产线结构示意图

温热浸洗槽、超声粗清洗槽中盛有清洗液, 清洗液为循环式, 分别由泵将各自贮液槽中的清洗液经过滤器过滤后由管道送到工作槽中. 为使清洗槽液面上的浮动油脂和污物排除槽外, 清洗槽上部设有溢流槽, 且底部设有排水坡度. 为增加清洗效果, 各工作槽底装有电加热装置, 使清洗液在一定温度下完成清洗, 温度由温度控制器控制并显示, 当温度到达其设定值时, 自动停止加热.

各清洗工艺说明如下:

1) 温热浸洗:工件在50~60 清洗液中浸泡, 完成工件的初洗. 其目的缩短超声波清洗的时间, 提高清洗质量.

2) 超声清洗:清洗槽底部装换能器, 外接超声波发生器, 使清洗液在40~50 下对工件进行超声清洗.

3) 防锈液喷淋清洗:泵将喷淋贮液槽内的防锈液(70~80 ) 抽出, 通过喷嘴喷洗工件. 一是去除工件表面的清洗液, 二是对工件进行防锈处理.

4) 强风吹干:喷淋清洗后的工件表面有大量水珠, 若直接放入烘道烘干, 则时间过长, 同时水珠烘干后在工件表面会留下水印. 因而在吹干槽内, 由风机打风吹干工件表面水分, 再进入烘道烘干.

5) 烘道烘干:烘道内设电加热管, 外敷保温材料, 通过离心风机底部送风, 顶部吸风, 形成热风循环, 使烘道内的温度匀布. 温度30~120 可调(根据工件而定) , 由温度控制器自动控制.

在多步超声波清洗生产线上, 工件的上料、下料为手动操作, 工件在悬挂式传送链上和烘道传动链上按一定的生产节拍在清洗工位间是自动传送, 完成从清洗到烘干的全过程, 是由单片机控制. 而清洗工作槽中清洗液的过滤, 可根据实际使用情况, 定期进行, 因此可不由单片机控制. 在清洗生产线上, 为使工件篮在各清洗槽中准确、可靠定位, 在手工上料室内设置一接近开关, 使其感应到传送链上的横杆后, 自动停止传动. 为方便调整, 系统设置了自动/手动两种工作方式.

3 单片机控制系统设计

3 1 硬件电路设计

超声波清洗生产线单片机控制系统组成框图如图3

所示:

本控制器采用AT89C51单片机作为微处理器, 对超

声波清洗生产线的整个运行过程进行控制, 电路主要由以

下几个部分组成:图3 超声波清洗生产线控制系统组成框图[4]

第4期郭 琳等:基于单片机控制的超声波清洗生产线2973 1 1 复位电路

X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E PROM 三

种功能于一身的可编程电路. 这种组合设计减少了电路对

电路板空间的需求.

X5045中的看门狗对系统提供了保护功能. 当系统发生

故障而超过设置时间时, 电路中的看门狗将通过RESE T 信

号向CPU 作出反应. X5045提供了三个时间值供用户选择使

用. 它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响, 当电源电压降到允许范围以下时, 系统将复位, 直到电源电压返回到稳定值为止. X5045的存储器与CPU 可通过串行通信方式接口, 共有4096个位, 可以按512*8个字节来放置数据. 看门狗X5045与AT89C51单片机接线如图4所示. 3 1 2 输入/输出电路

输入/输出信号及其地址编号见表1

表1 输入、输出信号及其地址编号表输入信号

功能

手动起动按钮

自动起动按钮

清洗传动起停按钮

烘道传动起停按钮

烘道风机起停按钮

喷淋泵起停按钮编号S0S1S2S3S4S5功能吹风机起停按钮超声波起停按钮SET +1-1EN TER 编号S6S7S8S9S10S11功能 清洗传动电动机 烘道传动电动机 烘道风机电动机 喷淋泵电动机 吹风机电动机 超声波起停输出信号地址编号P1 0P1 1P1 2P1 3P1 4P1 5[5]2图4 复位电路原理图

S0~S11为12个按键输入信号(接8255芯片PA0~3, PC0~2, 4! 3=12) , 其中S0~S1为手动/自动工作方式选择按钮、S2~S7为各环节手动调试按钮、S8~S11可由客户根据需要进行时间设置.

