張鳳娟，謝 彪

無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院尚德光伏學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214028

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)越來(lái)越多地進(jìn)入家庭，我國(guó)也已經(jīng)成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的國(guó)家。輪輞是組成汽車的主要部件之一，輪輞質(zhì)量的好壞，會(huì)直接影響到汽車的整體質(zhì)量。因此輪輞跳動(dòng)量自動(dòng)檢測(cè)裝置具有一定的研究意義。

當(dāng)前，全世界只有歐美等少數(shù)國(guó)家具備輪輞自動(dòng)檢測(cè)裝置[1]，且主要用于對(duì)高檔轎車車輪的檢測(cè)，但所需設(shè)備造價(jià)高昂。而國(guó)內(nèi)車輪行業(yè)內(nèi)，特別是在廣大的中小企業(yè)中至今還沒(méi)有統(tǒng)一檢測(cè)輪輞跳動(dòng)量的裝置，目前我國(guó)輪輞生產(chǎn)廠家的檢測(cè)主要有接觸式測(cè)量法和非接觸式測(cè)量法兩種[2-4]，但都存在一定的缺陷。本系統(tǒng)涉及一種輪輞跳動(dòng)量的檢測(cè)裝置，其可對(duì)輪輞的徑向及輻向的跳動(dòng)量進(jìn)行較精確的測(cè)量，對(duì)跳動(dòng)量的大小進(jìn)行判斷，并通過(guò)LED進(jìn)行顯示，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的數(shù)值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理與分析能力；軟件上設(shè)計(jì)了上位機(jī)的通信模塊，所以可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)接，便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與加工。此系統(tǒng)在車輪制造行業(yè)中具有很好的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件部分

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、信號(hào)編碼、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出等部分，系統(tǒng)框圖如圖1所示。該裝置將測(cè)頭與被測(cè)端面充分接觸，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輪輞依次轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，并將每次的端面跳動(dòng)量通過(guò)測(cè)桿、齒條、齒輪從而帶動(dòng)高精度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)經(jīng)一定的算法處理后即為被測(cè)輪輞的徑向、軸向跳動(dòng)數(shù)值，所得參數(shù)可通過(guò)與設(shè)定參數(shù)對(duì)比，以判定產(chǎn)品合格與否，亦可通過(guò)上傳至上位機(jī)，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的曲線或以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)與信號(hào)編碼

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)部分包括齒條、測(cè)桿、復(fù)位彈簧、側(cè)頭和滾輪等部分，與旋轉(zhuǎn)編碼器相連。齒輪齒條機(jī)構(gòu)位于測(cè)桿的中部，齒輪齒條機(jī)構(gòu)包括位于測(cè)桿上的齒條，齒條與旋轉(zhuǎn)編碼器的齒輪相嚙合，齒輪安裝于旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼器軸上；通過(guò)齒輪與齒條間的相互嚙合，能夠?qū)y(cè)桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)編碼器軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)編碼器輸出相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，能夠得到相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。

測(cè)桿對(duì)應(yīng)于設(shè)置測(cè)頭的另一端設(shè)有壓緊彈簧，壓緊彈簧套在測(cè)桿上，且壓緊彈簧的兩端分別與測(cè)桿上的兩個(gè)定位塊相接觸當(dāng)輪輞跳動(dòng)量檢測(cè)裝置安裝于相應(yīng)的檢測(cè)夾具上時(shí)，能夠通過(guò)壓緊彈簧使側(cè)頭的測(cè)量頭滾輪能夠保持與輪輞的滾動(dòng)接觸。

旋轉(zhuǎn)編碼器采用位以上的絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)檢測(cè)部分的齒條帶動(dòng)齒輪從而使編碼器輸出一定的編碼信號(hào)，由于使用的是絕對(duì)式編碼器，無(wú)需校準(zhǔn)。齒輪直徑為13mm，以目前市場(chǎng)上使用較多的日本多摩川編碼器為例，其單圈編碼器精度可達(dá)20位，若選用精度為12位，故可達(dá)212=4096線，故分辨率可達(dá)π.R/212，約為0.01mm，完全可以滿足輪輞的測(cè)量精度要求。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

輪輞通過(guò)輪輞夾具安裝于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)對(duì)應(yīng)于設(shè)置輪輞的另一側(cè)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)相連，步進(jìn)電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使輪輞跟隨步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。輪輞跳動(dòng)量檢測(cè)裝置通過(guò)檢查夾具安裝定位，且輪輞跳動(dòng)量檢測(cè)裝置的測(cè)量頭滾輪與輪輞滾動(dòng)接觸。當(dāng)被測(cè)鋼圈輪輞轉(zhuǎn)動(dòng)跟隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，由于輪輞表面的凸凹不平，測(cè)量頭滾輪驅(qū)動(dòng)測(cè)桿直線運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出一定的編碼信息，形成對(duì)輪輞跳動(dòng)量的檢測(cè)。

為了使步進(jìn)電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，控制器通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊與步進(jìn)電機(jī)相連，控制器可以采用單片機(jī)，從而形成單片機(jī)系統(tǒng)；旋轉(zhuǎn)編碼器與單片機(jī)系統(tǒng)相連后，形成圖1中的數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊及信號(hào)編碼模塊。單片機(jī)系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理模塊及上位機(jī)通訊模塊相連，單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端與顯示輸出模塊相連。單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)通訊模塊能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機(jī)的通訊。顯示輸出模塊可以采用LED模塊顯示輸出檢測(cè)量及計(jì)算數(shù)值。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。在定時(shí)中斷中處理任務(wù)，從而使得單片機(jī)CPU的利用率得到很大提高。主程序中單片機(jī)處于低功耗睡眠狀態(tài)，由看門狗定時(shí)中斷函數(shù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。

圖2 裝置測(cè)量流程圖

3 結(jié)論

本文描述了一種輪輞跳動(dòng)量檢測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)試證明了系統(tǒng)的可行性，本系統(tǒng)能有效地對(duì)輪輞的徑向及輻向的跳動(dòng)量進(jìn)行較精確的測(cè)量，測(cè)量頭滾輪與輪輞通過(guò)滾動(dòng)接觸測(cè)量，所以抗干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，避免了非接觸測(cè)量中鐵屑、毛刺及不同材質(zhì)等因素的干擾，可廣泛應(yīng)用于鐵圈、鋁圈等幾乎所有材料的輪輞跳動(dòng)測(cè)量；滾動(dòng)接觸測(cè)量時(shí)，接觸面大，摩擦小，可有效減小誤差；輪輞轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作可靠，精度高，實(shí)時(shí)性好。旋轉(zhuǎn)編碼器使用高精度絕對(duì)式光電編碼器；測(cè)量精度高，反應(yīng)速度迅速，而且容易實(shí)現(xiàn)批量化制造，精度也可以得到保證。

[1]Advantech Co.,Ltd.PLC-818 user's manual[Z]，2003.

[2]袁海兵.在線式汽車輪輞跳動(dòng)檢測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2011(11)：68-69.

[3]李國(guó)忠.淺析影響汽車輪轂跳動(dòng)的幾個(gè)因素[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007(5)：35-37.

[4]孫慧平，余紅娟，徐新民.智能型鋁輪精密檢測(cè)機(jī)檢測(cè)誤差分析及誤差分離與補(bǔ)償技術(shù)的研究[J].機(jī)床與液壓，2005(10)：129-132.

[5]Advantech Co.,Ltd.PLC-818 user's manual[Z]，2003.