CN103234506A - 一种车架总成在线检测机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种车架总成在线检测机，其包括基准平台；用于三维检测车架总成的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度技术指标的检测主机；用于存放被检测的车架总成的支撑架；用于对存放在支撑架上的车架总成进行位置校正并夹紧的气动校位小车；以及控制系统。本发明采用了支撑架来承托被测量的车架，用气动校位小车对车架进行自动校位，然后采用检测主机来测量车架的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度等技术指标参数，这一切的操作都是由控制系统来进行自动化操作，无需人工操作干预，提供了测量效率，同时有效避免人工误差，提升测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光机电一体化产品研发和制造领域，更具体的说，涉及一种车架总成在线检测机。
背景技术
车架是汽车的主要构件，其质量的好坏直接影响整车的装配和使用性能。车架在车架总成过程中，对直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度等问题对保证车架本身各项技术要求是至关重要，对各项装配尺寸及整车行驶都将产生重要影响，因此对其提出了较高的要求，现有人工使用测量工具进行测量的方式无论从效率和测量精度上都已经无法满足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量效率和精度更高的车架总成在线检测机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种车架总成在线检测机，包括：
基准平台；用于三维检测车架总成的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度技术指标的检测主机；用于存放被检测的车架总成的支撑架；用于对存放在支撑架上的车架总成进行位置校正并夹紧的气动校位小车；以及控制系统。
优选的，所述基准平台包括基体、导轨和磁栅尺，所述导轨的一端固定在基体表面并垂直于基体表面，所述磁栅尺的一端垂直固定在导轨跟基体相对的一端，另一端设有限位块。
优选的，所述磁栅尺下方设有支撑架，所述支撑架的台面上固定有所述气动校位小车。
优选的，所述检测主机包括立柱、固定在立柱的柱面上的悬臂、设置在悬臂表面的测头系统，所述测头系统包括磁栅尺读数头，所述检测主机 平行设置在所述支撑架的一侧。
优选的，所述立柱包括驱动检测主机沿水平直线方向运动的行走电动机、与行走电动机同轴连接测速电机、测量磁栅位置的光栅读数头、确定孔位置的光电位置传感器、保障检测主机在轨道上稳定行走的行走/限位轮、防止检测主机脱轨的行走限位块、保护检测主机的防护罩。
优选的，所述控制系统包括可编程序控制器，所述测速电机与行走电动机与可编程控制器，构成闭环调速系统。
优选的，所述控制系统还包括与所述可编程控制器相连接的触摸屏。
优选的，所述测头系统包括固定臂、与固定臂连接的自动旋转测头座、所述自动旋转测头座上设有测针。
优选的，所述气动校位小车包括水平调整车架在支撑架中位置的校位气缸。
优选的，所述控制系统包括操作控制台，以及和操作控制台相连接的可编程控制器、光电传感器和限位开关。
优选的，所述操作控制台上设有触摸屏。
本发明采用了支撑架来承托被测量的车架，用气动校位小车对车架进行自动校位，然后采用检测主机来测量车架的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度等技术指标，这一切的操作都是由控制系统来进行自动化操作，无需人工操作干预，提供了测量效率，同时有效避免人工检测误差，提升测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是基准平台的基体结构示意图；
图3是磁栅尺的结构示意图。
