汽車制動盤自動檢測設備的研制

趙 興，朱永平

(湖北工業(yè)大學 機械工程學院，武漢 430068)

0 引言

制動盤是汽車的重要組成部分，它的質量是決定汽車安全性的重要因素。除了其材料性能能影響到制動效果外，制動盤的制造誤差，即形位公差參數(shù)，對于汽車安全制動會產(chǎn)生非常大的影響[1]。傳統(tǒng)的制動盤檢測方法采用人工檢測，手工記錄數(shù)據(jù)，準確率低，極大影響生產(chǎn)率。近些年，許多企業(yè)與專家都對制動盤檢測設備進行了研制。文獻[2-3]通過計算機控制，采用接觸式測量對制動盤進行檢測；文獻[4]提出了一種非接觸式反射性激光位移傳感器的制動盤檢測方式；文獻[5-6]設計了一套基于機器視覺的剎車盤檢測設備。文獻[2-5]需要人工輔助輸送，存在一定的安全隱患；文獻[6]雖然可以自動下料和分類，但是不能夠與上下道生產(chǎn)工序結合起來形成自動化生產(chǎn)線，只適用于單一的制動盤檢測流水線。上述方法所研制出的設備都能夠提高制動盤檢測精度，但是不能夠有效地提高自動化程度，因為沒有考慮制動盤的自動輸送對整車生產(chǎn)效率的影響。

針對目前多數(shù)車企的制動盤檢測設備采用人工輔助上下制動盤，效率低的問題，研制一套將檢測與自動輸送相結合的汽車制動盤自動檢測設備，有效提高了制動盤檢測的安全性與自動化程度。

1 制動盤自動檢測線輸送流程

汽車制動盤自動檢測設備總體布置圖如圖1所示。該設備主要由制動盤面振檢測和制動盤自動輸送線兩個部分組成。制動盤通過重力滾道I輸送至動力滾道，再由動力滾道輸送至面振檢測設備，待產(chǎn)品檢測合格后，制動盤進入重力滾道II，由滾道II輸送至制動盤輸送定位機構，制動盤移栽機構抓取制動盤，待定位機構定位好AGV料車后，抓取機械手將制動盤放置到料車上，移栽機構復位，AGV料車放行。

設備整個工作流程無需人工取拿制動盤，避免了機器發(fā)生故障時設備對人員產(chǎn)生的傷害，同時可以滿足不同車型的生產(chǎn)，無需人工分類，提高了安全性和生產(chǎn)效率。

圖1 總體布置圖

2 自動檢測設備機械結構設計

2.1 制動盤面振檢測設備結構設計

2.1.1 制動盤面振檢測設備整體結構設計

制動盤面振檢測設備主要由機體、浮動壓緊系統(tǒng)、定位夾緊治具、檢測和產(chǎn)品識別系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、光柵及相關附件組成。主要作用是對制動盤的端面圓跳動量進行檢測，可以實現(xiàn)多種車型的換型。其總體結構布置圖如圖2所示。

工作流程：工件到位→產(chǎn)品傳感器識別工件(有、無工件)→滑臺上升，壓緊工件→浮動壓頭旋轉，轉動工件→測量及結果判定→旋轉停止，滑臺下降→工件合格(不合格則報警，由AGV運送至不合格區(qū))→自動送到下一個工位。

圖2 制動盤面振檢測設備總體結構布置圖

2.1.2 壓緊系統(tǒng)設計

壓緊系統(tǒng)主要由垂直滑動平臺、精密導軌、定位治具、浮動支撐和氣缸等組成，其結構圖如圖3所示。

圖3 壓緊系統(tǒng)結構圖

旋轉驅動電機使用交流變頻電機，通過聯(lián)軸器(MISUMI)和旋轉主軸連接，傳遞動力，調(diào)速方式使用三菱變頻器，方便地調(diào)節(jié)電機轉速，轉速控制在10～12轉/min。上下滑動導軌采用HIWIN精密線性滑軌，型號為HGW30CA，精度等級為H級,保證設備的往復精度，和設備的壓緊強度?；瑒悠脚_用于固定浮動支撐、旋轉主軸和旋轉電機等；滑動平臺的動力主要由氣缸來提供，同時，設備安裝液壓緩沖器和限位螺母等，用于緩沖滑臺的沖擊和定位滑臺的行程。浮動壓頭固定在旋轉主軸上，由固定部分、浮動部分、導桿和模具彈簧等構成，只對制動盤提供200～300kgf的壓緊力，只起提供柔性壓緊的作用。浮動壓頭與交流變頻電機通過柔性聯(lián)軸器連接，由電機直接驅動，提供制動盤的旋轉動力。

2.1.3 氣動系統(tǒng)設計

設備的氣動系統(tǒng)包括減壓閥、氣缸、控制閥、先導式單向閥、儲氣罐。選用缸徑為125mm的氣缸，在0.5MPa的壓力下能產(chǎn)生613kgf，氣缸的下壓力通過減壓閥調(diào)節(jié)，保證對制動盤的壓力控制在200～300kg范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)；采用三位五通電磁閥和先導單向閥避免斷電或停氣時氣缸下放，起保護作用；穩(wěn)壓儲氣罐主要防止主氣源氣壓震蕩對氣缸沖擊，影響檢測精度。其原理圖如圖4所示。

