山东英才学院机械与电气工程学院山东省济南市250104
摘要：随着高速度在汽车工业上迅速发展，安全系数也被推上了第一位。高速制动的难度也在不断加大。汽车防抱死系统（ABS）是一项有效减少交通事故的技术系统。在我国，主要以人工为主的现代化生产车间来检测ABS性能参数，其过程繁琐，需要大量的人力，而且人工操作相当困难。因此本文围绕着汽车ABS性能检测原理，设计了一套检具。该检具包括运输机构和检测机构，运输机构利用倍速链条输送机输送工件；检测机构针对ABS齿圈端面跳动和轮毂总成压装螺栓高度差这两个影响ABS性能参数进行设计。该检具可实现自动化控制和检测，代替人工完成检测和测量等工作，实现更高精度的检测，更加适合现代工业化流水线生产。
关键词：检具设计、ABS齿圈端面跳动、轮毂总成压装螺栓高度差
1.概述
该检具分为运输机构和检测机构，运输机构主要针对现代工业化流水线生产，结合倍速链条输送机的运输特点进行设计；检测机构分为对ABS齿圈端面跳动检测和螺栓的高度差检测，由人机控制界面、控制元件和执行机构构成了齿圈圆跳动检测。以精密电容传感器为核心,利用多传感器的相对测量,实现高度差测量。其三维模型结构如图1所示。
2.轿车后轮毂总成压装螺栓检具的总体设计
2.1输送机构的选择与设计
为了让工件能够快速且平稳的到达检测位置，及要解决输送机的问题。从输送机的基本设计参数出发。不同的输送机影响着工件的检测参数。常见的输送机可分为皮带式输送机、螺旋输送机、滚筒输送机、板链输送机、网带输送机和链条输送机。由于要保证工件测量的准确性，因此在运输过程中不允许工件有任何损坏的现象，对比以上列举不同方式的运输机，本文优先选择了皮带式输送机。其输送量大，结构简单，维修方便，最主要的原因是：皮带式输送机采用的是皮带来运载货物，相比于其他输送机，当工件至于输送机上，工件不会随意晃动，保证了工件不会因在运输过程中出现磕碰。并且，在输送机上我们配置了两块弹簧挡板，可帮助工件运输到规定的位置，从而达到全自动化的目的。输送机如图2所示。
2.2ABS齿圈端面跳动检测的设计
2.2.1齿圈端面跳动的定义分析
由ABS齿圈端面跳动的定义可知，齿圈齿顶平面平行度误差以及圆跳动的误差是齿圈检测系统的检测对象。不同的对象对端面跳动公差的定义有所不同，在车辆理论领域中，端面圆跳动公差带的概念是：与基准同轴的任一直径的测量圆柱面上，距离为公差值的两圆柱之间的圆柱面区域称为端面圆跳动公差带[1]。如图3所示。
通过上述提到的端面圆跳动公差带概念，可以理解为基准线的竖直方向所在的平面为一个基准面，与这个基础面平行且存在一定距离的两平行平面之间的区域。由此可知，若存在一个与端面圆跳动基准轴垂直的平面，则端面圆跳动公差可以转换为平面平行度公差，最后，经过合理的转换，端面跳动误差的测量可以间接的通过平面误差的数据测量得到。被测量的齿圈如图4所示。
根据端面圆跳动公差与平面度公差之间的转换关系，并在此假设的基础上，被测齿圈的平行度及圆跳动参数相等，并等于齿顶平面度。因此基于被测齿圈齿顶平面度测量设计了本系统的测量原理[1]。本文测量的是齿圈齿顶平面参数，需要测量的平面结构由很多的轮齿拼凑组成，通过对测量的圆形齿平面微分处理，可得出被测齿圈所有齿的齿顶面组成了整个被测面，各个平面通过大数量的线形成。本文使用线激光位移传感器，从单条直线上点坐标开始测量，计算出单条直线的参数，再通过线参数分析出单个齿顶面的面参数，最后计算出整个被测齿顶平面参数，从而完成测量。为提高测量的准确度，还采用磁电式轮速传感器，对ABS齿圈进行轮速测试，通过两种测量方式的对比，最终进行有效的数据的采集。
2.2.2齿圈端面跳动检测设计方案
在分析完齿圈端面跳动的定义后，根据其要求，本文首先设计了整套的ABS齿圈端面跳动检测系统，主要包括人机控制界面，控制元件，执行机构。自动化控制检测系统的设计框架如图5所示。
1)人机控制界面
人机控制界面起到了人工辅助的作用，对检测各部分起到了支配，控制，辅助等作用。在检测过程中，如果出现错误或者工人想了解检测情况，都可通过人机控制界面来完成，同时人机控制界面也是整个检测流程的大脑，所有的检测数据都将传送给人机控制界面，从而进行判断与计算。
2)控制元件
控制元件即是控制传感器和伺服电机的一个子控制主体，主要起到相辅相成的作用，在整个检具设计中，人机控制界面接收的是检测之后的准确数据，但传感器与伺服电机在检测过程中产生的代码则需要控制元件去反馈给人机控制界面。相反，人机控制界面也需要通过控制元件将信息传递给传感器和伺服电机，以此来控制整个检测流程的工作状态。