其中：110、滑轨座；120、立柱；130、悬臂；131、粘贴磁带的基体；132、保护贴纸；133、不锈钢隔磁防护钢带；134、不锈钢防护带；140、检测头；210、轨道座；220、移动支架；230、校位气缸；300、支撑架；400、车架总成。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
本发明的车架总成在线检测机由机械结构和控制系统组成，机械结构上主要由基准平台、检测机构、支撑架及气动校位等四部分组成，功能是对车架总成进行在线检测各项技术指标。控制系统包括硬件和软件，控制系统硬件主要包括：操作控制台，可编程控制器(PLC)，X、Z轴的磁栅位置测量、Y轴的编码器的位置测量、测头系统、光电传感器定位等，实现了检测机的自动控制。
如图1所示，车架总成在线检测机中间设有支撑架，支撑架台面上放有待检测的车架总成，支撑架的左侧设有轨道座，轨道座上面设有移动支架，移动支架的台面上校位气缸，用校位气缸水平推存放在支撑架的车架总成，使其校正到指定的位置。支撑架右侧设有滑轨座，滑轨座上设有立柱，立柱上横跨固定有悬臂，悬臂一端固定在立柱上，另一端在车架总成的对应位置设有检测头。
1 基准平台
基准平台由基体、导轨、齿条、磁栅尺、滑触线槽及限位块等组成，作用是为检测机提供刚度高，精度好，长期稳定不变形的平台。
1.1 基体
如图2所示，基体采用优质铸铁HT250，内部结构为每平方米内采用“米”字形筋结构，中间交汇处留有一定空间为等厚度设计，无明显收缩，平台承载能力均匀。
避免方格筋铸造冷却时收缩不均匀，引起材质不均匀及内应力变形，无法长时间保证平台平面度。平台内部结构与变形，保持基准平台精度有两个关键条件，一个是地基情况，另一个是基体本身的刚度。
基准平台本身的刚度，主要取决于内部结构，而非平台厚度。同样多的原材料，作成一个不收边的盒子很容易被压瘪，如果用其中的一部分原料作成支撑放在里面，就会结实的多。我们设计制造的检测机基准平台，内部结构在一平方米内采用“米”字形筋结构，中间交汇处留有一定空间为等厚度设计，无明显收缩，承载能力均匀。
检测机构、支撑架、气动校位小车等放在导轨平台上，因采用收边的“盒”式结构。两边有内收边，横向每隔一段有竖筋，长度方向中间有拉筋。这样构成“立体盒式结构，刚度高，精度好，长期稳定不变形。
1.2导轨
检测机最关键部件是导轨，它决定了设备的精度和精度稳定性。导轨均采用钢材料，精磨后表面镀硬铬，再通过研磨提高精度。刚度高，精度稳定性好，使用寿命长。
(1)X轴导轨结构
导轨采用可调式直线导轨结构，截面为矩形，承载能力强，使X向运动直线度调整到很高精度，在大测量范围内的直线度能保证检测机的几何精度，在精度走失后(如过量冲击、地基变形、平台变形)，很容易恢复原状。
(2)Y、Z轴采用矩形无缝冷拔钢管
Y轴应用了“应变梁补偿机构”，加强悬臂刚性，并在横臂内部施加反向予应力，抵消横臂自重及端部集中负荷引起的下垂变形。独特的Z轴平衡配重导向机构设计，有力消除了配重上下运动中对测量引起的不利影响，在任意位置上停止时平稳可靠，平衡力大小和方向保持不变，滑动时无噪声。优质的型材加上合理的设计，完全不需内孔加工。
1.3磁栅尺
如图3所示，磁栅尺直接贴装在钢导轨上，导轨、磁栅尺和被测物品(大多为钢质工件)温度系数一致，测量精度受环境温度变化的影响最小。避免了贴装在铝基上，铝材与工件温度系数相差很大，温度变化时对测量精度影响很大。同时，由于采用了特殊的隔磁防护钢带，不存在失磁影响精度和寿命等问题。
2 检测主机
检测主机由立柱、悬臂、检测组件、磁栅尺、磁栅尺读数头等组成，三维检测车架总成的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度的技术指标。
2.1立柱
立柱悬臂结构，使检测主机与基准平台分离。检测主机采用全封闭结构，加上独特工艺调校技术，有效消除运动缝隙，从主体结构上保证检测结果的真实可靠。
2.1.1行走电机
检测主机在基准平台上沿X轴方向往复行走，是由行走电机驱动，采用脉宽调制(PWM)调速系统，调整电动机的转速和旋转方向。
