前懸總成外傾角檢測設(shè)備的研發(fā)

余文濤，黃小林，陸榮幸，宋良輝，陳國壽

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007；2.柳州市金百匯激光技術(shù)有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545002；3.柳州化工技工學(xué)校，廣西 柳州 545002）

0 引言

前懸總成作為汽車懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一，其性能直接影響整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，甚至影響車輛的行駛安全。而外傾角作為轉(zhuǎn)向輪定位中的重要參數(shù)之一[1]，它是輪胎的幾何中心線與地面鉛垂線的一個(gè)夾角，適當(dāng)?shù)能囕喭鈨A角可減小汽車在重載時(shí)的車輪傾角，從而減弱輪胎磨損和懸架變形。此外車輪外傾角還可以減小轉(zhuǎn)向操縱力，防止轉(zhuǎn)向節(jié)屈曲；減小輪轂外軸承負(fù)荷，從而防止車輪脫滑[2]。

如圖1為某車型新開發(fā)的前懸總成，在大規(guī)模、大批量的生產(chǎn)過程中，需要對(duì)前懸總成外傾角進(jìn)行檢測嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及質(zhì)量追溯，保證前懸總成在生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量，避免因外傾角而引起的一系列質(zhì)量問題。

圖1 某車型前懸總成

1 設(shè)備的構(gòu)建

1.1 設(shè)備主要構(gòu)成

如圖2，前懸總成外傾角檢測設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成，主要由臺(tái)面框架機(jī)構(gòu)、頂升及切換機(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、控制面板、防護(hù)部分以及電氣系統(tǒng)等所組成。

圖2 前懸總成外傾角檢測設(shè)備構(gòu)成示意圖

1.2 檢測原理

外傾角在整車完成設(shè)計(jì)后，車輪外傾角已經(jīng)確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，存在多種影響因素導(dǎo)致外傾角偏離設(shè)計(jì)值，零部件的制造及裝配偏差是其中最主要的影響因素[3]，使其偏離設(shè)計(jì)值。因此，前懸總成在生產(chǎn)制造過程中，需要對(duì)其進(jìn)行檢測，并使外傾角符合設(shè)計(jì)的角度范圍內(nèi)。

檢測原理：如圖3，測量出側(cè)板1由起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離L1，然后測量出側(cè)板2由起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離L2，L0為側(cè)板1與側(cè)板2之間的距離，為恒定值，設(shè)計(jì)時(shí)取值90 mm，由公式得：

圖3 前懸總成外傾角檢測示意圖

1.3 檢測過程

如圖3，檢測過程為：人工把前懸總成搬運(yùn)到設(shè)備上，雙手啟動(dòng)按鈕，壓緊氣缸4工作，帶動(dòng)壓緊氣缸連接頭12、導(dǎo)向連板13和壓頭14一起向下運(yùn)動(dòng)，前懸總成在壓頭14的作用下，使前懸總成上的制動(dòng)盤用于安裝輪轂的端面緊緊貼緊，并作為前懸總成外傾角檢測的基準(zhǔn)平面；然后頂升氣缸11通過下導(dǎo)桿9帶動(dòng)頂升板25向上運(yùn)動(dòng)，因測板18、測板連接板19、彈簧20與小導(dǎo)桿21都安裝在頂升板25上，測板18（2件）在彈簧20的作用下，往下收縮，當(dāng)頂升氣缸11停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，左測量傳感器17與右測量傳感器28各自在測板連接板19（2件）上測量出收縮數(shù)據(jù)，經(jīng)換算，即可把前懸總成外傾角檢測數(shù)據(jù)顯示在操作界面上。測量完成后，壓緊氣缸4和頂升氣缸11歸位即可完成整個(gè)檢測過程。

圖4 前懸總成外傾角檢測結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 檢測氣動(dòng)原理圖

圖5 為前懸總成外傾角檢測的氣動(dòng)原理圖。

圖5 前懸總成外傾角檢測氣動(dòng)原理圖

1.5 電氣硬件構(gòu)成

如圖6，電氣硬件主要由：研華TPC-1282T的工控一體機(jī)，臺(tái)達(dá) DVP系列12SA211R的PLC，基恩士激光位移傳感器IL-100位移測試傳感器以及迅寶的LI4278掃描槍所構(gòu)成。

