陳雙權(quán)

（廣州市嘉特斯機(jī)電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

目前國內(nèi)各汽車廠商在中小型商品車上使用較多的為前盤后鼓式剎車系統(tǒng)，部分車型為四輪盤式剎車，相對于鼓式剎車，盤式剎車在技術(shù)上更為先進(jìn)，質(zhì)量上更為輕量化，散熱性能、制動性能及復(fù)雜天氣、路況的適應(yīng)性能更為優(yōu)良。汽車在高速行駛過程中剎車系統(tǒng)的靈敏度和耐久性對保證駕乘人員的人身安全極為重要，對轎車前制動盤端面震動進(jìn)行檢測分析就是為了減少汽車行駛過程中制動盤端面不平對剎車片的磨損及制動盤端面本身的磨損，從而延長制動盤及剎車片的使用壽命。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)組成：機(jī)架結(jié)構(gòu)、升降導(dǎo)軌裝置、升降壓緊氣缸、上定位夾具、工件定位夾具、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、光柵防護(hù)裝置等，如圖1所示。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

（2）工作流程：放置工件（前制動盤）在升降夾具臺上，由PLC驅(qū)動升降機(jī)構(gòu)舉升工件至上定位夾具處實現(xiàn)工件定位夾緊，并驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)制動盤端面旋轉(zhuǎn)，置于工件上方的高精度激光傳感器探頭檢測制動盤端面機(jī)械跳動并將檢測信號傳送至高速數(shù)據(jù)采集卡，同時旋轉(zhuǎn)編碼器記錄制動盤端面旋轉(zhuǎn)角度并將信號傳送至高速數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡將接收到的數(shù)據(jù)傳送至研華工控機(jī)，由運行中的數(shù)據(jù)采集分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，按照一定算法計算得出結(jié)果并顯示在工控機(jī)界面上。若檢測制動盤端面合格則設(shè)備夾具松開工件并返回至工件初裝狀態(tài)待人工取出，若檢測制動盤端面NG則設(shè)備蜂鳴器發(fā)出聲光信號。光柵保護(hù)裝置用于防止操作者肢體進(jìn)入正在運行的設(shè)備中，以免發(fā)生不必要的人身傷害。

（3）電氣系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高精度激光位移傳感器探頭、角度編碼器、高速數(shù)據(jù)采集卡、研華工控機(jī)組成，控制系統(tǒng)由I/O傳感器、氣缸、電機(jī)、三菱PLC系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖2 電氣系統(tǒng)組成

高精度激光傳感器：采用OMRON系列ZX-LD30VL激光位移傳感器，由傳感器探頭和放大器兩部分組成，性能穩(wěn)定可靠。其位移距離與電流、電壓的關(guān)系特性如圖3所示，分辨率可達(dá)到0.25 μm，線性±0.2%F.S.，測定中心距30 mm，測定范圍±2 mm，以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖3 傳感器特性

角度編碼器：采用MES-30-3600P角度編碼器，分辨率達(dá)到3 600 PLS/R，用于檢測旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動工件轉(zhuǎn)動的實時角度。

數(shù)據(jù)采集卡：采用NI PCI-6220M系列高速數(shù)據(jù)采集卡，分辨率16 Bit，采樣率250 kS/s。用于將傳感器輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。采集卡安裝在工控機(jī)內(nèi)，卡上集成2路脈沖計數(shù)器，用于采集編碼器角度信號。

工控機(jī)：選用研華PPC-6150-RI5AE平板式工控機(jī)。

PLC控制器：三菱Q02U系列PLC。PLC控制器作為電氣系統(tǒng)的中樞集成控制中心，實現(xiàn)和工控機(jī)的聯(lián)機(jī)通信及和外圍I/O信號的輸入、輸出。PLC檢測外圍I/O信號狀態(tài)判別設(shè)備運行狀態(tài)，并及時取得工控機(jī)軟件處理分析結(jié)果，作出聲光提示，驅(qū)動外圍執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成檢測過程。在檢測過程中若設(shè)備出現(xiàn)異常狀況，按下急停及時停機(jī)并發(fā)出聲光報警。

外圍I/O傳感器組成：接近開關(guān)、磁性開關(guān)、對射開關(guān)等。指示檢測設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于何種動作狀態(tài)，動作到位或在原位置。

工控機(jī)和PLC交互信息通過第三方OPC_Server實時通信，軟件開發(fā)平臺基于Labview10.0。

2 測試原理

（1）機(jī)械夾具舉升工件（制動盤），并夾緊固定好。

（2）旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動旋轉(zhuǎn)，同時編碼器開始采集角度值，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度值到達(dá)380°時旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。同時采集卡將數(shù)據(jù)傳送至PC工控機(jī)，數(shù)據(jù)采集分析軟件將實時描繪出角度-位移曲線，如圖4所示。

