激光在自動化夾具的應用

馬 驥，程曉輝

1.上海振華港口機械有限公司，上海 201913

2.江西農業工程職業學院，江西樟樹 331200

隨著現代化工業化的發展，工裝夾具的作用越來越明顯，有時對一個產品的技術要求起到決定性的作用。高效、可靠的夾具可以保證產品質量穩定，從而減少報廢及節約生產成本。本文就打印機碳粉刮刀測量夾具的設計過程，說明激光在直線度德檢測夾具中的作用及激光在自動化夾具中的應用。

打印機碳粉刮刀是打印機布置碳粉后，用刮刀刮成均勻，如圖1所示。該產品選用T=2.0MMSUS430-NO.2B不銹鐵。此類碳粉刮刀產品屬于打印機的核心部件，技術要求高，對打印機的質量直接產生重要影響。如果關鍵技術要求不合格的零件裝在成品機上導致整機不合格流入市場，后果十分嚴重。所以要求務必設計出可靠的生產過程和生產設備，通過對產品圖紙的分析，確認直線度參數是該產品的一個重要的技術要求，直接影響打印機的打印效果，所以務必保證此要求。

圖1

圖2

由于該產品還要求刃口的表面光潔度，故對刃口的加工選用數控銑床加工。銑床加工可以滿足表面光潔度要求。直線度0.05mm的技術要求由于產品狹長，且材料選用不銹鐵的關系，彈性變形大，在銑銷加工過程中，易發生彈性變形，變形過程如圖三所示。雖然可以通過調整銑銷曲線進行調整，但由于不同批次不銹鐵材料，彈性系數會有差別，甚至同批次不同位置（如料頭，料尾與料中間）的材料彈性系數也有差別，而這些差異導致變形量的差異，從而影響直線度。由于直線度的規格為0.05mm，且產品長度為325mm,屬高精度要求，所以在在整機裝配前，必須保證零件全部合格，必須對直線度實施全部檢查，保證產品100%合格。

圖3

面對這一嚴格的要求，必須確認設計方案，并付諸實施。目前檢查直線度的設備或方法通用的有兩種：一種是將產品放在平臺上，檢查部位與平臺平齊，用塞尺賽兩者間的間隙，從而確定直線度。如圖四所示。這種方法認為誤差大，只適用于要求比較低的情況，顯然不適應我們當前的要求。另一種方法是用兩個直徑相同的針規（或等高塊規）放在平臺上，產品垂直放置在兩針規（或高等塊規）上，然后用合適的針規檢查，如圖五所示。這種方法效率較低，且如果工人長期操作，因疲勞，情感等因素的影響，可靠性達不到100%的質量要求，因此必須設計專用檢測夾具。通過查找相關資料以及部分設備制造商（如基恩士公司）了解初步確定兩個設計方案：第一種是常規接觸式：即將產品放在兩個等高塊上，用千分表的表頭在產品研磨面上拖動，讀取最大值和最小值，相減即是產品的直線度。這種方法的優點是結構簡單，夾具費用低，精度也較高，缺點是表頭由于經常與產品接觸，容易磨損夾具的儲備精度不足，測量結果受表頭磨損程度不同差異也不同。第二種方案是選用非接觸式，在夾具中應用激光，選用激光傳感器，利用激光穩定，不分散的特點，且因不接觸無磨損誤差，儀器本身帶來的誤差小，幾乎可以忽略不計。這種方案的特點是生產效率高，工人勞動強度小，精度高，且精度不會隨便用次數的增多而降低，配予氣壓傳動和報警器，自動化程度高。

圖4

圖5

設計方案確定后，接下來進行具體的設計過程。首先分析激光傳感器的工作過程。激光傳感器有3個不分組成，如圖六所示：激光發射器，激光接收器，激光信號處理器。激光發射器的作用是發射激光，激光信號處理器的作用是將激光接收器接收的激光信號進行處理，然后將處理結果輸出到儀器的顯示屏上。為了減輕操作的勞動強度，可以將激光信號處理器處理結果輸出報警器上，并設定輸出的直線度為0.05mm以內為合格，報警器不報警，輸出的直線度為0.05mm以上為不合格，報警器報警，激光發射器和激光接收器成對安裝，往復運動是通過氣壓傳動來實現的。

圖6

從上面分析，激光傳感器是通過對零件的投影，從而測量外形尺寸。所以為了測量碳粉刮刀的直線度，必須使工件與其他裝置組成一個外形，如圖七所示。假設理論直線度偏差為0，工件的刃口邊和理論直線組成一條狹縫，激光通過狹縫發射到激光接收器，如果刃口直線度有偏差，反映出的狹縫的寬度就有偏差，激光信號處理器受到激光接收器傳過來的信號，經程序處理后就變成工件直線度的大小，所以必須設計一條理論上直線度為0的參考直邊，選用材質為T8的工具鋼經熱處理50-55HRC硬度，用大水磨床將參考直邊的直線度誤差控制在0.002mm以下，如圖七所示。兩頭設計成相等高度，等高的標準針規旁邊安裝強力磁鐵，由于SUS430-NO.2B不銹鐵帶磁性，依靠強力磁鐵作為夾具的規定作用，可實現快速取放。

圖7

圖8

綜上所述，傳統接觸式夾具，因為工作過程互相接觸，隨便用次數的增多，磨損程度越來越大，夾具精度就越來越低，誤差也越來越大。而非接觸式夾具應用激光穩定不分散的特點，且在使用過程中，精度一直保持穩定，不隨此夾具的使用次數增多而降低。此夾具的特點是操作方便，只要將工件放在夾具的指定位置，有不合格產品時，報警器報警，可以很容易將不合格產品分開。激光傳感器通過氣缸驅動就可實現往復運動，單行程即可完成一次測量，效率很高。激光除在這類直線度要求高的夾具中使用，還可在平面度，圓的外徑，以及外形尺寸等的高精度測量夾具同樣可以廣泛應用。

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