汽车线束波纹管切割机的设计原理及其应用

闫占辉，刘旦

（长春工程学院工程训练中心，吉林 长春 130012）

前言

波纹管是一种外观具有规则波纹，广泛应用在汽车、电子、机械和其他领域的一种通用线束护套产品。在加工波纹管过程中，一般要求切成规定的长度和切在波峰处，目的是防止波纹管两端太锋利划伤或损坏内部的电缆。

目前，波纹管切削装置主要采用半自动加工方法，即采用与之匹配的模具将波纹管手工定位在初始位置，然后人工调整切断。这种方法效率低，存在一定的安全隐患。另一种方法是全自动定位波纹管，它采用光电传感器或接触传感器定位波纹管的波峰或波谷，当传感器检测到波峰或波谷，停止运动信号传递到波纹管传输机构。波纹管停止运动并切断波纹管，这种装置的传感器检测灵敏度和检测误差将影响切削精度，目前国内还没有成熟的产品。

1 改进的卡尔曼定位算法

卡尔曼定位的实质是由量测值重构系统的状态向量。它以“预测—实测—修正”的顺序递推，根据系统的测量值来消除随机干扰，再现系统的状态。卡尔曼定位的主要过程分为两大部分，一个是系统预测，一个是状态观测。

系统状态方程和观测方程分别为：

其中：xk是系统在k时刻状态矩阵；Ak是离散时间稳定的n×n维矩阵；Bk是系统参数，为矩阵；Zk是k时刻的测量值；Hk是测量系统的参数，为矩阵。其中Ak（具有非退化性）和Hk可测量。Wk和Vk分别表示过程和测量的高斯白噪声，其均值为零，并且相互独立，满足：E[Wk, WkT]=Q, E[Vk, VkT]=R（Q≥0，R＞0）。

卡尔曼定位的2个阶段：预测阶段和更新阶段。

预测阶段：

更新阶段：

其中，Rk+1代表k+1时刻预测估计；Bk+1代表预测矩阵；Qk+1/k代表k时刻对k+1时刻的预测误差估计方差矩阵；Kk+1表示增益矩阵。

2 汽车线束波纹管自动切割机的开发

2.1 技术指标

被切割波纹管的直径是Φ7-Φ32mm，切削位置位于波纹管的波峰，传送最大速度是50 m/min，无级调速，所加工材料为 PA (尼龙 6)、PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)，每分钟生产 50-60根，废品率≤1%，长度最大切割误差小于5 mm，自动切割。

2.2 汽车线束波纹管机械结构

汽车线束波纹管机械结构总体设计如图1所示，它包括本体1，进给装置2、横向调整装置3、进料机构4、输送带调整臂5、波纹管通道6、纵向调节机构7。

图1 汽车线束波纹管机械结构总装配图

波纹管切割进给机构轴测图如图2所示，它包括步进电机41、电机座42、支架43、同步带44、同步皮带轮45和46、齿轮47、轴48。

图2 波纹管切割进给机构轴测图

图3是波纹管刀具定位机构轴测图，它包括切削装置21的气缸2101、本体2102、气缸连接件2103和2108，气缸2201位于定位装置22上，定位装置22包括气缸2201、气缸连接件2203、气缸活塞杆固定孔2204。

图3 是波纹管刀具定位机构轴测图

2.3 波纹管定位控制

图4 扫描图像处理

图5 波纹管切割机控制流程

波纹管的准确定位，包括波纹管切割前的准确定位机构、准确的定位检测原理、检测方法。在本文中，红外扫描图像自动分割和对象识别相结合提取运动目标的特征区域，测试后跟踪算法，结合改进的卡尔曼跟踪算法和开发程序，目的在于消除夹杂信息，解决单帧或多帧检测的可靠性和均匀运动轨迹提取。扫描图像预处理如图4所示，波纹管切割机控制流程如图5所示。

3 结论

本文研制了一种波纹管切割机，它具有自动上料、自动切割、快速无损夹管壁、自动检测、精确定位等功能，机械结构包括波纹管送料机构、波纹管切断、波纹管波定位装置。电控部分的作用是协调塑料波纹管切割机完成全自动、稳定、高效的波纹管切割。