圖4 測試原理

（3）基于Labview10.0軟件開發(fā)平臺設(shè)計的數(shù)據(jù)分析軟件將去除前10°和后370°以后的位移數(shù)據(jù)，即提取制動盤端面勻速旋轉(zhuǎn)一周360°的位移數(shù)據(jù)。目的是消除旋轉(zhuǎn)電機(jī)在啟動加速和停止減速時對采集的數(shù)據(jù)帶來的干擾等因素，更好地還原檢測時的真實數(shù)據(jù)。

（4）由既定的軟件算法計算出這組數(shù)據(jù)中的位移最大值A(chǔ)max（端面最大跳動值）和位移最小值Bmin（端面最小跳動值），制動盤端面震動值X=|Amax-Bmin|，|Amax-Bmin|在允許的工藝管理值范圍內(nèi)即為合格件，超出允許的工藝管理值范圍即為不合格件。

（5）判定基準(zhǔn)：工藝管理規(guī)格值≤35 μm。

（6）結(jié)果數(shù)據(jù)按工件編碼存入數(shù)據(jù)庫，以便后期批量追索查詢。

（7）前制動盤端面檢測上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫是SQL Server，在本應(yīng)用程序中主要包含兩個表格：

1）檢測數(shù)據(jù)結(jié)果的儲存，表格數(shù)據(jù)中包含生產(chǎn)日期、工件的流水編碼、機(jī)種型號、檢測結(jié)果。

2）另一個表格儲存待生產(chǎn)的工件序列編碼。具體操作：當(dāng)工廠MES服務(wù)器發(fā)送待生產(chǎn)的工件序列編碼號過來時將其存儲到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)設(shè)備選擇為自動選擇機(jī)種時將會到數(shù)據(jù)庫去提取當(dāng)前工件編號及識別機(jī)種型號。每檢測一個工件將會對此數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)工件序列號進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記過的機(jī)種序列號表示為已檢測完成工件，生產(chǎn)時將不再提取。

3 抗干擾措施

在模擬量數(shù)據(jù)采集中最重要的是如何防止干擾源進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以做好采集系統(tǒng)的抗干擾是數(shù)據(jù)采集測試的關(guān)鍵。

（1）一般大功率電機(jī)本身就是強(qiáng)干擾源，它能輻射強(qiáng)大磁場，對弱電線路產(chǎn)生尤其大的干擾，所以對大功率電機(jī)線路采用金屬屏蔽線纜連接，且屏蔽層牢固接地，必要時可考慮加載濾波器，最大限度降低強(qiáng)電線路對弱電線路帶來的磁場干擾。

（2）傳感器信號傳輸線路單獨敷設(shè)，避開強(qiáng)電線路且采用同軸屏蔽層線纜，并將屏蔽層牢固接地，防止干擾源進(jìn)入采集系統(tǒng)。

（3）在軟件上增加數(shù)字濾波處理，去除角度-位移曲線上的雜波數(shù)據(jù)，得到更加接近工件實況的角度-位移曲線數(shù)據(jù)。

（4）必要時可在電源進(jìn)線部分增加電抗器，濾除電源本身帶來的諧波干擾。

4 機(jī)械部件精度要求

機(jī)械強(qiáng)度和精度是檢測設(shè)備的基礎(chǔ)，是制動盤震動檢測數(shù)據(jù)正確性、穩(wěn)定性的關(guān)鍵保證，以下幾個方面直接影響檢測結(jié)果：

（1）機(jī)械升降機(jī)構(gòu)與上端定位固定夾具的同軸度要求≤10 μm，同軸度差會導(dǎo)致制動盤端面在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變形差異，對檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性帶來影響。

（2）機(jī)械升降機(jī)構(gòu)與定位固定夾具的接觸壓力要求≤2 kPa，較大的接觸壓力會帶來制動盤端面的微弱變形，同時也影響機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性。一般情況下采用升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動氣缸調(diào)壓的方式來降低接觸壓力。

（3）機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)夾具的平面度跳動要求≤2 μm，這個參數(shù)直接影響檢測數(shù)據(jù)的精度，夾具的跳動量會直接疊加在采集數(shù)據(jù)上，造成結(jié)果偏差。

5 結(jié)語

檢測設(shè)備的精度和穩(wěn)定性主要取決于機(jī)械總體結(jié)構(gòu)和各個重要部件的加工、裝配精度，輔以合理的電氣系統(tǒng)組成構(gòu)架。主要的電氣部件至關(guān)重要，如工控機(jī)的性能、數(shù)據(jù)采集板卡的分辨率和轉(zhuǎn)換速度、傳感器探頭和放大器的分辨率及穩(wěn)定性等直接影響采集數(shù)據(jù)的真實性。防止干擾源進(jìn)入采集測試系統(tǒng)也是不容忽視的，必須在物理層面盡可能把干擾源屏蔽在采集測試系統(tǒng)之外，以保證采集數(shù)據(jù)波形無雜波干擾。

此制動盤端面震動檢測設(shè)備用于在線生產(chǎn)檢測和線下抽檢檢測，通過多年應(yīng)用極大程度保證了前制動盤生產(chǎn)線的產(chǎn)品合格率。另外，在和工廠MES系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)交互信息后，通過數(shù)據(jù)庫查詢追索產(chǎn)品信息也更加方便快捷。

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