車輛盤式制動(dòng)器裝配防錯(cuò)技術(shù)研究

苗　卉，范金輝，吳興堯

（1.浙江亞太機(jī)電股份有限公司，浙江 杭州 311203；2.東華大學(xué)，上海 201620）

車輛盤式制動(dòng)器在裝配過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)裝、漏裝等問題，即使加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)及獎(jiǎng)懲，也不能防止由于人為疏忽造成的錯(cuò)誤。防錯(cuò)技術(shù)在裝配工藝中的有效應(yīng)用不僅可以防止錯(cuò)誤發(fā)生，也可以降低生產(chǎn)成本。本文將從緊固件的擰緊，零件的壓裝，零部件漏裝、反裝、錯(cuò)裝這幾個(gè)方面研究裝配控制方法和參數(shù)設(shè)置。

1　緊固件擰緊控制方法

軸向夾緊力采用電動(dòng)擰緊機(jī)進(jìn)行螺栓的裝配，扭矩一般有三種控制方法：

（1）扭矩控制法。是最簡單、成本最低的控制方法，但是該方法擰緊精度較低，不能充分發(fā)揮材料的潛力，易受溫度、螺紋精度等因素影響，此種方法已經(jīng)較少應(yīng)用在安全件的擰緊上。

（2）扭矩-轉(zhuǎn)角控制法。首先將螺栓先擰到一個(gè)不大的扭矩，再從這一點(diǎn)開始，擰一個(gè)規(guī)定角度的控制方法[1]。該種方法是基于一定的角度，使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了，其結(jié)果產(chǎn)生一定的螺栓軸向預(yù)緊力的關(guān)系，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系大致成比例關(guān)系，因而通過研究扭矩、角度、電機(jī)轉(zhuǎn)速各自的控制關(guān)系（如圖1~圖3），收集大量的工藝驗(yàn)證數(shù)據(jù)，分析得到規(guī)定角度，采用這種擰緊方法，可以提高螺栓擰緊精度，而且數(shù)值波動(dòng)范圍較小，集中分布在平均值附近。利用角度異常報(bào)警，可以辨別異常物料和異常操作，如圖4所示，達(dá)到不合格產(chǎn)品流出的目的。該種方法是汽車行業(yè)目前應(yīng)用較多的擰緊方法。

（3）伸長量法。這種控制方法目前精度最高，但因?yàn)槠涑杀据^高，一般應(yīng)用在高端品牌發(fā)動(dòng)機(jī)或其它特殊應(yīng)用的場(chǎng)合。

圖1　扭矩-角度控制關(guān)系圖Ⅰ

圖2　扭矩-角度控制關(guān)系圖Ⅱ

圖3　電機(jī)轉(zhuǎn)速控制關(guān)系圖

圖4　扭矩-角度判斷區(qū)域圖

2　零件壓裝控制方法

滾針軸承、限位銷、孔用擋圈等零件壓裝均運(yùn)用壓力和位移傳感器控制壓裝質(zhì)量。下面以滾針軸承（如圖5）壓裝過程為例，研究壓力-位移曲線監(jiān)控方法，實(shí)現(xiàn)壓裝過程的防錯(cuò)。通過做大量的壓裝試驗(yàn)，PLC控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集壓入力及壓入行程數(shù)值，分析數(shù)據(jù)得到過盈量及配合面都較小以及過盈量及配合面粗糙度都較大情況下的壓力-位移曲線，定義為壓力-位移曲線上控制限和下控制限（如圖6），然后將上控制限和下控制限的曲線輸入到壓裝系統(tǒng)的工控機(jī)中，作為工藝參數(shù)固定下來，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有滾針軸承壓裝過程的監(jiān)控。只有當(dāng)實(shí)際壓力-位移曲線處于上控制限和下控制限之間時(shí)，工控機(jī)才判定壓裝過程為合格，否則說明滾針軸承或底孔尺寸存在超差情況，工控機(jī)會(huì)判定壓裝過程為不合格，這就是應(yīng)用壓力-位移曲線實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)的原理。

圖5　軸承壓裝示意圖

圖6　壓力-位移曲線上下控制限

3　零部件漏裝、反裝、錯(cuò)裝的控制方法

盤式制動(dòng)器是保證汽車安全的重要零部件，裝配過程中，一些內(nèi)部較小零件如果出現(xiàn)漏裝、反裝或錯(cuò)裝的現(xiàn)象，有些在后工序采用探測(cè)手段也很難探測(cè)出來，給客戶帶來非常大的安全隱患。在視覺系統(tǒng)應(yīng)用之前，這些基本上是靠人的肉眼、手感來完成，由于工作量大、內(nèi)容枯燥，即使加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)及獎(jiǎng)懲，也不能防止由于人為疏忽造成的錯(cuò)誤。但是視覺系統(tǒng)是使用機(jī)器代替人眼對(duì)零件的漏裝、反裝及錯(cuò)裝進(jìn)行探測(cè)及報(bào)錯(cuò)，能夠不知疲勞、穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行。

一般來說，視覺系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、相機(jī)、圖形采集卡、圖像處理系統(tǒng)等。照明是影響視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果[2]。由于沒有通用的照明裝置，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用場(chǎng)合，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。相機(jī)：按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)、模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)。圖像采集卡決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。視覺處理系統(tǒng)集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)。

下面以活塞內(nèi)件反裝、漏裝（如圖7）的檢測(cè)為例介紹視覺檢測(cè)技術(shù)。在活塞內(nèi)件里面皮碗和錐形彈簧容易反裝，平面軸承及平墊片容易漏裝。視覺系統(tǒng)通過各零件的投影不同（如圖8）判斷各零件是否有反裝、漏裝。

圖7　活塞各組件示意圖

圖8　活塞內(nèi)件投影圖

該視覺系統(tǒng)主要操作流程為：

（1）把活塞組件放在定位工裝上，光敏傳感器判斷活塞組件已放置到位，PLC發(fā)送信號(hào)觸發(fā)視覺系統(tǒng)；

（2）視覺系統(tǒng)啟動(dòng)對(duì)零件進(jìn)行拍攝；

（3）圖像采集完成后，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)設(shè)處理；

（4）與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行比較，實(shí)際圖形超出標(biāo)準(zhǔn)圖片判斷范圍，即判斷為不合格件，并顯示不合格位置信息；

（5）用聲光報(bào)警的形式提示操作人員，且設(shè)備無法進(jìn)行下一動(dòng)作，必須處理完不合格零件，手動(dòng)復(fù)位后方可進(jìn)行下一步操作。

該視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，并且可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)、可靠的進(jìn)行各零件裝配的檢查，有效克服人工裝配帶來的反裝、漏裝等不良，幫助企業(yè)提升產(chǎn)品品質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

4　結(jié)束語

總之，應(yīng)用更多的防錯(cuò)技術(shù)，可以減少浪費(fèi)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本的目的。但防錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況而定，如果使用不當(dāng)，則可能掩蓋生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷，造成更大的浪費(fèi)。人會(huì)因疏忽犯錯(cuò)，設(shè)備也會(huì)因?yàn)楣收匣蛘`操作不按照規(guī)范工作，因此在防錯(cuò)技術(shù)的使用過程中必須對(duì)防錯(cuò)裝置進(jìn)行定期的點(diǎn)檢和維護(hù)，才能保證防錯(cuò)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，真正起到防錯(cuò)的作用。