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abs齿圈缺陷检测装置设计及检测方法和实验

作者:发表时间:2016-6-23 14:58:00 点击量:

ABS防抱死系统的定义

防抱死制动系统﹙anti-lock braking system,ABS﹚是保障乘坐人员和车辆安全的重要装置。

ABS齿圈的作用和重要性

为使ABS处于正常工作状态,必须使其测速传感器获得准确的轮速信息,而轮速信息则是由与车轮同步回转的齿圈提供因此,齿圈的制造误差和缺陷就成为能否获得正确的轮速信息的关键环节因齿圈不合格而造成的故障在ABS常见故障中占有相当的比例。因此,汽车ABS测速传感器齿圈﹙简称 ABS齿圈﹚的性能参数至关重要。

传统ABS齿圈缺陷检测方法优缺点及解决方法

ABS齿圈为大批量生产零件,其生产工艺常用粉末冶金方法,即将铁粉与相关配料及液体混合搅拌,再模压成型后烧结其中,模具尺寸、工艺参数、装夹引起的破损 等因素都会造成 ABS 齿圈表面缺陷主要缺陷有气孔塌边、积液、划痕、节距误差等。目前,生产线上的质量检测采用人工目视方法,劳动强度大、效率低,人眼疲劳使误检率高。此外,检验人员存在严重的视力损伤问题。为此,采用自动化的检测手段取代人工已成为急需解决的问题。

自动化ABS齿圈缺陷检测方法的设计和实验

        本文提出ABS齿圈缺陷的自动检测方法,目的在于解决该类零件的快速检测与分选问题。

1、缺陷检测系统的设计

1. 1缺陷检测原理

        由于 ABS 测速传感器齿圈缺陷无法直接测量,根据ABS齿圈自身的结构特点和工作方式,提出双重转换测量 方法,先将齿圈缺陷测量转换为齿圈节距误差测量,再采用长度—时间”转换测量方法,既将齿圈节距误差测量转换为电脉冲宽度的测量。

        首先,系统选用两个数字光纤传感器实现检测,合理设置齿圈与传感器的相对位置,如图1 所示使传感器1发出的光束照射到齿顶时接收到的反射光最强,以及传感器2发出的光束照射到齿底时接收到的反射光最强。传感器和光电开关信号输出如图 2所示。

        其次,被测 齿圈在旋转电机带动下以 ω转速匀速旋转,将其波动记为 Δω,系统通过单片机捕获2只传感器输出的高电平信号并计算其脉宽Ti为Ti = Ta + T ﹙1﹚

        式中Ta,Tb为传感器1和传感器2输出的高电平脉宽。根据脉宽和旋转电机转速可计算齿距大小。

        ABS齿圈的齿距与脉宽的关系式为Di = ∫ωrdt  + ∫Δωrdt﹙2﹚

        式中,Di为第i个齿的齿距mm,ω为旋转电机转速r/s;r为节圆半径mm,ti为脉宽周期Ti的起始时间,ti + 1为脉宽周期Ti的结束时间,t为物理量。

当旋转电机以ω0匀速旋转,被测ABS齿圈的齿数为n,且齿圈的节圆半径 r 作为常量r0,则式﹙2﹚可表示为

Di = ω0 r0 Ti + r0 Δ ωdt  ﹙3﹚

        系统设计保证了齿圈匀速旋转,波动转速Δω相对ω0 可忽略不计,则第i个齿的齿可表示为Di = ω0 r0 Ti ﹙4﹚

        根据式﹙4﹚、式﹙5﹚可得节距误差计算公式为

                n

            nTi —∑Ti

    P =   i = 1 × 100 % ﹙6﹚

             ∑Ti i = 1

        又因为传感器周期 Ti 的最值计算公式为

        Tmax = max﹙T1,T2 ,...Tn﹚

        Tmin = min﹙T1,T2,...Tn﹚ ﹙7﹚

        式中Tmax为最长的时 间 周 期,Tmin为 最 短 的 时 间 周 期,max﹙﹚为求最大值的函数,min﹙﹚为求最小值的函数。

        齿圈的最大节距 Dmax为

        Dmax = ω0 r0 Tmax ﹙8﹚

        齿圈的最小节距 Dmin为

        Dmin = ω0 r0 Tmin ﹙9﹚

最大节距误差,比对计算值与误差允许值,判断被测齿圈合 格与否。但是,缺齿、积液 、黑点、塌边、划痕等齿圈缺陷会 影响传感器的接收光强,使得传感器的输出电平信号发生 改变,如果齿圈存在塌边、积液等缺陷,计算所得的节距误差会比较大。 

因此,本文通过计算节距误差大小判断齿圈 是否存在缺陷,若测得最大节距误差大于误差允许值,则可 以判断被测齿圈存在缺陷,不符合出厂需求。

1. 2 缺陷检测系统的结构

        汽车 ABS 测速传感器齿圈缺陷检测系统的结构如图3所示,PC用于输入ABS齿圈齿数和显示齿圈的性能参数。

2、缺陷检测系统的组成

2.1技术指标要求

1﹚齿圈测量效率可达 12 s / PCS;

