吳 敏，張舜德

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

汽車頭枕支架零件光電檢測裝置的工裝系統(tǒng)構(gòu)建

吳 敏，張舜德

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

汽車頭枕支架表面質(zhì)量要求極高，在生產(chǎn)過程中要求對零件表面精度進(jìn)行檢測，現(xiàn)階段檢測方法采用人工肉眼檢測，這種方法已不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。為了解決現(xiàn)有汽車頭枕支架檢測技術(shù)的不足，系統(tǒng)采用CCD檢測技術(shù)對汽車頭枕支架進(jìn)行光電檢測。論文針對汽車頭枕支架零件光電檢測系統(tǒng)設(shè)計一套自動化工裝裝置，介紹了工裝裝置的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，并對定位正確性進(jìn)行建模與分析，利用有限元軟件進(jìn)行模擬仿真，該系統(tǒng)與現(xiàn)有人工檢測技術(shù)相比檢測一根零件要比人工檢測至少減少2道工序，系統(tǒng)每根檢測時間是現(xiàn)有人工檢測的1/4。

汽車頭枕支架；光電檢測；數(shù)學(xué)模型；誤差；塑性變形；工序；檢測時間

0 引言

汽車頭枕支架用于支撐汽車座位的頭枕部位，它分為三部分，如圖1所示。A區(qū)插入靠背的支架槽里，B區(qū)裸露在外面，C區(qū)套在頭枕里。在頭枕支架生產(chǎn)過程中，要對頭枕支架的尺寸、表面進(jìn)行檢測，A區(qū)檢測支架管的直徑是否合格，直徑偏大支架插不進(jìn)支架槽里，直徑偏小，支架與支架槽間隙過大，不能正常配合。B區(qū)檢測整個表面是否有劃痕、麻點、凹坑等瑕疵和卡槽是否過深、過淺、漏槽等問題，有一點點細(xì)小的瑕疵，整批產(chǎn)品都不合格。C區(qū)檢測兩根桿之間的間距是否合格，間距偏大頭枕套不進(jìn)，間距偏小，頭枕與支架之間間隙過大，頭枕產(chǎn)生松動。現(xiàn)階段的檢測方法完全靠人工肉眼觀察檢測，顯然，上述方法由于人直接參與檢測操作，不僅檢測精度低， 而且勞動強度大，已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)速度快、效率高（可達(dá)每分鐘上千件）、加工精度高（零件公差達(dá)微米級）等生產(chǎn)與技術(shù)要求[1]。

為了解決現(xiàn)有汽車頭枕支架檢測技術(shù)的不足，本文設(shè)計了一套利用CCD檢測技術(shù)進(jìn)行檢測的光電檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車頭枕支架零件的自動化檢測。該系統(tǒng)既可以提高檢測精度、檢測速度，又可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動生產(chǎn)成本，該系統(tǒng)在汽車頭枕支架零件檢測領(lǐng)域具有廣闊的前景。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

汽車頭枕支架的表面精度要求極高，因此在測量時要保證零件表面不能被劃傷。在零件檢測過程，由于采用的是圖像比對法，這就要求每根零件的安裝都要保證在精確的位置，否則比對結(jié)果就會不準(zhǔn)確。因此汽車頭枕支架光電檢測系統(tǒng)的最關(guān)鍵部位就是工裝裝置，既要保持定位的正確性和精準(zhǔn)性，又要保證零件在檢測過程表面不被劃傷。

圖1 汽車頭枕支架

該工裝裝置包括：底座、分度盤、定位裝置、夾緊裝置、氣缸、限位塊、彈簧、電機、齒輪、傳動軸、帶輪等組成。如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)圖