2.1.2测速电机
测速电机与行走电动机同轴连接，与可编程序控制器(PLC)构成闭环调速系统。
2.1.3光栅读数头
磁栅位置测量系统，采用磁栅尺、读数头、放大器全部为日本SONY公司原装产品；三轴均采用非接触式带型磁栅，耐油、防尘、永不磨损；适合生产现场使用。
2.1.4光电位置传感器
利用光电位置传感器确定孔的位置，使检测主机停止运行，再由测头系统对圆孔的中心位置进行检测，通过可编程控制器进行对角线、同轴度及平行度的计算。
2.1.5行走/限位轮
它的作用是保证检测主机在轨道上稳定行走，同时保证精度要求。
2.1.6行走限位块
它的作用是防止检测主机脱轨，行走限位块必须具有防撞和缓冲功能。
2.1.7防护罩
防护罩的作用是使检测机能够更好地在生产现场使用，保证车架总成在线检测的精度，对检测主机采取保护措施。
2.2悬臂
悬臂主要由方管梁、导向杆、伸缩电动机、蜗轮蜗杆、升降电动机等组成，磁头系统在悬臂上左右移动的范围为1500mm，悬臂在立柱上上下移 动的范围为1200mm，实现了Y、Z轴方向的技术指标的检测。
采用蜗轮蜗杆消除间隙的传动副，在实现快速锁紧后微调(位移)时，没有空行程，非常适用于精确定位，定位精度可以达到0.01mm，这是针对高效率采集数据的而专门设计。
2.3测头系统
测头系统包括固定臂、自动旋转测头座、测针等，在XOY平面上即垂直方向自动旋转0.00～105.00°(间隔7.50°)，在YOZ平面上即(水平)方向旋转自动旋转0.00～±180.00°(间隔7.50°)，重定位精度＜0.50μm，全程旋转时间3.50秒。
3支撑架
支撑架设计成一侧有限位板的马蹬形式，可以在基准台轨道上行走，用于存放被检测的车架总成。同时，根据车架总成的长度，手动调整两个支撑架之间的距离并锁紧。
4气动校位小车
它主要包括校位气缸、气缸座、自动行走机构等，用于对存放在支撑架上的车架总成进行位置校正并夹紧。
4.1校位气缸
用校位气缸水平推存放在支撑架的车架总成，使其校正到指定的位置。校位气缸采用SMC伸缩气缸，行程0～400mm，缸径75mm，工作压力0.6Mpa。
4.2气缸座
2个气缸座可以在基准平台的轨道上手动移动，用于调整它们之间的距离。
二、控制系统的硬件组成
控制系统硬件主要包括：操作控制台，可编程控制器(PLC)，X、Z轴的磁栅位置测量、Y轴的编码器的位置测量、测头系统、光电传感器定位等，实现了检测机的自动控制。
1 操作控制台
操作控制台(即控制柜)由控制台壳体、触摸屏、主令电器及电气元件等组成，实现了检测机的操作控制。
1.1控制台壳体
控制台设计严格遵循人体工程学。整体外观流线造型，简洁、现代、美观大方。各部位尺寸均依据人体工程学经过精确计算，所有的角、边均设计为弧线过渡，既保证操作安全、舒适又方便操作。控制台内均按国际电工标准安装，具有较强的通用性，顶部和后部均开有散热孔，并附装防尘网，既有很好的通风散热条件，又有防尘功能。防尘网可轻松取下，方便定期清洗。表面处理：去油、磷化、电泳底漆、静电喷粉。
1.2触摸屏
本实施方式选用NS系列触摸屏。NS系列是OMRON的多功能、高性能的触摸屏，具有兼容性强、简单绘图等特点。12.1英寸，显示颜色：256色，显示圆形、直线、多角形等图形，可由外部图形扩充，显示100文字×37行，位内存为32768，字内存为32768，支持打印机，背光灯寿命大于50000小时。
2可编程控制器(PLC)
用PLC实现对检测机的自动控制，选用OMRON产品，其特点如下：
●位置控制
用于高精度位置控制的两个100KHz脉冲输出。
●变频器控制
通过RS-485口控制变频器速度，不需要降低速度就能执行定位。
●高速计数器
通过两个100KHz和四个10KHz单相高速计数器用一台PLC控制多轴定位。
●串行PLC链接
用多台CP1E-N PLC控制一个设备时，在最多9台CP1E-N CPU单元间进行每台多达10个字的数据链接。
●使用可选单元获得更多应用
30点或40点I/O的CPU单元能带三个扩展单元/扩展I/O单元和一个 串行通信选件板。
3 光电传感器
