車輛盤式制動器裝配防錯技術研究

苗　卉，范金輝，吳興堯

（1.浙江亞太機電股份有限公司，浙江 杭州 311203；2.東華大學，上海 201620）

車輛盤式制動器在裝配過程中容易出現錯裝、漏裝等問題，即使加強操作人員的培訓及獎懲，也不能防止由于人為疏忽造成的錯誤。防錯技術在裝配工藝中的有效應用不僅可以防止錯誤發生，也可以降低生產成本。本文將從緊固件的擰緊，零件的壓裝，零部件漏裝、反裝、錯裝這幾個方面研究裝配控制方法和參數設置。

1　緊固件擰緊控制方法

軸向夾緊力采用電動擰緊機進行螺栓的裝配，扭矩一般有三種控制方法：

（1）扭矩控制法。是最簡單、成本最低的控制方法，但是該方法擰緊精度較低，不能充分發揮材料的潛力，易受溫度、螺紋精度等因素影響，此種方法已經較少應用在安全件的擰緊上。

（2）扭矩-轉角控制法。首先將螺栓先擰到一個不大的扭矩，再從這一點開始，擰一個規定角度的控制方法[1]。該種方法是基于一定的角度，使螺栓產生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了，其結果產生一定的螺栓軸向預緊力的關系，經過研究發現這種關系大致成比例關系，因而通過研究扭矩、角度、電機轉速各自的控制關系（如圖1~圖3），收集大量的工藝驗證數據，分析得到規定角度，采用這種擰緊方法，可以提高螺栓擰緊精度，而且數值波動范圍較小，集中分布在平均值附近。利用角度異常報警，可以辨別異常物料和異常操作，如圖4所示，達到不合格產品流出的目的。該種方法是汽車行業目前應用較多的擰緊方法。

（3）伸長量法。這種控制方法目前精度最高，但因為其成本較高，一般應用在高端品牌發動機或其它特殊應用的場合。

圖1　扭矩-角度控制關系圖Ⅰ

圖2　扭矩-角度控制關系圖Ⅱ

圖3　電機轉速控制關系圖

圖4　扭矩-角度判斷區域圖

2　零件壓裝控制方法

滾針軸承、限位銷、孔用擋圈等零件壓裝均運用壓力和位移傳感器控制壓裝質量。下面以滾針軸承（如圖5）壓裝過程為例，研究壓力-位移曲線監控方法，實現壓裝過程的防錯。通過做大量的壓裝試驗，PLC控制系統實時采集壓入力及壓入行程數值，分析數據得到過盈量及配合面都較小以及過盈量及配合面粗糙度都較大情況下的壓力-位移曲線，定義為壓力-位移曲線上控制限和下控制限（如圖6），然后將上控制限和下控制限的曲線輸入到壓裝系統的工控機中，作為工藝參數固定下來，實現對所有滾針軸承壓裝過程的監控。只有當實際壓力-位移曲線處于上控制限和下控制限之間時，工控機才判定壓裝過程為合格，否則說明滾針軸承或底孔尺寸存在超差情況，工控機會判定壓裝過程為不合格，這就是應用壓力-位移曲線實現防錯的原理。

圖5　軸承壓裝示意圖

圖6　壓力-位移曲線上下控制限

3　零部件漏裝、反裝、錯裝的控制方法

盤式制動器是保證汽車安全的重要零部件，裝配過程中，一些內部較小零件如果出現漏裝、反裝或錯裝的現象，有些在后工序采用探測手段也很難探測出來，給客戶帶來非常大的安全隱患。在視覺系統應用之前，這些基本上是靠人的肉眼、手感來完成，由于工作量大、內容枯燥，即使加強操作人員的培訓及獎懲，也不能防止由于人為疏忽造成的錯誤。但是視覺系統是使用機器代替人眼對零件的漏裝、反裝及錯裝進行探測及報錯，能夠不知疲勞、穩定持續的運行。

一般來說，視覺系統包括照明系統、相機、圖形采集卡、圖像處理系統等。照明是影響視覺系統輸入的重要因素，它直接影響輸入數據的質量和應用效果[2]。由于沒有通用的照明裝置，所以針對每個特定的應用場合，要選擇相應的照明裝置，以達到最佳效果。相機：按照不同標準可分為標準分辨率數字相機、模擬相機等。要根據不同的實際應用場合選不同的相機。圖像采集卡決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數字等等。視覺處理系統集采集卡與處理器于一體。以往計算機速度較慢時，采用視覺處理器加快視覺處理任務。

下面以活塞內件反裝、漏裝（如圖7）的檢測為例介紹視覺檢測技術。在活塞內件里面皮碗和錐形彈簧容易反裝，平面軸承及平墊片容易漏裝。視覺系統通過各零件的投影不同（如圖8）判斷各零件是否有反裝、漏裝。

圖7　活塞各組件示意圖

圖8　活塞內件投影圖

該視覺系統主要操作流程為：

（1）把活塞組件放在定位工裝上，光敏傳感器判斷活塞組件已放置到位，PLC發送信號觸發視覺系統；

（2）視覺系統啟動對零件進行拍攝；

（3）圖像采集完成后，對圖像進行預設處理；

（4）與標準圖片進行比較，實際圖形超出標準圖片判斷范圍，即判斷為不合格件，并顯示不合格位置信息；

（5）用聲光報警的形式提示操作人員，且設備無法進行下一動作，必須處理完不合格零件，手動復位后方可進行下一步操作。

該視覺系統的應用，不僅結構簡單，操作方便，并且可以實現穩定、連續、可靠的進行各零件裝配的檢查，有效克服人工裝配帶來的反裝、漏裝等不良，幫助企業提升產品品質，提高了生產效率，節約生產成本。

4　結束語

總之，應用更多的防錯技術，可以減少浪費，保證產品質量，降低制造成本的目的。但防錯技術的應用需要根據實際情況而定，如果使用不當，則可能掩蓋生產中出現的缺陷，造成更大的浪費。人會因疏忽犯錯，設備也會因為故障或誤操作不按照規范工作，因此在防錯技術的使用過程中必須對防錯裝置進行定期的點檢和維護，才能保證防錯系統正常運轉，真正起到防錯的作用。