汽車頭枕支架零件光電檢測(cè)裝置的工裝系統(tǒng)構(gòu)建

吳 敏，張舜德

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

汽車頭枕支架零件光電檢測(cè)裝置的工裝系統(tǒng)構(gòu)建

吳 敏，張舜德

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

汽車頭枕支架表面質(zhì)量要求極高，在生產(chǎn)過(guò)程中要求對(duì)零件表面精度進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)階段檢測(cè)方法采用人工肉眼檢測(cè)，這種方法已不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。為了解決現(xiàn)有汽車頭枕支架檢測(cè)技術(shù)的不足，系統(tǒng)采用CCD檢測(cè)技術(shù)對(duì)汽車頭枕支架進(jìn)行光電檢測(cè)。論文針對(duì)汽車頭枕支架零件光電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化工裝裝置，介紹了工裝裝置的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，并對(duì)定位正確性進(jìn)行建模與分析，利用有限元軟件進(jìn)行模擬仿真，該系統(tǒng)與現(xiàn)有人工檢測(cè)技術(shù)相比檢測(cè)一根零件要比人工檢測(cè)至少減少2道工序，系統(tǒng)每根檢測(cè)時(shí)間是現(xiàn)有人工檢測(cè)的1/4。

汽車頭枕支架；光電檢測(cè)；數(shù)學(xué)模型；誤差；塑性變形；工序；檢測(cè)時(shí)間

0 引言

汽車頭枕支架用于支撐汽車座位的頭枕部位，它分為三部分，如圖1所示。A區(qū)插入靠背的支架槽里，B區(qū)裸露在外面，C區(qū)套在頭枕里。在頭枕支架生產(chǎn)過(guò)程中，要對(duì)頭枕支架的尺寸、表面進(jìn)行檢測(cè)，A區(qū)檢測(cè)支架管的直徑是否合格，直徑偏大支架插不進(jìn)支架槽里，直徑偏小，支架與支架槽間隙過(guò)大，不能正常配合。B區(qū)檢測(cè)整個(gè)表面是否有劃痕、麻點(diǎn)、凹坑等瑕疵和卡槽是否過(guò)深、過(guò)淺、漏槽等問(wèn)題，有一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)小的瑕疵，整批產(chǎn)品都不合格。C區(qū)檢測(cè)兩根桿之間的間距是否合格，間距偏大頭枕套不進(jìn)，間距偏小，頭枕與支架之間間隙過(guò)大，頭枕產(chǎn)生松動(dòng)?，F(xiàn)階段的檢測(cè)方法完全靠人工肉眼觀察檢測(cè)，顯然，上述方法由于人直接參與檢測(cè)操作，不僅檢測(cè)精度低， 而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)速度快、效率高（可達(dá)每分鐘上千件）、加工精度高（零件公差達(dá)微米級(jí)）等生產(chǎn)與技術(shù)要求[1]。

為了解決現(xiàn)有汽車頭枕支架檢測(cè)技術(shù)的不足，本文設(shè)計(jì)了一套利用CCD檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的光電檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車頭枕支架零件的自動(dòng)化檢測(cè)。該系統(tǒng)既可以提高檢測(cè)精度、檢測(cè)速度，又可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本，該系統(tǒng)在汽車頭枕支架零件檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的前景。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

汽車頭枕支架的表面精度要求極高，因此在測(cè)量時(shí)要保證零件表面不能被劃傷。在零件檢測(cè)過(guò)程，由于采用的是圖像比對(duì)法，這就要求每根零件的安裝都要保證在精確的位置，否則比對(duì)結(jié)果就會(huì)不準(zhǔn)確。因此汽車頭枕支架光電檢測(cè)系統(tǒng)的最關(guān)鍵部位就是工裝裝置，既要保持定位的正確性和精準(zhǔn)性，又要保證零件在檢測(cè)過(guò)程表面不被劃傷。