圖6 電氣硬件構(gòu)成圖

1.6 檢測控制流程

如圖7為檢測控制流程，檢測開始時(shí)，設(shè)備處于原位狀態(tài)，人工把工件放入測試工件臺(tái)，然后雙手啟動(dòng)，PLC控制電磁閥來控制氣缸對(duì)工件進(jìn)行壓緊，壓緊后，檢測機(jī)構(gòu)上升，PLC請(qǐng)求上位機(jī)開始外傾角計(jì)算，此時(shí)上位機(jī)根據(jù)采集的激光位移傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行外傾角計(jì)算，并判斷外傾角是否合格，如果合格，顯示OK信息，如果不合格顯示NG信號(hào)，檢測完成后，上位機(jī)再對(duì)PLC請(qǐng)求進(jìn)行反饋，PLC接收到反饋信號(hào)后退回歸位并松開工件，整個(gè)檢測流程結(jié)束。

圖7 前懸總成外傾角檢測控制流程圖

1.7 人機(jī)操作界面

如圖8和圖9為前懸總成外傾角檢測人機(jī)操作界面和部份程序代碼，操作界面使用微軟公司的Visual Basic（簡稱VB）開發(fā)，利用VB提供的WinSock控件，進(jìn)行訪問TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過設(shè)置Winsock控件的屬性與調(diào)用該控件的方法，可以很容易建立人機(jī)界面與PLC之間的TCP通訊。因測量傳感器數(shù)據(jù)和掃碼槍采用的是串口通訊，使用VB的MSComm控件下的串行通信編程ActiveX控件，提供程序串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)；與PLC通訊使用臺(tái)達(dá)Ethernet通訊模塊 DVPEN01-SL支持以太網(wǎng) MODBUSTCP進(jìn)行串口通訊，從而實(shí)時(shí)讀寫PLC寄存器數(shù)據(jù)，并與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，速度更快，也更加方便。

圖8 前懸總成外傾角檢測人機(jī)操作界面

圖9 前懸總成外傾角檢測設(shè)備部份程序

1.8 設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

如圖10和圖11，前懸總成外傾角檢測設(shè)備的投入使用，實(shí)現(xiàn)了前懸總成外傾角的在線檢測，大大降低了因外傾角而引起的質(zhì)量問題，檢測數(shù)據(jù)目視化并自動(dòng)存儲(chǔ)，為產(chǎn)品的質(zhì)量追溯以及工藝優(yōu)化提供確切的數(shù)據(jù)支持的同時(shí)，還為公司新產(chǎn)品的承接提供了很好的硬件基礎(chǔ)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）減少相應(yīng)的設(shè)備投資，降低成本。設(shè)備共計(jì)投入成本8萬，市場同等設(shè)備采購為15萬，該項(xiàng)目直接為公司節(jié)省設(shè)備采購成本7萬。

2）程序故障識(shí)別可視化，方便維護(hù)。

3）檢測結(jié)果穩(wěn)定，不受人為的干擾和影響。

4）產(chǎn)品質(zhì)量的提升。數(shù)字化目視，自動(dòng)存儲(chǔ)壓裝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的追溯，質(zhì)量得以保障。

5）檢測周期短，設(shè)備具有一定的自動(dòng)化，改善了工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解招工難的問題。

6）兼容性。通過氣缸切換測頭板移動(dòng)距離即可實(shí)現(xiàn)同一系列產(chǎn)品的兼容生產(chǎn)，提高設(shè)備使用率。

圖10 前懸總成外傾角檢測設(shè)備

圖11 某車型前懸總成外傾角檢測合格品

2 結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，測量技術(shù)的不斷進(jìn)步，正確地運(yùn)用測量方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的重要數(shù)據(jù)在線測量，還可以為生產(chǎn)線的工藝布局優(yōu)化與新產(chǎn)品的開發(fā)提供了很好的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的追溯與質(zhì)量保障的同時(shí)，還取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了產(chǎn)品承接的能力。