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    1. abs齒圈缺陷檢測裝置設計及檢測方法和實驗

      ABS防抱死系統的定義
      防抱死制動系統﹙anti-lock braking system,ABS﹚是保障乘坐人員和車輛安全的重要裝置。
      ABS齒圈的作用和重要性
      為使ABS處于正常工作狀態,必須使其測速傳感器獲得準確的輪速信息,而輪速信息則是由與車輪同步回轉的齒圈提供。因此,齒圈的制造誤差和缺陷就成為能否獲得正確的輪速信息的關鍵環節。因齒圈不合格而造成的故障在ABS常見故障中占有相當的比例。因此,汽車ABS測速傳感器齒圈﹙簡稱 ABS齒圈﹚的性能參數至關重要。
      傳統ABS齒圈缺陷檢測方法優缺點及解決方法
      ABS齒圈為大批量生產零件,其生產工藝常用粉末冶金方法,即將鐵粉與相關配料及液體混合攪拌,再模壓成型后燒結。其中,模具尺寸、工藝參數、裝夾引起的破損 等因素都會造成 ABS 齒圈表面缺陷,主要缺陷有氣孔、塌邊、積液、劃痕、節距誤差等。目前,生產線上的質量檢測采用人工目視方法,勞動強度大、效率低,人眼疲勞使誤檢率高。此外,檢驗人員存在嚴重的視力損傷問題。為此,采用自動化的檢測手段取代人工已成為急需解決的問題。
      自動化ABS齒圈缺陷檢測方法的設計和實驗
              本文提出ABS齒圈缺陷的自動檢測方法,目的在于解決該類零件的快速檢測與分選問題。
      1、缺陷檢測系統的設計
      1. 1缺陷檢測原理
              由于 ABS 測速傳感器齒圈缺陷無法直接測量,根據ABS齒圈自身的結構特點和工作方式,提出雙重轉換測量 方法,先將齒圈缺陷測量轉換為齒圈節距誤差測量,再采用“長度—時間”轉換測量方法,既將齒圈節距誤差測量轉換為電脈沖寬度的測量。
              首先,系統選用兩個數字光纖傳感器實現檢測,合理設置齒圈與傳感器的相對位置,如圖1 所示使傳感器1發出的光束照射到齒頂時接收到的反射光最強,以及傳感器2發出的光束照射到齒底時接收到的反射光最強。傳感器和光電開關信號輸出如圖 2所示。

              其次,被測 齒圈在旋轉電機帶動下以 ω轉速勻速旋轉,將其波動記為 Δω,系統通過單片機捕獲2只傳感器輸出的高電平信號并計算其脈寬Ti為Ti = Ta + T ﹙1﹚
              式中Ta,Tb為傳感器1和傳感器2輸出的高電平脈寬。根據脈寬和旋轉電機轉速可計算齒距大小。
              ABS齒圈的齒距與脈寬的關系式為:Di = ∫ωrdt  + ∫Δωrdt﹙2﹚
              式中,Di為第i個齒的齒距mm,ω為旋轉電機轉速r/s;r為節圓半徑mm,ti為脈寬周期Ti的起始時間,ti + 1為脈寬周期Ti的結束時間,t為物理量。
      當旋轉電機以ω0勻速旋轉,被測ABS齒圈的齒數為n,且齒圈的節圓半徑 r 作為常量r0,則式﹙2﹚可表示為
      Di = ω0 r0 Ti + r0 Δ ωdt  ﹙3﹚
              系統設計保證了齒圈勻速旋轉,波動轉速Δω相對ω0 可忽略不計,則第i個齒的齒可表示為Di = ω0 r0 Ti ﹙4﹚
              根據式﹙4﹚、式﹙5﹚可得節距誤差計算公式為
                      n
                  nTi —∑Ti
          P =   i = 1 × 100 % ﹙6﹚
                   ∑Ti i = 1
              又因為傳感器周期 Ti 的最值計算公式為
              Tmax = max﹙T1,T2 ,...Tn﹚
              Tmin = min﹙T1,T2,...Tn﹚ ﹙7﹚
              式中Tmax為最長的時 間 周 期,Tmin為 最 短 的 時 間 周 期,max﹙﹚為求最大值的函數,min﹙﹚為求最小值的函數。
              齒圈的最大節距 Dmax為
              Dmax = ω0 r0 Tmax ﹙8﹚
              齒圈的最小節距 Dmin為
              Dmin = ω0 r0 Tmin ﹙9﹚
      最大節距誤差,比對計算值與誤差允許值,判斷被測齒圈合 格與否。但是,缺齒、積液 、黑點、塌邊、劃痕等齒圈缺陷會 影響傳感器的接收光強,使得傳感器的輸出電平信號發生 改變,如果齒圈存在塌邊、積液等缺陷,計算所得的節距誤差會比較大。 
      因此,本文通過計算節距誤差大小判斷齒圈 是否存在缺陷,若測得最大節距誤差大于誤差允許值,則可 以判斷被測齒圈存在缺陷,不符合出廠需求。
      1. 2 缺陷檢測系統的結構
              汽車 ABS 測速傳感器齒圈缺陷檢測系統的結構如圖3所示,PC用于輸入ABS齒圈齒數和顯示齒圈的性能參數。

      2、缺陷檢測系統的組成
      2.1技術指標要求

      1﹚齒圈測量效率可達 12 s / PCS;