1.手動閥 2.過濾減壓閥 3.壓力開關 4.儲氣罐 5.消音器 6.電磁換向閥 7.速度控制閥 8.壓緊氣缸圖4 氣動系統(tǒng)原理圖

2.2 制動盤自動輸送線結構設計

為了實現(xiàn)輸送線運行與工序實施的并行性, 保證輸送過程的高效流暢, 工件輸送系統(tǒng)宜采用立體式的機械化輸送方式[7]。制動盤自動輸送線主要由重力滾道、動力滾道系統(tǒng)、制動盤輸送定位機構、制動盤移栽機構、導向圍欄及AGV料車定位機構組成。

2.2.1 重力滾道結構設計

重力滾道用來存放制動盤，由料車將制動盤運輸至重力滾道，通過重力自動傳送到動力滾道上。主要由福來輪流利條、滾道機架及調(diào)整地腳組成。其結構圖如圖5所示。

圖5 重力滾道結構圖

2.2.2 動力滾道結構設計

動力滾道用來把制動盤輸送到檢測設備，檢測完成后再輸送至下一工序。主要由滾道支架、倍速鏈及軌道、阻擋定位裝置、傳動鏈及鏈輪、電機及檢測裝置組成，其結構布置如圖6所示。

圖6 動力滾道結構圖

2.2.3 制動盤輸送定位機構設計

制動盤輸送定位機構主要用來對制動盤進行定位，以便于移栽機構對制動盤的抓取。其主要由阻擋定位治具、平移氣缸、舉升氣缸、平移滑臺、放置定位治具、檢測開關、機架及調(diào)整地腳組成。結構圖如圖7所示。

圖7 制動盤輸送定位機構結構圖

2.2.4 制動盤移栽機構結構設計

制動盤移栽機構作用是把制動盤通過機械手移栽到AGV料車上面?？刂茩C械手時, 主要是識別工件位置、控制機械手運動方向、判別物料是否存在等[8]。其主要由平移氣缸、直線導軌、垂直升降氣缸、垂直升降滑臺、水平移載滑臺、定位緩沖機構、液壓緩沖器、自動抓取機械手、機架及坦克鏈組成。結構圖如圖8所示。

圖8 制動盤移栽機構結構圖

2.2.5 AGV料車導向圍欄及定位機構結構設計

在自動化生產(chǎn)車間中, AGV 在物品的自動運輸搬運中發(fā)揮著巨大的作用[9]。為了提高自動化運輸，該設備采用AGV將檢測完成的制動盤輸送至下一個工序。對于AGV運輸制動盤，難點在于對AGV的精準定位以及及時制動，如果AGV不能及時?？吭谥付ㄎ恢?，抓取機械手將不能安全地將制動盤放置在AGV料車上。在采用光電傳感器對AGV定位的基礎上，設計了一種機械式定位結構，實現(xiàn)雙重制動。其主要由導向圍欄、定位夾緊氣缸及定位夾緊治具組成。結構圖如圖9所示。

圖9 導向圍欄及定位機構結構圖

3 控制系統(tǒng)的設計

3.1 主要電氣元件的選型

將PLC控制系統(tǒng)應用在自動化的設備中, 可以對數(shù)據(jù)采集和控制這兩大環(huán)節(jié)進行優(yōu)化, 有效地增強了機械自動化設備的運行效果，與傳統(tǒng)的繼電保護裝置相比, PLC控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢[10]。由于工業(yè)現(xiàn)場復雜的調(diào)試環(huán)境以及系統(tǒng)可靠性，本系統(tǒng)采用三菱PLC為控制系統(tǒng)。激光位移傳感器使用型號ZX-LD30VL，其測量距離30mm，光點直徑0.1mm×1.8mm，測定范圍±2mm，測量精度0.0005mm，此非接觸式測量有效地避免了文獻[2-3]所提到的接觸式測量式探頭的長期使用給元件本身帶來的磨損而影響測量精度的問題。根據(jù)不同制動盤的外形尺寸特點，選用對射式光電傳感器，判斷有無工件和制動盤的型號，即時將信息反饋給PLC系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)控制流程

當制動盤由重力滾道輸送至檢測位時，檢測位的對射式光電傳感器會產(chǎn)生一個信號傳遞給PLC，確定制動盤在檢測位，檢測設備開始對制動盤進行檢測，制動盤檢測完成后，輸送至制動盤抓取位，檢測位光電傳感器立即產(chǎn)生一個新的信號傳遞給PLC，確定檢測位無制動盤，下一個制動盤開始進入檢測位。待制動盤到達抓取位，同理，PLC對制動盤進行定位，機械手抓取制動盤，等待AGV抵達夾緊位，機械手移栽，將制動盤放置在AGV物料車上，機械手復位，AGV放行，將制動盤運輸至下一個工序，然后駛入制動盤儲存區(qū)，將待檢測的制動盤輸送至重力滾道。此控制系統(tǒng)在每一個關鍵位置都會安裝一對光電傳感器，以此用來對制動盤實時位置的監(jiān)控。控制系統(tǒng)流程圖如圖10所示。

圖10 控制系統(tǒng)流程圖

3.3 設備操作系統(tǒng)

工控機機箱和控制操作面板放在設備的上部，控制面板安裝在機箱側邊，方便工人操作。

檢測結果顯示在控制操作面板上，可以以excel電子表格的形式保存數(shù)據(jù)，并能夠通過時間和其他方式查找相關檢測數(shù)據(jù)。

4 總結

該設備已投入運行，結果顯示，檢測速度在15s/件～20s/件之間。設備在原有的制動盤面振檢測設備的基礎上增加了一條制動盤自動輸送線，研制出一種新型的汽車制動盤自動檢測設備，用滾道和AGV運輸代替了人工取制動盤的工序，提高了工廠自動化程度和生產(chǎn)安全性，目前運行效果良好。