王國輝 雷良育,2 胡峰 孫崇昆 荊家寶

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院；2.浙江兆豐機(jī)電股份有限公司）

現(xiàn)在越來越多的汽車企業(yè)已實(shí)現(xiàn)輪轂軸承的自動(dòng)生產(chǎn)和自動(dòng)檢測，體現(xiàn)了高效化、智能化與柔性化[1-2]。汽車輪轂軸承裝配線在線自動(dòng)檢測技術(shù)具有非接觸、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足軸承在線生產(chǎn)的需求[3-4]。汽車輪轂軸承裝配高檢測精度直接關(guān)系到軸承出廠質(zhì)量和輪轂軸承使用壽命的長短[5]13。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]中主要闡述了雙列圓錐滾子軸承裝配高的測量方法，并沒有實(shí)際的檢測設(shè)備來驗(yàn)證。從大量相關(guān)文獻(xiàn)的分析來看，主要集中在對(duì)汽車輪轂軸承裝配高的檢測方法進(jìn)行改進(jìn)和闡述，很少對(duì)軸承裝配高的自動(dòng)檢測裝置進(jìn)行深入研究和闡述。因此，文章根據(jù)人工檢測的方法，提出一種汽車輪轂軸承裝配高在線自動(dòng)檢測的系統(tǒng)裝置，并通過對(duì)測試到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸納，得出該種型號(hào)下的汽車輪轂軸承裝配高分布的規(guī)律，從而為汽車輪轂軸承生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)及檢測方法

1.1 裝配高自動(dòng)檢測方法

國家標(biāo)準(zhǔn)[8-9]規(guī)定了圓錐滾子軸承裝配高測量的2 種方法，文章主要介紹圓錐滾子軸承裝配高檢測常用的一種人工測量方法，并將此方法運(yùn)用到汽車輪轂軸承裝配高的檢測中，如圖1 所示。

圖1 汽車輪轂軸承裝配高的人工測量示意圖

人工測量的具體方法為：使用距平臺(tái)一定高度的量塊或標(biāo)準(zhǔn)件將量儀校準(zhǔn)對(duì)零。然后支撐住汽車輪轂軸承的內(nèi)圈基準(zhǔn)端面，并確保軸承滾動(dòng)體與滾道相接觸。一般情況下，對(duì)于圓錐滾子軸承，應(yīng)保證滾動(dòng)體與內(nèi)圈背面擋邊和滾道相接觸。然后，將一個(gè)已知高度的平板置于外圈基準(zhǔn)端面，再施加一個(gè)穩(wěn)定的中心軸向載荷，載荷值按照輪轂軸承裝配高測量所需的基本載荷來設(shè)置，并將指示儀置于平板的中心，接著旋轉(zhuǎn)軸承外圈若干次，一定要確保達(dá)到最小寬度，讀取指示儀讀數(shù)[5]。

文章設(shè)計(jì)的汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測方法為：首先手動(dòng)接通主電源開關(guān)，準(zhǔn)備接通氣源，將氣源處理器的壓力調(diào)至0.4～0.6 MPa，并確認(rèn)各動(dòng)作工作處在原位位置。循環(huán)方式選擇在自動(dòng)擋，然后經(jīng)控制界面設(shè)定好生產(chǎn)工藝的相關(guān)參數(shù)。設(shè)置完成后，整個(gè)檢測系統(tǒng)啟動(dòng)，單列的汽車輪轂軸承經(jīng)過氣缸搬運(yùn)到達(dá)稱重檢測工位，瞬間進(jìn)行稱重檢測，同時(shí)經(jīng)氣缸搬運(yùn)到達(dá)裝配高檢測工位，進(jìn)行裝配高檢測，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元進(jìn)行對(duì)比分析，最后判斷是否合格，NG（不合格品）自動(dòng)排出，最后經(jīng)氣缸搬運(yùn)到下一工位。

汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測的系統(tǒng)工作流程圖，如圖2 所示。

圖2 汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)工作流程圖

1.2 檢測裝置結(jié)構(gòu)

汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)是由組件推料機(jī)構(gòu)、裝配高檢測機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、NG 排料機(jī)構(gòu)、控制面板等部分組成，其整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測裝置結(jié)構(gòu)圖

2 汽車輪轂軸承裝配高的檢測位置

汽車輪轂軸承的裝配高檢測對(duì)評(píng)估軸承的質(zhì)量安全及壽命具有重要作用。根據(jù)某車型輪轂軸承的大致結(jié)構(gòu)，可以確定裝配高檢測系統(tǒng)所要檢測對(duì)象的具體位置。由于圓錐滾子軸承都是成對(duì)使用，所以汽車輪轂軸承由2 個(gè)單列的圓錐滾子軸承組成。汽車輪轂軸承裝配高檢測的具體位置，如圖4 所示。

圖4 汽車輪轂軸承裝配高檢測的具體位置示意圖

3 檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)由動(dòng)作程序控制、裝配高測量、接口模塊3 個(gè)重要的部分組成[10]。其中磁性開關(guān)、按鈕、電磁閥及執(zhí)行氣缸等一系列元件共同構(gòu)成了系統(tǒng)動(dòng)作程序控制的主要部分。工控機(jī)、電感傳感器、電感測微儀、數(shù)據(jù)采集卡共同構(gòu)成了汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)的測量部分。最后按照硬件連接原理，二者通過I/O 的接口模塊技術(shù)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的裝配高硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖5 所示。

