前懸總成外傾角檢測設備的研發(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有限責任公司，廣西 柳州 545002；3.柳州化工技工學校，廣西 柳州 545002）

0 引言

前懸總成作為汽車懸架系統(tǒng)的關鍵零部件之一，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夾角，適當?shù)能囕喭鈨A角可減小汽車在重載時的車輪傾角，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向操縱力，防止轉向節(jié)屈曲；減小輪轂外軸承負荷，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、大批量的生產過程中，需要對前懸總成外傾角進行檢測嚴格控制，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的存儲及質量追溯，保證前懸總成在生產制造過程中的質量，避免因外傾角而引起的一系列質量問題。

圖1 某車型前懸總成

1 設備的構建

1.1 設備主要構成

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

圖2 前懸總成外傾角檢測設備構成示意圖

1.2 檢測原理

外傾角在整車完成設計后，車輪外傾角已經確定。在實際生產中，存在多種影響因素導致外傾角偏離設計值，零部件的制造及裝配偏差是其中最主要的影響因素[3]，使其偏離設計值。因此，前懸總成在生產制造過程中，需要對其進行檢測，并使外傾角符合設計的角度范圍內。

檢測原理：如圖3，測量出側板1由起點到終點的距離L1，然后測量出側板2由起點到終點的距離L2，L0為側板1與側板2之間的距離，為恒定值，設計時取值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到設備上，雙手啟動按鈕，壓緊氣缸4工作，帶動壓緊氣缸連接頭12、導向連板13和壓頭14一起向下運動，前懸總成在壓頭14的作用下，使前懸總成上的制動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平面；然后頂升氣缸11通過下導桿9帶動頂升板25向上運動，因測板18、測板連接板19、彈簧20與小導桿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，當頂升氣缸11停止運動時，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歸位即可完成整個檢測過程。

圖4 前懸總成外傾角檢測結構示意圖

1.4 檢測氣動原理圖

圖5 為前懸總成外傾角檢測的氣動原理圖。

圖5 前懸總成外傾角檢測氣動原理圖

1.5 電氣硬件構成

如圖6，電氣硬件主要由：研華TPC-1282T的工控一體機，臺達 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掃描槍所構成。

圖6 電氣硬件構成圖

1.6 檢測控制流程

如圖7為檢測控制流程，檢測開始時，設備處于原位狀態(tài)，人工把工件放入測試工件臺，然后雙手啟動，PLC控制電磁閥來控制氣缸對工件進行壓緊，壓緊后，檢測機構上升，PLC請求上位機開始外傾角計算，此時上位機根據(jù)采集的激光位移傳感器實時數(shù)據(jù)進行外傾角計算，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，檢測完成后，上位機再對PLC請求進行反饋，PLC接收到反饋信號后退回歸位并松開工件，整個檢測流程結束。

圖7 前懸總成外傾角檢測控制流程圖

1.7 人機操作界面

如圖8和圖9為前懸總成外傾角檢測人機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，進行訪問TCP和UDP網絡服務，通過設置Winsock控件的屬性與調用該控件的方法，可以很容易建立人機界面與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通訊使用臺達Ethernet通訊模塊 DVPEN01-SL支持以太網 MODBUSTCP進行串口通訊，從而實時讀寫PLC寄存器數(shù)據(jù)，并與PLC進行數(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操作界面

圖9 前懸總成外傾角檢測設備部份程序

1.8 設備優(yōu)點

如圖10和圖11，前懸總成外傾角檢測設備的投入使用，實現(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量問題，檢測數(shù)據(jù)目視化并自動存儲，為產品的質量追溯以及工藝優(yōu)化提供確切的數(shù)據(jù)支持的同時，還為公司新產品的承接提供了很好的硬件基礎，具有如下優(yōu)點：

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

2）程序故障識別可視化，方便維護。

3）檢測結果穩(wěn)定，不受人為的干擾和影響。

4）產品質量的提升。數(shù)字化目視，自動存儲壓裝數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產品的追溯，質量得以保障。

5）檢測周期短，設備具有一定的自動化，改善了工人操作勞動強度，緩解招工難的問題。

6）兼容性。通過氣缸切換測頭板移動距離即可實現(xiàn)同一系列產品的兼容生產，提高設備使用率。

圖10 前懸總成外傾角檢測設備

圖11 某車型前懸總成外傾角檢測合格品

2 結束語

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，測量技術的不斷進步，正確地運用測量方法，不僅可以實現(xiàn)產品的重要數(shù)據(jù)在線測量，還可以為生產線的工藝布局優(yōu)化與新產品的開發(fā)提供了很好的數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)產品的追溯與質量保障的同時，還取得了很好的經濟效益，增強了產品承接的能力。