2﹚齿圈误检率不大于1 % ;

3﹚合格齿圈的最大误差允许值不大于 8 % ;

4﹚具有良 好的人机对话途径﹙包括显示与按钮﹚。

2. 2 机械结构示意图如图4所示。

        检测过程:当传感器处于起始位置且旋转电机匀速旋 转时,数字光纤传感器通过扫描被测齿圈输出数字信号,单 片机实时采集并处理传感器输出信号。根据光电开关判断 检测完一圈之后,直线步进电机带动下传感器向下移动一个单位并开始下一个位置的扫描检测。当直线步进电机带 动传感器从上到下移动了10次时,既从齿圈齿面的最上端至最下端,则完成了对 ABS齿圈齿面的全面自动扫描检测。

        当装置检测完一个齿圈并更换下一个待测齿圈重新 检测时,传感器的位置已处于最底端此刻不需要断电或者 复位让传感器归到起始位置,而是直接按启动按钮开始检 测直线步进电机会自动更换移动方向从下到上移动检测方向变为从齿面最下端至最上端提高了检测效率。

2. 3 硬件电路

        系统的硬件电路的原理框图如图 5 所示[5~ 7]。

2. 3. 1 传感器的选择

        选日本 Panasonic FD—EG31 反射型光纤[8]与 FX—MR3 光纤聚焦镜、FX—501 数字光纤放大器配套使用,可实现微小物体和缺陷检测[9],其中心检测距离为﹙7. 5 ± 0. 5﹚mm,光点直径约为0. 15 mm,透光束线直径为0. 125 mm。

2. 3. 2 信号采集电路与电机驱动电路

        光纤传感器输出的是数字信号,高电平为24 V,低电平为 0 V,单片机的工作电压为 3. 3 V,因此,通过信号采集电 路将传感器输出的信号转换为单片机能接收的信号。

检测过程中,旋转电机带动被测齿圈转动,负载小,系 统选用 Microstep  Driver  M542—DSP 超低惯量电机驱动器, 可以 满 足 要 求。 通 过 74LS04 反 相 器 向 电 机 驱 动 器 的 PULSE,DIR 口输入脉冲信号,以控制电机的速度和方向。

2. 4 软件程序

2. 4. 1上位机软件

        上位机软件采用LabVIEW软件编写,具有齿数设置、ABS齿圈合格指示灯、节距误差允许值设置、ABS齿圈最大节距误差显示及电机启动控制等功能。

2. 4. 2下位机软件

        下位机软件采用C语言编写,开发环境为IAR Embed- ded Workbench IDE。采用模块化设计思想,包括数据采集、 数据处理、串口通信、电机控制等模块。首先,系统进行初 始化、输入被测齿圈齿数及直线步进电机自动归位;其次, 旋转电机启动并达到匀速;最后,单片机实时采集、处理检 测数据并控制旋转电机与步进直线电机运转。

3缺陷检测系统实验

        实验之前,取2个型号一样的 ABS 齿圈作为待测齿 圈,齿圈齿数为46,半径r = 82 mm。用所研制的检测系统对待测齿圈进行检测,当旋转电机以100 r / min的转速匀速转动时,重复测量待测齿圈20次检测装置实物图如图6所示。根据式﹙4﹚~ 式﹙12﹚计算可得出对应的最大节距误差,数据如表1所示。

        经实际测试20次,结果可知,1#齿圈的最大节距误差为 5 %~ 7 %且均小于最大允许误差,故判断其为合格齿圈;2#齿圈的最大节距误差为10 % ~ 14%且大于最大允许误 差,故判断此齿圈存在缺陷,为不合格齿圈。从测试结果还可以看出:测量数据的稳定性较好,合格齿圈与不合格齿圈的测量结果有明显的差异,系统可以根据计算得出的最大节距误差来判定ABS齿圈是否存在缺陷。

        针对合格与不合格齿圈,经实验分析得出其传感器输出信号的变化情况如图7 所示。图7﹙a﹚为检测合格齿圈 时传感器输出的信号图。图7﹙b﹚、图7﹙c﹚和图7﹙d﹚分别为检测不合格齿圈时传感器输出的信号图,从图中可以看出,当齿圈存有缺陷时,脉宽Ta或者Tb小于正常值,根据式﹙4﹚~ 式﹙12﹚可以知道不合格齿圈的节距误差比合格齿 圈大。

        为了检验装置的可靠性和正确率,利用所研究的检测 装置在正常生产环境下对 ABS 齿圈共 200 只产品进行了测试,测得合格齿圈数量为184个,不合格齿圈数量为16个。

实验表明:该测试系统的设计满足要求,实现了全面自动检测ABS齿圈,系统的检测速度可达10 s / PCS,正确率大于等于99 % ,且检测系统可靠性较高,稳定性好,可取代人工目视方法。

小编总结:从上可以看出利用该缺陷检测装置可以充分替代传统的人工检测,并且可以大大提高abs齿圈缺陷的检测率,并且还能提高效率。


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