3)执行机构
执行机构的作用是将被测齿圈进行定位，固定并检测。为实现以上功能，增加了旋转辅助装置：与挡柱形成三角固定，防止在旋转检测的时候出现晃动等现象，如图6所示；工件升降装置：检测时，将工件从运输机上托运起来，并通过伺服电机进行旋转检测，如图7所示；挡柱升降机构：与工件升降装置相结合，采用可升降式挡柱，可以避免挡柱过长或过短导致的测量误差，如图8所示；传感器（电磁轮速传感器）固定在工件升降装置上，实现工件的旋转检测，如图9所示。通过各个部分的相互协作，实现ABS齿圈端面跳动检测。
3.2轮毂总成压装螺栓高度差的检测设计
3.2.1螺栓的高度差检测原理
螺栓的高度差指的是车轮总成组件的压紧螺栓高度。而本文所需要测量的是通过检测轮毂的压配螺栓和车轮实心的高度差，检测两个平面的相对高度，简称为高度差。
本文需要检测的是轮毂螺栓工件上平面的基准面，由金属制成。对其不同螺栓之间的高度差测量方案大致有两种，一种方法是接触式测量，接触式测量及通过测量元器件触碰工件上表面的不同位置，将数据传给主系统，从而计算出高度差。另一种方法是非接触性测量，由于接触式测量会划伤工件的基准面，严重影响了高精度测量的数据分析。因此，本文采用了一种基于电容传感器（距离传感器的一种）的非接触平面高度差检测方法。以精密电容传感器为核心,利用多传感器的相对测量,减小了电容传感器漂移的影响,实现了高精度测量，通过使用标准厚度块,增大了测量的量程和使用范围[2]。电容测量应用的是五个电容传感器，测量时依靠这五种传感器的相互协调配合，依据每个电容接被测件和标准件而产生的电流不同的原理进行测量的，测量原理如图10所示。
3.2.2螺栓高度差检测设计方案
根据以上的测量方法，在进行装配时应将电容感应装置固定在一个特殊的平面上，然后在工件比对测量时要将电容传感器的测头所在平面与被测基准面(轮毂总成压装螺栓的金属表面)保持平行，使得被测平面与传感器的测量平面之间拥有一定的距离差，宰割距离差就是要测量的一个范围。
在进行测量时，要求被测量工件的测头与系统的测量平台进行互相对立调整的模式，整个调整的过程不用人为的干预，完全可依据程序设计进行上位机的自动调节。测量时载物平台仅仅负责对工件的上下方向的距离测量距离，将车的轮毂工件放置在载物台上，依靠执行机构对被检测工件实现目标位置的调整。系统的测头部分进行水平方向的调整，从而系统就可以进行两方向的偏转调整，实现全方位无死角的控制。测头的一端位置固定，另一端位置由伺服电机带动进行方位定向的移动，从而实现了测头与工件基准面平行的调整[2]，高度差检测装置如图11所示。
2.其他结构设计
以上分别对ABS齿圈端面跳动检测设计和轮毂总成压装螺栓高度差的检测的设计进行了研究。为实现一个完整可靠，稳定性高，人性化的检具，同时对检测系统的控制特点展开研究。通过对资料的分析，本文整体性的设计了一套检测系统的硬件框架，如图12所示。该硬件框架由控制器，执行器，反馈装置三大部分组成。由于本检测系统为工业控制，所以控制器选用的是可编程控制器（PLC）[3]，型号：S7-1200PLC1214CCPU，其控制稳定性高，具有人性化功能，支持多设备互相连通等优点；而执行机构应用的是步进电机和伺服电机，分别为步科步进电机和三菱伺服电机，其扭矩大、精确度高，更适合此流程的检测；反馈装置即控制系统的眼睛，工业生产常用的元器件为传感器，根据整体检测的需求，选用了距离传感器和磁电式传感器，保障了整个机器的运转流程。另外为实现系统的人性化控制，还挑用了控制器的人机操作画面，简单方便的实现了对检测系统的控制与监控。
结语
本设计主要应用于汽车后轮毂总成压装螺栓的检测，具有人性化、全自动、系统简单可靠等特点，利用传感器对车轮毂齿圈端面跳动和螺栓的高度差进行检测。解决了人工测量端面跳动度以及高度差的不精准的问题，大大的提高了工件精度，保障了零件的可靠性，能够有效的减少交通事故。最主要是完全代替人工进行检测，减少了人力资源的投入。与现在已有的检测方法相比，该检具设计拥有更大的经济和社会效益，更适合现代工业化流水线生产。
参考文献：
[12]郭鹤.ABS齿圈平行度及圆跳动检测技术研究[J].长春理工大学硕士论文,2014.3.1
[10]刘力双，吕乃光，，孙双花，王宝光.一种非接触高精度平面高度差检测方法[J].传感技术学报,2007.7.15
[3]高昂.基于PLC的微电网控制系统设计与开发[D].沈阳工程学院.2018