圖3 為定位裝置，由圓孔定位塊和2個V型定位塊組成，圓孔定位塊用來定位檢測桿，V型定位塊用來定位非檢測桿。在定位塊的表面裝有橡膠，以防止零件表面劃傷。定位裝置采用插槽式，可以伸縮，以利于定位不同型號的零件，三個定位塊采用螺釘固定，并固定在固定架上。這里采用三個定位塊，是因為一根支架檢測完后由人工將零件平行位移，將另一根支架桿放到圓孔定位塊中以進(jìn)行檢測。限位塊用來限制零件在安裝時的位置，以免工人在安放零件時位置產(chǎn)生偏差。限位塊的中心要和分度盤的中心重合。在限位塊和分度盤的中心開有圓孔，該孔用來校正中間圓孔定位塊、限位塊和分度盤的中心位置，當(dāng)檢測不同型號零件時，由于零件的間距尺寸不同，需要對定位裝置進(jìn)行間距調(diào)整，由于圓孔定位塊的中心要始終對準(zhǔn)分度盤的圓心，因此在進(jìn)行定位裝置調(diào)整時，在分度盤的中心安裝一根與檢測零件直徑相同的長支管，用其來定位圓孔定位塊的位置。當(dāng)檢測不同型號零件時，零件的直徑不同，可在圓孔中安裝套筒對圓孔直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3 定位裝置

夾具裝置采用彈簧夾緊，如圖2所示。在氣缸的作用下，推拉桿將夾緊裝置拉開，當(dāng)零件裝進(jìn)定位裝置后，氣缸松開，夾緊裝置在彈簧的作用下復(fù)位，將零件夾緊。氣缸松開的行程要大于拉開的行程。氣缸的推拉桿與夾緊裝置聯(lián)接處采用T型卡槽的形式，氣缸在松開后，夾緊裝置隨分度盤進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一圈后，夾緊裝置回到初始位置與推拉桿重合進(jìn)行下一次推拉。

2 系統(tǒng)建模與分析

汽車頭枕支架光電檢測，是將檢測零件圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行比對，若零件在定位時存在偏差，則比對結(jié)果會失真，影響檢測結(jié)果，因此零件定位的準(zhǔn)確性顯得至關(guān)重要，必須采用定位原理進(jìn)行判斷。

2.1 定位原理數(shù)學(xué)模型

定位原理的數(shù)學(xué)模型為：

為定位雅可比矩陣。

2.2 工件的定位方案

由于定位元件制造與安裝均有誤差，工件制造也存在誤差，勢必造成工件在定位時產(chǎn)生偏移。工件定位方案數(shù)學(xué)模型：

圖4 工件的定位方案

工件的定位雅可比矩陣為：

經(jīng)計算得雅可比矩陣的秩rank（J）=3。

2.3 定位點相對相機的位置偏移確定

通過計算，工件在 xw，yw，γw方位的偏差分別為±0.035，±0.035，±0.000935，此偏差在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求。

表1 定位接觸點法向量與坐標(biāo)

表2 定位點與相機的坐標(biāo)

3 仿真與分析

工件在檢測過程中將受到重力、離心力、夾緊力等外力的作用，工件在外力作用下會產(chǎn)生局部變形，從而引起工件的位置偏移。因此需要判斷工件在檢測過程是否滿足生產(chǎn)要求。

表3 關(guān)鍵零件選用材料的力學(xué)性能

利用有限元軟件可以計算出工件在檢測過程的塑性變形，工件在工作時主要承受軸向載荷，軸向載荷按6000N設(shè)計。對工件進(jìn)行有限元分析，得到工件的應(yīng)力云圖，如圖5所示。從工件的應(yīng)力云圖可以看出，最大的 Mises應(yīng)力為22.6MPa，小于工件材料45的屈服強度353Mpa，工件不會產(chǎn)生塑性變形。 所以， 設(shè)計的結(jié)構(gòu)符合承載要求。

圖5 零件應(yīng)力圖

4 工況分析

現(xiàn)以寧波某公司為例分析系統(tǒng)工況。該公司現(xiàn)每天工作10小時，每星期工作6天，按照公司2011年4月到2012年3月一年的產(chǎn)量，經(jīng)計算得到公司的檢測數(shù)據(jù)表如表4所示。