      2﹚齒圈誤檢率不大于1 % ;

      3﹚合格齒圈的最大誤差允許值不大于 8 % ;

      4﹚具有良 好的人機對話途徑﹙包括顯示與按鈕﹚。

      2. 2 機械結構示意圖如圖4所示。

       

              檢測過程:當傳感器處于起始位置且旋轉電機勻速旋 轉時,數字光纖傳感器通過掃描被測齒圈輸出數字信號,單 片機實時采集并處理傳感器輸出信號。根據光電開關判斷 檢測完一圈之后,直線步進電機帶動下傳感器向下移動一個單位并開始下一個位置的掃描檢測。當直線步進電機帶 動傳感器從上到下移動了10次時,既從齒圈齒面的最上端至最下端,則完成了對 ABS齒圈齒面的全面自動掃描檢測。

              當裝置檢測完一個齒圈,并更換下一個待測齒圈重新 檢測時,傳感器的位置已處于最底端,此刻不需要斷電或者 復位讓傳感器歸到起始位置,而是直接按啟動按鈕開始檢 測,直線步進電機會自動更換移動方向,從下到上移動,檢測方向變為從齒面最下端至最上端,提高了檢測效率。

      2. 3 硬件電路
              系統的硬件電路的原理框圖如圖 5 所示[5~ 7]。

      2. 3. 1 傳感器的選擇
              選日本 Panasonic FD—EG31 反射型光纖[8]與 FX—MR3 光纖聚焦鏡、FX—501 數字光纖放大器配套使用,可實現微小物體和缺陷檢測[9],其中心檢測距離為﹙7. 5 ± 0. 5﹚mm,光點直徑約為0. 15 mm,透光束線直徑為0. 125 mm。
      2. 3. 2 信號采集電路與電機驅動電路
              光纖傳感器輸出的是數字信號,高電平為24 V,低電平為 0 V,單片機的工作電壓為 3. 3 V,因此,通過信號采集電 路將傳感器輸出的信號轉換為單片機能接收的信號。
      檢測過程中,旋轉電機帶動被測齒圈轉動,負載小,系 統選用 Microstep  Driver  M542—DSP 超低慣量電機驅動器, 可以 滿 足 要 求。 通 過 74LS04 反 相 器 向 電 機 驅 動 器 的 PULSE,DIR 口輸入脈沖信號,以控制電機的速度和方向。
      2. 4 軟件程序
      2. 4. 1上位機軟件
              上位機軟件采用LabVIEW軟件編寫,具有齒數設置、ABS齒圈合格指示燈、節距誤差允許值設置、ABS齒圈最大節距誤差顯示及電機啟動控制等功能。
      2. 4. 2下位機軟件
              下位機軟件采用C語言編寫,開發環境為IAR Embed- ded Workbench IDE。采用模塊化設計思想,包括數據采集、 數據處理、串口通信、電機控制等模塊。首先,系統進行初 始化、輸入被測齒圈齒數及直線步進電機自動歸位;其次, 旋轉電機啟動并達到勻速;最后,單片機實時采集、處理檢 測數據并控制旋轉電機與步進直線電機運轉。
      3、缺陷檢測系統實驗
              實驗之前,取2個型號一樣的 ABS 齒圈作為待測齒 圈,齒圈齒數為46,半徑r = 82 mm。用所研制的檢測系統對待測齒圈進行檢測,當旋轉電機以100 r / min的轉速勻速轉動時,重復測量待測齒圈20次檢測裝置實物圖如圖6所示。根據式﹙4﹚~ 式﹙12﹚計算可得出對應的最大節距誤差,數據如表1所示。

              經實際測試20次,結果可知,1#齒圈的最大節距誤差為 5 %~ 7 %且均小于最大允許誤差,故判斷其為合格齒圈;2#齒圈的最大節距誤差為10 % ~ 14%且大于最大允許誤 差,故判斷此齒圈存在缺陷,為不合格齒圈。從測試結果還可以看出:測量數據的穩定性較好,合格齒圈與不合格齒圈的測量結果有明顯的差異,系統可以根據計算得出的最大節距誤差來判定ABS齒圈是否存在缺陷。

              針對合格與不合格齒圈,經實驗分析得出其傳感器輸出信號的變化情況如圖7 所示。圖7﹙a﹚為檢測合格齒圈 時傳感器輸出的信號圖。圖7﹙b﹚、圖7﹙c﹚和圖7﹙d﹚分別為檢測不合格齒圈時傳感器輸出的信號圖,從圖中可以看出,當齒圈存有缺陷時,脈寬Ta或者Tb小于正常值,根據式﹙4﹚~ 式﹙12﹚可以知道不合格齒圈的節距誤差比合格齒 圈大。
              為了檢驗裝置的可靠性和正確率,利用所研究的檢測 裝置在正常生產環境下對 ABS 齒圈共 200 只產品進行了測試,測得合格齒圈數量為184個,不合格齒圈數量為16個。
      實驗表明:該測試系統的設計滿足要求,實現了全面自動檢測ABS齒圈,系統的檢測速度可達10 s / PCS,正確率大于等于99 % ,且檢測系統可靠性較高,穩定性好,可取代人工目視方法。
      小編總結:從上可以看出利用該缺陷檢測裝置可以充分替代傳統的人工檢測,并且可以大大提高abs齒圈缺陷的檢測率,并且還能提高效率。
       
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