P1 0~P1 5为输出驱动接口, P1口信号经过光电隔离及中间继电器、交流接触器放大后驱动各功能电机.

3 1 3 其它电路

此外, 本控制系统还设置了简易的显示电路, 用4位LE D(接8255芯片PA0~7, PB0~3) 显示工步及剩余时间.

接近开关信号接P3 2(I NT0) 口, 通过查询方式检测其状态.

3 2 程序设计

图5为超声波清洗生产线的主程序流程图[3][4]. 自动工作部分是按时间顺序控制的, 时间可根据工件不同进行适当调整. 手动过程测试方法:按键按下, 对应的电机工作; 按键松开, 电机停.

4 结语

相比传统的浸洗刷洗、压力清洗、振动清洗和蒸汽清洗等清洗方法, 超声波清洗显示出巨大的优越性. 其清洗效果好, 清洁度高且全部工件清洁度一致; 清洗速度快(一般一次清洗仅需2~3min) , 提高生产效率; 对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净; 不须人手接触清洗液, 安全可靠, 工人劳动强度大大降低等. 超声波清洗可应用于机械零部件、电子器件、光学元件、玻璃器皿、医疗器械等.

该超声波清洗生产线采用单片机控制, 完成工件从清洗到烘干的全自动过程, 具有结构简单, 性能稳定, 工作可靠, 操作简单, 调整方便, 自动化程度高等特点. 根据工艺需要, 可修改控制参数或更换清洗液, 完成机械零部件(特别是精密零部件) 的清洗, 如轴承零件、油泵、油嘴、液压元件、汽车零部件等. 清洗后零件表面的残留油污量等指标均在国家规定的范围之内.

图5 主程序流程图

参考文献:

[1]

[2]

[3]

[4]

[5] 陈辉, 强颖怀, 葛长路. 超声波空化及其应用[J]. 新技术新工艺, 2005(7) :6365. 韩熙麟, 张岱华. 机械制造清洗技术[M]. 北京:机械工业出版社, 1988. 周航慈. 单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002. 沙占友, 王彦明, 孟志永, 等. 单片机外围电路设计[M]. 北京:电子工业出版社, 2003. 王幸之. 单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2000.

The Ultrasonic cleaning Line Based on AT 89C 51MCU

GUO Lin, WANG Wen Hong

(Engineering Institution of Shazhou, Zhangji agang Ji angsu, 215600, China)

Abstract : This article introduces the principle of the cleaning element with ultrasonic and the MC U controller sys tem of the ultrasonic cleaning line. After showing the working flow of the ultrasonic cleaning line, the hardware and software design of the MC U controller syste m is given. In this kind of product line, the precise engine accessories can be cleaned and dryed automatically, and get a good cleaning effect. So the product efficiency is improved. Key words : MCU; ultrasonic; cleaning

[责任编辑:李晓薇]

(上接第277页)

参考文献:

[1] 王住登, 于延栋. Pseudo norms and i mplication operators on a complete Brou werian lattice [J]. Fuzzy Sets and Systems, 2002,

132:113124.

[2] 王住登, 于延栋. Direct Product Decompositions of Pseudo t norms and Implications [J].中国科学技术大学学报, 2001,

31(6) :657662.

[3] 廖大见. 完备格上的拟t 模与蕴涵算子[J]. 西南师范大学学报, 2003, 28(6) :835840.

[4] Baets B De, Mesir R. Triangular norms on product lattices [J]. Fuzzy Sets and Systems, 1999, 104:6175.

[5] Birkhoff G. Lattice Theory [M]. Rhode Island:Amer Math Soc Coll Publ, 1967.

[6] Wang Z D. On L subsets, TL subalgebras [J]. Fuzzy Sets and Systems, 1994, 65:5969.

Qusi T norms and Implication Operators

Direct Products and Direct Product Decompositions

ZHAI Yu hua, LIAO Da jian

(Departmentof Basic Science Subjects, Donggang College, Huaihai Ins ti tution of Technologies, lianyungang Jiangsu, 222069, China)

Abstract : In this paper, we further study the quasi t norms and implication operators on a complete lattice, dis cuss their direct products and direc t product decompositions, and finally get the sufficient and necessary condition of a qusi t norm (or an implication) is decomposable.

Key words : non classical logic; t nor m; Pseudo t norm; Quasi t norm; I mplication; Direct product; Direc t

product decomposition

[责任编辑:胡 宏]