在检测机中用位置传感器检测车架总成上同轴度、对角线的孔，当传感器遇到这些孔时，检测主机停止移动，在此位置检测该孔的中心数据。
4 限位开关
防止检测主机、气动校位小车脱轨，用限位块和行程开关进行保护。
三、控制系统软件组成
应用Porwer Meas软件设计检测机程序，它涵盖了国家标准规定的所有基本几何元素测量，几何元素构造，几何元素关系计算，形位公差测量，建立工件坐标系，灵活多样的输出(CRT显示、文件输出)，多种型式的检测报告打印，能为主流的CAD软件(如CATIA、UG、Pro/E等)提供三维造型所需的测量数据。
运行在WindowsXP环境下，全中文菜单和在线帮助，采用与测量和操作有关的直观图标，如几何元素：点、线、面、圆等的测量，几何元素组合：距离、角度、交点、连接直线、平行线等的测量。形位公差的计算，包括直线度、平面度、平行度、同轴度等。便于学习和应用，多种输出格式，文件、打印、屏幕等。
测头管理功能，支持多个测头位置，可动态选择直测杆、星形测杆等；建立工件坐标系，指定基准面(轴)即可自动生成，不需找正即可实现测量；管理工件坐标系，实现坐标系平移、旋转及迪卡尔坐标和极坐标的相互转换。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种车架总成在线检测机，其特征在于，包括：
基准平台；用于三维检测车架总成的直线度、平面度、平行度、对角线、同轴度及宽度技术指标的检测主机；用于存放被检测的车架总成的支撑架；用于对存放在支撑架上的车架总成进行位置校正并夹紧的气动校位小车；以及控制系统。
2.如权利要求1所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述基准平台包括基体、导轨和磁栅尺，所述导轨的一端固定在基体表面并垂直于基体表面，所述磁栅尺的一端垂直固定在导轨跟基体相对的一端，另一端设有限位块。
3.如权利要求2所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述磁栅尺下方设有支撑架，所述支撑架的台面上固定有所述气动校位小车。
4.如权利要求3所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述检测主机包括立柱、固定在立柱的柱面上的悬臂、设置在悬臂表面的测头系统，所述测头系统包括磁栅尺读数头，所述检测主机平行设置在所述支撑架的一侧。
5.如权利要求4所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述立柱包括驱动检测主机沿水平直线方向运动的行走电动机、与行走电动机同轴连接测速发电机、测量磁栅位置的光栅读数头、确定孔位置的光电位置传感器、保障检测主机在轨道上稳定行走的行走/限位轮、防止检测主机脱轨的行走限位块、保护检测主机的防护罩。
6.如权利要求5所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述控制系统包括可编程序控制器，所述测速电机与行走电动机与可编程控制器，构成闭环调速系统。
7.如权利要求6所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述控制系统还包括与所述可编程控制器相连接的输入输出设备的触摸屏。
8.如权利要求4所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述测头系统包括固定臂、与固定臂连接的自动旋转测头座、所述自动旋转测头座上设有测针。
9.如权利要求1所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述气动校位小车包括水平调整车架在支撑架中位置的校位气缸。
10.如权利要求1所述的一种车架总成在线检测机，其特征在于，所述控制系统包括操作控制台，以及和操作控制台相连接的可编程控制器、光电传感器和限位开关。
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