現(xiàn)人工檢測的工序包括：人工上料及肉眼觀察、套環(huán)檢測、檢具檢測、人工套膜，下料等6個工序左右，每道工序一個人即需要6個人，平均每道工序時間約為8秒。

表4 某公司2011年-2012年檢測數(shù)據(jù)表

系統(tǒng)檢測內(nèi)容：套環(huán)檢測，檢具檢測等工序。

系統(tǒng)檢測工序包括：人工上料、系統(tǒng)檢測、人工套膜及下料，系統(tǒng)需三道工序，需要工人2人，每道工序平均時間2.5秒左右。比較結(jié)果：

（1）該系統(tǒng)檢測一根零件要比人工檢測至少減少2道工序。

（2）系統(tǒng)每根檢測時間是現(xiàn)有人工檢測的1/4。

5 結(jié)論

汽車頭枕支架零件自動化檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了汽車頭枕支架零件自動化檢測，突破了傳統(tǒng)的人工檢測方法，將填補國內(nèi)外對該零件進(jìn)行光電檢測等相關(guān)研究的空白。該系統(tǒng)采用光電檢測技術(shù)實現(xiàn)汽車頭枕支架零件的自動化檢測，既可以提高檢測精度、檢測速度，又可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動生產(chǎn)成本，同時為相關(guān)零件的光電檢測研究提供理論與實踐參考。

[1]張永楓，楊中雨．基于CCD的工件直徑動態(tài)檢測[J]．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，12.

[2]秦國華，等．機床夾具的現(xiàn)代設(shè)計方法[M]．北京:航空工業(yè)出版社,2006.

[3]王慶有．光電信息綜合實驗與設(shè)計教程[M]．電子工業(yè)出版社，2012.

[4]吳敏，莊東海．基于嵌條壓板零件的加工工藝分析與專用夾具設(shè)計[J]．機床與液壓，2013，8.

[5]張樹林，等．汽車驅(qū)動橋附件組焊工裝夾具設(shè)計[J]．機械工程師，2011，6.

[6]羅二娟．扇形板自動研磨工裝設(shè)計及分析[J]．一重技術(shù)，2012，5.

[7]張春梅，周兆文．內(nèi)弧套批量生產(chǎn)的加工工藝及工裝設(shè)計[J]．組合機床與自動化加工技術(shù)，2007，11.

[8]張國平．可進(jìn)行多工位同時焊接的半自動焊接工裝[J]．機械研究與應(yīng)用，2012，2.

[9]孟憲福．動車組鋁合金車體底架邊粱自動化焊接工裝的研制[J]．機車車輛工藝，2011，5.

[10]陳琳，郭寶利，陳偉斌，安佰江，姚勝紅.低壓電流互感器自動檢定系統(tǒng)通用工裝的研制[J].自動化與儀器儀，2012，4.

System Components for Automobile Headrest Support Automatic Detection

WU Min，ZHANG Shun-De
(Ningbo Polytechnic,Ningbo Zhejiang 315800,China)

Car headrest support surface quality requirements,the existing artificial detection has been unable to meet production requirements. This paper designs a set ofphotoelectric detection system,automated testing the system can efficiently,accurately realize parts car head pillow bracket.First detection system model is established,and the modeling and analysis of system error detection.Secondly,the finite element software based on thecomplete analysis of plastic deformation in workpiece.The detection system and the existing artificial detection technologycompared to detect a part than the manual detection is reduced by at least 2 processes,each detection time detection system is the existing artificial detection 1/4.

automobile headrest support；photoelectric detection；mathematical model；deviation；plastic deformation；production processes；time

TG751

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.01.034

1002－6673（2014）01－093－03

2013－12－26

浙江省教育廳科研項目 （Y201326787）

吳敏 （1979-），女，碩士。主要研究方向：機械設(shè)計與制造，液壓與氣壓傳動。已發(fā)表論文八篇。