基于激光位移傳感器的乘用車前懸外傾角在線檢測系統的研究設計

廖金團，王莉莉，覃京翎，鄭志明，曾慶文

（1.柳州城市職業學院，廣西 柳州 545036；2.廣西汽車集團有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

前懸總成是乘用車的一個重要零部件，其外傾角由車輪外傾角和主銷內傾角構成。在現代乘用車中，四輪定位對于車輛的操縱穩定性、行駛安全性、輪胎及懸架襯套的使用壽命具有重要影響[1]，故保證前懸外傾角的精確很重要。由于在目前的裝配線上，前懸前支柱與轉向節連接的螺栓孔無精確定位，存在配合間隙、裝配一致性差的問題，無法保證外傾角的絕對精確性，進而影響整車的穩定性能。如果在整車上再對外傾角進行檢測，不合格品會造成生產成本的上升。因此，在乘用車前懸裝配線上設計乘用車前懸外傾角在線檢測系統具有重要意義。

1 測量原理

前懸外傾角如圖1所示，是車輪外傾角和主銷內傾角兩者之和。其中，車輪外傾角可以直接利用傾角傳感器測量，而主銷內傾角需通過建立幾何關系間接測量得到。國內現有的轉向輪定位測量裝置主要分為便攜式和四輪定位式兩類[2]。便攜式儀器的測量需手工操作，測量過程繁瑣，對檢測人員和檢測步驟要求高，且采用水泡讀數，存在精度低、重復性差、讀數誤差大等缺點[2]。四輪定位式測量則是在整車下線前才進行檢測，易造成生產成本的上升。

針對傳統檢測方法的不足，本系統采用兩個非接觸式的激光位移傳感器進行檢測。激光位移傳感器是在激光技術和CCD技術迅速發展的前提下應運而生的一種高精度位移傳感器[3]，具有非接觸、效率高、輕巧便捷等優點[4]，被廣泛應用于手機檢測、機械加工、汽車制造、精密儀器、點膠機、鐵路鐵軌檢測以及科研教學等領域。

圖1 前懸外傾角示意圖

2 系統構成

為實現乘用車前懸外傾角的快速、自動在線檢測，本文設計了乘用車前懸外傾角在線檢測系統，構成如圖3所示。整個系統以PLC作為主控制器，讀取激光位移傳感器檢測到的高度值進行計算，并將結果實時顯示在人機交互界面上。為便于裝配線的智能化管理和操作人員對產品信息的查詢，系統設計了一個數據追溯系統。

圖2 檢測原理示意圖

圖3 系統構成

綜合各因素考慮，本設計選用基恩士IL-600高性能激光位移傳感器。該傳感器具有較高的性價比，幾乎對任何目標物均可實現穩定測量；配有多種傳感頭，可檢測從20 mm到1 m的部件；帶有Etherent、Profibus、RS-232通信接口，能與大多數PLC進行通信和發送各種信息。PLC選用西門子CPU 1513-1 PN，S7-1500PLC的處理速度快，聯網能力強，診斷能力和安全性高，不僅可節省成本，提高生產效率，而且安全可靠，維護簡單方便；選用西門子TP1200精智面板作為人機交互界面。追溯系統由VB組態，通過Modbus TCP協議與PLC通信連接，實現數據的傳輸與存儲。

3 軟件設計

系統控制流程如圖4所示。系統啟動運行后，首先判斷前懸總成是否到位，若到位則下降檢測機構并判斷是否下降到位；若檢測機構下降到位，則啟動激光位移傳感器測量，并將測量到的數據反饋到PLC進行計算，進而判斷該前懸總成的外傾角是否符合要求。若檢測的外傾角符合要求，則將該前懸總成移至下一工位；若不符合要求，則下線調整。

為便于工作人員操作和查詢產品裝配信息，設計了手/自動操作、產品選擇以及夾具狀態等人機交互界面。圖5為系統主界面，圖6為產品選擇界面。

4 結 語

本文針對現有乘用車前懸外傾角檢測方法的不足，設計了基于激光位移傳感器的前懸外傾角在線檢測系統。該系統以PLC作為主控制器，采用非接觸式的激光位移傳感器作為測量工具，提高了前懸外傾角的測量精度及效率。同時，為工作人員設計了簡單實用的人機交互界面和數據追溯系統，方便工作人員對數據信息作進一步的分析處理。目前，該在線檢測系統已投入試運行，實際應用效果較好。

圖4 PLC控制程序流程

圖5 系統主界面

圖6 產品選擇界面