圖1 汽車頭枕支架

該工裝裝置包括：底座、分度盤(pán)、定位裝置、夾緊裝置、氣缸、限位塊、彈簧、電機(jī)、齒輪、傳動(dòng)軸、帶輪等組成。如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)圖

圖3 為定位裝置，由圓孔定位塊和2個(gè)V型定位塊組成，圓孔定位塊用來(lái)定位檢測(cè)桿，V型定位塊用來(lái)定位非檢測(cè)桿。在定位塊的表面裝有橡膠，以防止零件表面劃傷。定位裝置采用插槽式，可以伸縮，以利于定位不同型號(hào)的零件，三個(gè)定位塊采用螺釘固定，并固定在固定架上。這里采用三個(gè)定位塊，是因?yàn)橐桓Ъ軝z測(cè)完后由人工將零件平行位移，將另一根支架桿放到圓孔定位塊中以進(jìn)行檢測(cè)。限位塊用來(lái)限制零件在安裝時(shí)的位置，以免工人在安放零件時(shí)位置產(chǎn)生偏差。限位塊的中心要和分度盤(pán)的中心重合。在限位塊和分度盤(pán)的中心開(kāi)有圓孔，該孔用來(lái)校正中間圓孔定位塊、限位塊和分度盤(pán)的中心位置，當(dāng)檢測(cè)不同型號(hào)零件時(shí)，由于零件的間距尺寸不同，需要對(duì)定位裝置進(jìn)行間距調(diào)整，由于圓孔定位塊的中心要始終對(duì)準(zhǔn)分度盤(pán)的圓心，因此在進(jìn)行定位裝置調(diào)整時(shí)，在分度盤(pán)的中心安裝一根與檢測(cè)零件直徑相同的長(zhǎng)支管，用其來(lái)定位圓孔定位塊的位置。當(dāng)檢測(cè)不同型號(hào)零件時(shí)，零件的直徑不同，可在圓孔中安裝套筒對(duì)圓孔直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3 定位裝置

夾具裝置采用彈簧夾緊，如圖2所示。在氣缸的作用下，推拉桿將夾緊裝置拉開(kāi)，當(dāng)零件裝進(jìn)定位裝置后，氣缸松開(kāi)，夾緊裝置在彈簧的作用下復(fù)位，將零件夾緊。氣缸松開(kāi)的行程要大于拉開(kāi)的行程。氣缸的推拉桿與夾緊裝置聯(lián)接處采用T型卡槽的形式，氣缸在松開(kāi)后，夾緊裝置隨分度盤(pán)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一圈后，夾緊裝置回到初始位置與推拉桿重合進(jìn)行下一次推拉。

2 系統(tǒng)建模與分析

汽車頭枕支架光電檢測(cè)，是將檢測(cè)零件圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行比對(duì)，若零件在定位時(shí)存在偏差，則比對(duì)結(jié)果會(huì)失真，影響檢測(cè)結(jié)果，因此零件定位的準(zhǔn)確性顯得至關(guān)重要，必須采用定位原理進(jìn)行判斷。

2.1 定位原理數(shù)學(xué)模型

定位原理的數(shù)學(xué)模型為：

為定位雅可比矩陣。

2.2 工件的定位方案

由于定位元件制造與安裝均有誤差，工件制造也存在誤差，勢(shì)必造成工件在定位時(shí)產(chǎn)生偏移。工件定位方案數(shù)學(xué)模型：

圖4 工件的定位方案

工件的定位雅可比矩陣為：

經(jīng)計(jì)算得雅可比矩陣的秩rank（J）=3。

2.3 定位點(diǎn)相對(duì)相機(jī)的位置偏移確定

通過(guò)計(jì)算，工件在 xw，yw，γw方位的偏差分別為±0.035，±0.035，±0.000935，此偏差在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

表1 定位接觸點(diǎn)法向量與坐標(biāo)

