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汽车制造业中的检测技术(下)

供稿:工控网 2008/4/21 10:29:00

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3.与现代汽车制造业提出的适用性、柔性的需求相适应的新技术、新产品大量涌现

  近年,与现代汽车制造业的态势相适应的检测新技术不断涌现,它们的共同特点就是以服务现场为前提,可靠、高效,而且能满足复杂、多变的生产需求。

3.1 坐标测量机(CMM)的应用水平不断提高

  无论在整车生产还是在零部件生产过程中,坐标测量机的使用范围和应用水平都在不断提高。在现代化的整车厂,CMM已成为覆盖件与车身生产中在线检测的主体,有的还连入生产线成为工艺过程的一个组成部分。在机加工生产线,CMM用于在线检测也越来越多,尤其在发动机、变速箱等总成厂中,对用于车间现场(包括生产测量室)的CMM,在确保精度指标的同时,更强调其高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力,尤其是由软件提供的丰富的功能。但必须指出的一点是,制造厂商在注意机型和软件开发、改进的同时,对CMM辅助设施也一样关注。事实证明,后者对发挥坐标测量机的效能关系极大。著名的德国Leiti公司今年研制的一体化工件输送、装夹、定位系统就是典型的事例,输送小车、滑台、专用夹具成为一体,与测量机的工作台能实现无缝对接,准确的夹具上装夹、定位的工件由滑台送入CMM,即可实现测量。大大节省了辅助时间,提高了功效。测量机器人Sirio688效率很高,但装夹工件的辅助时间过长,尤其在变换不同工件时耗时更多,极大地抵消了它的高效率,而通过采用上述装置,就彻底地改变了这种情况。

3.2 关节式测量仪的价值得到了体现

  关节式测量仪又称便携式坐标测量机,它为麻烦的现场测量提供了一条便利的途径,自几年首次进入国内汽车行业后,其使用价值渐为用户所认识。由于构件材料一般选用航空铝合金或高强化碳素纤维,故重量很轻,携带方便。相比早期产品,这类测量仪在所配测头和应用软件上已有很大进展。现在,除了可配硬测头外,还可配触发式和扫描式探头,测力减小后,被测对象范围扩展到材质较软的一些工件。而测量软件的发展则使这类检测设备也拥有了完善的、丰富的功能,如可在CAD机制下运行、通过预先编程来简化重复性测量工作、检测时在屏幕上直接显示图形特征、SPC统计分析、基本扫描功能等等。在某些产品中,它们的测量软件能与固定式坐标测量机兼容。应用实例:操作工分别利用便携式坐标测量机对位于生产现场的大型夹具与一种车身覆盖件进行测量。

  为扩大工作范围以适应对大型工件的检测,臂式测量仪一般采用“蛙跳”的方式,或另配导轨支架。美国Cimcore公司则在不久前开发了Gridlok技术,其原理是在较大区域分布一些圆锥定位体,通过激光测量仪确定它们的位置并将其坐标值储存。仪器只要在工作之前先测一下附近三个座,确定此时自身的位置,即可进行正常的检测。在软件的支持下,只要在分布定位座的区域里,就能进行准确的测量和获得完整的图形报告。

3.3 粗糙度、圆度、圆柱度等都是评价工件制造质量的重要指标

  近年来,发展最快的是适用于车间现场直接监控产品表面状态的便携式、以及那些针对性较强的专用测量仪器。有的便携式粗糙度测量仪的驱动器、放大显示器可合二为一地使用,也可在测孔和某些特殊场合下分离。在与专用控制器相联后,还能做各种统计处理,并将结果打印和以曲线形式表达。它不但能检测多种参数,而且可方便地通过编码开关任意设定四种常用标准之一,即JIS、ISO、DIN和ANSI。仪器内藏的可充式电池可保证连续工作7小时。

  采用半径法测量方式的便携型圆度仪,以一个由电机驱动回转的电子塞规为核心,按用户需要可在塞规上配置1~6个测头,即最多能同时测6个截面,能在生产现场对圆度、圆柱度等参数实施精密、快速测量。仪器的主轴回转精度达0.5μm,在无需做任何调整的情况下,被测孔径允许有±1mm的变动,在很方便地更换测杆后,可增大到8mm。这台便携式仪器效率很高,工作节拍小于30s,且具备很强的测量能力和数据处理、统计分析功能。类似地,采取光学方法检测缸孔网纹角的高效专用仪器也已成功地用于生产。

  为实施监控发动机关键零部件的制造质量,越来越多的生产线配备了高性能的曲轴、凸轮轴综合检验机,可满足与曲轴主轴颈、连杆轴颈相关的各项参数及对凸轮升程规律、相位角、键槽(或定位孔)与第一凸轮夹角等重要参数的现场监测。但长期以来,其粗糙度测量还是以便携式仪器为主。为提高效率和检测质量,一种由美国Adcole公司新开发的曲轴、凸轮轴高性能粗糙度测量仪已成功用于生产。这种卧式全自动量仪拥有三组探头,当被测工件是曲轴时,能在几分钟内完成全部主轴颈、连杆轴颈和左、右止推面的粗糙度检测,实施的测量方式可由预先设置的程序确定。