圖5 汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

4 檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)的軟件主要由系統(tǒng)動(dòng)作程序控制和裝配高測量2 個(gè)重要部分組成。首先人為設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，通過該軟件系統(tǒng)的下位機(jī)對(duì)相關(guān)元件發(fā)出控制信號(hào)，控制檢測機(jī)構(gòu)完成主要?jiǎng)幼鳎蝗缓笸ㄟ^工控機(jī)接收下位機(jī)傳來的測試數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)采用數(shù)據(jù)濾波；最后通過與設(shè)定的合格標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)分析得出結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析處理，生成圖像，并儲(chǔ)存結(jié)果以便查看。汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，如圖6 所示。

圖6 汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

開發(fā)的系統(tǒng)軟件主控界面，如圖7 所示。軟件系統(tǒng)主控界面主要包括5 個(gè)重要組成部分：1）檢測機(jī)的主要名稱、檢測機(jī)檢測信息提示區(qū)；2）檢測機(jī)主要內(nèi)容區(qū)域：檢測的軸承型號(hào)等需在參數(shù)設(shè)置界面輸入，輸入完畢保存后即可自動(dòng)生成到對(duì)應(yīng)的顯示框中，如圖7 中的“型號(hào)”所示；3）數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計(jì)分析區(qū)域：采樣參數(shù)均為實(shí)時(shí)采樣參數(shù)，正常打開測控軟件即可進(jìn)入采樣監(jiān)控狀態(tài)，主要包含兩通道周期時(shí)間、檢測軸承合格率、測試的總數(shù)量；4）驅(qū)動(dòng)啟停與運(yùn)行狀態(tài)區(qū)域：該區(qū)域圖標(biāo)既是按鈕也同時(shí)具有驅(qū)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)顯示的功能，主要有原點(diǎn)NG、停止循環(huán)、日光燈按鈕；5）主控區(qū)域：有開機(jī)畫面、主畫面、手動(dòng)畫面、參數(shù)、模式、診斷分析6 個(gè)按鈕，診斷分析按鈕為檢測機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)按鈕，參數(shù)設(shè)置及各必要驅(qū)動(dòng)項(xiàng)啟動(dòng)后，點(diǎn)擊“開始”，系統(tǒng)啟動(dòng)并按照設(shè)置程序進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

圖7 汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件主控顯示界面

5 檢測數(shù)據(jù)分析

由于單一的檢測試驗(yàn)完全沒有參考價(jià)值，為驗(yàn)證汽車輪轂軸承裝配高自動(dòng)檢測系統(tǒng)的有效性，在此運(yùn)用對(duì)比試驗(yàn)法來驗(yàn)證，即與實(shí)際的某車型圓錐滾子軸承檢測相比較。根據(jù)企業(yè)內(nèi)HZF 汽車輪轂軸承單元試驗(yàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)（HZF-HDJ-801003），某車型圓錐滾子軸承裝配高的合格標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍，如表1 所示。

表1 某車型輪轂軸承合格標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表 μm

點(diǎn)擊系統(tǒng)裝置主控界面中的汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)診斷分析按鈕，提取得到某車型軸承部分檢測數(shù)據(jù)。經(jīng)過檢測機(jī)統(tǒng)計(jì)分析歸納，得出數(shù)據(jù)分析曲線圖，如圖8 所示。從圖8 可以看出，每個(gè)點(diǎn)代表1 個(gè)軸承裝配高，同時(shí)也代表1 個(gè)產(chǎn)品，曲線波峰偏高或者波谷偏低為不合格。

圖8 汽車輪轂軸承裝配高曲線分析圖

根據(jù)圖8 可以得出：1）該汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)確實(shí)可以根據(jù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)來測得相應(yīng)序號(hào)軸承的裝配高。2）從圖8a 可以看出，單列軸承A 裝配高檢測的序號(hào)為15，20，21，25，28，35，38 的產(chǎn)品為不合格品，由此來看凸峰比較大的為不合格品，廢品率為17.5%；從圖8b 可以看出，單列軸承B 裝配高主要有峰谷較低的反應(yīng)異常，軸承序號(hào)為17，20，21，25，28 的產(chǎn)品為不合格品，廢品率為12.5%；將合格品進(jìn)行單列軸承A 和B 裝配，從圖8c 可以看出，在曲線最低谷和最高峰存在不合格品，分別為裝配后序號(hào)為3，8，11，20，25，30 的產(chǎn)品。

6 結(jié)論

隨著軸承技術(shù)的發(fā)展，特殊的檢測要求增加，軸承專用儀器無法直接測量的情況經(jīng)常發(fā)生，文章以某公司最新研發(fā)的汽車圓錐滾子軸承為例，結(jié)合汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)及裝置的原理和結(jié)構(gòu)得出：

1）從汽車輪轂軸承裝配高檢測系統(tǒng)裝置的在線實(shí)際檢測結(jié)果來看，該裝置將以前的人工檢測方法融入其中，解決了人工檢測帶來的誤差和不精準(zhǔn)性問題，提高了汽車輪轂軸承裝配高檢測的精度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

2）從該系統(tǒng)的檢測結(jié)果看，系統(tǒng)的測量精度完全滿足裝配高的檢測精度要求，同時(shí)該系統(tǒng)能夠快速地實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測，給加工產(chǎn)線和技術(shù)人員提供了有價(jià)值的參考，也提出了更高的加工要求，為該型號(hào)輪轂軸承的使用壽命和出廠質(zhì)量提供了保證。

3）該系統(tǒng)對(duì)汽車輪轂軸承裝配高不合格品采用曲線峰谷來顯示，給檢測人員識(shí)別帶來困難，后續(xù)將繼續(xù)改進(jìn)該系統(tǒng)，使用更加易識(shí)別不合格品的方法，為軸承裝配高檢測帶來更大的便利和提供參考價(jià)值。