表2 定位點(diǎn)與相機(jī)的坐標(biāo)

3 仿真與分析

工件在檢測(cè)過(guò)程中將受到重力、離心力、夾緊力等外力的作用，工件在外力作用下會(huì)產(chǎn)生局部變形，從而引起工件的位置偏移。因此需要判斷工件在檢測(cè)過(guò)程是否滿足生產(chǎn)要求。

表3 關(guān)鍵零件選用材料的力學(xué)性能

利用有限元軟件可以計(jì)算出工件在檢測(cè)過(guò)程的塑性變形，工件在工作時(shí)主要承受軸向載荷，軸向載荷按6000N設(shè)計(jì)。對(duì)工件進(jìn)行有限元分析，得到工件的應(yīng)力云圖，如圖5所示。從工件的應(yīng)力云圖可以看出，最大的 Mises應(yīng)力為22.6MPa，小于工件材料45的屈服強(qiáng)度353Mpa，工件不會(huì)產(chǎn)生塑性變形。 所以， 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)符合承載要求。

圖5 零件應(yīng)力圖

4 工況分析

現(xiàn)以寧波某公司為例分析系統(tǒng)工況。該公司現(xiàn)每天工作10小時(shí)，每星期工作6天，按照公司2011年4月到2012年3月一年的產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算得到公司的檢測(cè)數(shù)據(jù)表如表4所示。

現(xiàn)人工檢測(cè)的工序包括：人工上料及肉眼觀察、套環(huán)檢測(cè)、檢具檢測(cè)、人工套膜，下料等6個(gè)工序左右，每道工序一個(gè)人即需要6個(gè)人，平均每道工序時(shí)間約為8秒。

表4 某公司2011年-2012年檢測(cè)數(shù)據(jù)表

系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容：套環(huán)檢測(cè)，檢具檢測(cè)等工序。

系統(tǒng)檢測(cè)工序包括：人工上料、系統(tǒng)檢測(cè)、人工套膜及下料，系統(tǒng)需三道工序，需要工人2人，每道工序平均時(shí)間2.5秒左右。比較結(jié)果：

（1）該系統(tǒng)檢測(cè)一根零件要比人工檢測(cè)至少減少2道工序。

（2）系統(tǒng)每根檢測(cè)時(shí)間是現(xiàn)有人工檢測(cè)的1/4。

5 結(jié)論

汽車頭枕支架零件自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了汽車頭枕支架零件自動(dòng)化檢測(cè)，突破了傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外對(duì)該零件進(jìn)行光電檢測(cè)等相關(guān)研究的空白。該系統(tǒng)采用光電檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車頭枕支架零件的自動(dòng)化檢測(cè)，既可以提高檢測(cè)精度、檢測(cè)速度，又可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本，同時(shí)為相關(guān)零件的光電檢測(cè)研究提供理論與實(shí)踐參考。

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System Components for Automobile Headrest Support Automatic Detection

WU Min，ZHANG Shun-De
(Ningbo Polytechnic,Ningbo Zhejiang 315800,China)

Car headrest support surface quality requirements,the existing artificial detection has been unable to meet production requirements. This paper designs a set ofphotoelectric detection system,automated testing the system can efficiently,accurately realize parts car head pillow bracket.First detection system model is established,and the modeling and analysis of system error detection.Secondly,the finite element software based on thecomplete analysis of plastic deformation in workpiece.The detection system and the existing artificial detection technologycompared to detect a part than the manual detection is reduced by at least 2 processes,each detection time detection system is the existing artificial detection 1/4.

automobile headrest support；photoelectric detection；mathematical model；deviation；plastic deformation；production processes；time

TG751

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.01.034

1002－6673（2014）01－093－03

2013－12－26

浙江省教育廳科研項(xiàng)目 （Y201326787）

吳敏 （1979-），女，碩士。主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，液壓與氣壓傳動(dòng)。已發(fā)表論文八篇。