3.4 自动检测技术的新进展

应用于生产现场的自动检测技术近年也取得了令人瞩目的进展,以下是两个具有一定代表性的实例。

  长期以来,齿轮的自动检测都停留在双面啮合测量状态,尽管其工作原理简单、效率高、标准齿轮的制作方便,但由于只能检出径向误差、安装偏心等参数,无法评价齿轮的轴向精度指标(如齿向误差),因此有着很大的局限性。而近年基于新原理开发出的新颖检测设备解决了在生产现场对批量齿轮的轴向精度指标的自动测量问题。新原理是被测工件与标准齿轮作无侧隙啮合滚动时,同时测量中心距的变化量和轴线偏摆量;通过对多路测量信号进行处理,同时获取齿轮的径向综合误差和轴向误差(如齿向误差、齿轮锥度等)信息。实质上是在双面啮合测量的基础上发展起来的。目前,国外一些厂商已推出了产品,国内也已出现根据汽车齿轮厂用户的实际需要开发出了相应的设备,正在试运行。它能检测齿向偏差、功能齿厚等6项指标,效率达到5秒/件,不但能实现100%快速自动检测,还具备统计分析功能。

  设在生产线终端的多参数综合检验机的功能又有了拓展。以曲轴、凸轮轴为例,长期以来,各种终检机的被测参数都为几何量,其他指标往往在工序间以抽检方式进行。但新推出的曲轴终检机增加了用于检测的油道畅通性的工位,巧妙地利用了通气后压力变化这一工作原理。而凸轮轴终检机则增加了一个涡流探伤工位,所设置的二组探头中,第一组3个用于检测三个轴颈,第二组8个用于检测八个凸轮,每个探头对应的检测通道彼此独立。在工件回转一周的同时,探头还沿轴移动,以实现对被测部位的扫描。整个过程在凸轮轴回转一周时间内完成,与前一个检测工位同步,从而实现了对工件100%的探伤测试。

4.以“光电”型为代表的高科技产品显现出强大的生命力

  在已涌现出的众多新颖技术中,“光电”型的占了不小的比例,且显现出强大的生命力,以下一些实例能说明问题。

4.1 现场使用的激光非接触式粗糙度仪

  这是一种无可动部件、无探针、也不需要预先设置、操作和使用极其简单、方便的激光非接触式粗糙度仪。在距离被测表面2.5mm处进行非接触测量时,耗时仅为0.5s,因此,可实现工件粗糙度的快速检测。这种仪器既可作为便携式仪器使用,更可与机床、自动线配合,以对工件表面进行动态测量或对自动线上零部件的指定位置做100%的检测,真正发挥了在线检测的作用。

4.2 双相机移动式三坐标测量系统

  在广泛用于汽车制造业的传统型三坐标测量机(CMM)和于九十年代崛起的便携式关节测量机之外,一种崭新原理的双相机移动式三坐标测量系统显示了其独特的、十分实用的性能。完全不同于常规的摄象测量原理,该系统把CCD相机与摄象测量技术相结合,采用了一种独创的“智能化目标光源探测法”。被CCD相机探测到的光源(LEDS)嵌在光笔-测杆/探针上,通过三角测量法可准确地测出触点处的空间坐标。

  整个测量系统无可动部件,具有相当于CMM的功能,但量程大、精度高,使用简单、灵活,特别适合车间现场对大型覆盖件、车身的检测,以及通过测量,为大型工装的修正、调整提供依据。

4.3 光学三维传感器检测站

  一种以结构光学三维传感器为基础的高效、高精度检测站已在车身骨架、大型覆盖件100%的在线检测中显示出独特的优越性。被测工件首先由输送机构自动推入生产线上的测量工位,定位传感器将工件的真实位置送入计算机控制系统中,后者根据已经编制好的测量程序,自动控制在框架上的众多三维光学传感器中的每一个,对工件上的各关键部位进行检测。一般固定的传感器数量在10~30个,完成测量仅需20s左右,真正体现了高效率、高精度的特点。

  为提高车身骨架、大型覆盖件的监控水平,实现100%的在线检测,以结构光学三维传感器为基础的高效、高精度“检测站”逐步在汽车制造业扩大应用。被测工件首先由传输装置自动送入生产线上的测量工位,定位传感器将工件的真实位置送入计算机控制系统中,后者根据已编制好的测量程序,自动控制安装在框架上众多光学三维传感器中的每一个,对工件上的各关键部位进行检测。

4.4 激光跟踪仪

  另一种新颖坐标测量技术——激光跟踪测量也在近年进入了汽车制造业。实现此项技术的激光跟踪测量仪由结构紧凑的跟踪头和控制器组成,前者的核心是一个安装在回转水平轴上的激光头,采用高稳频的氦氖激光器。当将一个普通的目标靶,如一个小钢球放在激光束的前面,仪器的检测系统将采用三维跟踪模式,产生X、Y、Z位置坐标值。它的测量距离最大可达35m,最大跟踪速度达3m/s,分辨力1μm,系统精度25~50μm。由于仪器采用绝对测量模式,通过激光束锁定光学目标后立即测量,因此用途很广,效率也高。可用于汽车厂大

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