從一個(gè)儲(chǔ)料倉(cāng)里出來(lái)的金屬柱螺栓首先到達(dá)一個(gè)螺旋輸送機(jī)，目的是為了零件緩沖裝置將工件縱向安置在一個(gè)線性的輸送段上

汽車工業(yè)的供貨商的產(chǎn)品必須要滿足高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為此，對(duì)他們來(lái)說(shuō)，常常不可避免的是要對(duì)其生產(chǎn)的零部件進(jìn)行100%檢驗(yàn)。為了確保經(jīng)過(guò)淬火的柱螺栓頂部在汽車應(yīng)用中精準(zhǔn)的徑向擺動(dòng)，位于德國(guó)圖林根的一個(gè)汽車工業(yè)的供應(yīng)商使用了一個(gè)自動(dòng)化檢驗(yàn)裝置。在此，一個(gè)由IPF Electronic公司提供的傳感器解決方案起到?jīng)Q定性的作用。Barchfeld精密車削件有限公司是一家坐落在Barchfeld Immelborn的中型企業(yè)，該公司專門生產(chǎn)高精密度車削件。該公司總經(jīng)理Michael Grobe說(shuō)：“我們是一家自動(dòng)化切削加工廠，致力于從單批少件數(shù)到大批量車削件加工，所加工的工件是直徑從2?mm～12?mm不等的車削件。我們的客戶中不僅有汽車工業(yè)的系統(tǒng)供應(yīng)商，而且還有來(lái)自測(cè)量和調(diào)整技術(shù)以及醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域的客戶?！?/p>

要求切削件徑向擺動(dòng)性能精準(zhǔn)

Barchfeld精密車削件有限公司為一家系統(tǒng)供應(yīng)商生產(chǎn)精密車削件，也為汽車制造業(yè)生產(chǎn)金屬柱螺栓。所生產(chǎn)的金屬柱螺栓的頂部直徑僅為3?mm，在淬火和磨削加工后，金屬柱螺栓頂部允許的公差最大僅為0.06?mm，以確保該工件的徑向擺動(dòng)性能達(dá)到精準(zhǔn)。Michael Grobe說(shuō)：“著眼于產(chǎn)品的高質(zhì)量，我們生產(chǎn)的所有工件均要進(jìn)行常規(guī)的檢測(cè)。出于該原因，我們委托了一家工程師事務(wù)所為我們研發(fā)一個(gè)全自動(dòng)化的金屬柱螺栓頂部徑向擺動(dòng)性能檢測(cè)的解決方案?！?/p>

圖1 該裝置用于汽車制造業(yè)使用的金屬柱螺栓頂部的精密徑向擺動(dòng)性能測(cè)試

Barchfeld精密車削件有限公司委托的是位于萊比錫附近Markkleeberg的Wohlgemuth設(shè)計(jì)模型制造工程師事務(wù)所，該工程師事務(wù)所專門為各個(gè)不同的工業(yè)行業(yè)以及電氣、食品和汽車行業(yè)的供貨商研發(fā)和制造專用機(jī)器。

用于零件準(zhǔn)確定位的傳感器

Wohlgemuth設(shè)計(jì)模型制造工程師事務(wù)所的經(jīng)理Uwe Wohlgemuth說(shuō)：“在為Barchfeld精密車削件有限公司研發(fā)精密車削件的檢驗(yàn)裝置的進(jìn)程中，需要簡(jiǎn)單的集成全自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器解決方案，該方案的著眼點(diǎn)是檢驗(yàn)快速、周期時(shí)間短，且最終能夠高精密度的完成要求嚴(yán)苛的檢驗(yàn)任務(wù)。為此，在研發(fā)該檢驗(yàn)解決方案時(shí)，我們與IPF Electronic公司取得了聯(lián)系。從該公司傳感器專家那，得到了對(duì)于類似任務(wù)需使用光敏和對(duì)照射敏感的探測(cè)器式的傳感器的建議?！?/p>

圖2 緩沖區(qū)過(guò)后，測(cè)試所用的旋轉(zhuǎn)站里的金屬柱螺栓便準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)了前面的線傳感器

IPF Electronic公司的光敏和對(duì)照射敏感的傳感器主要是用于零件準(zhǔn)確定位或用于精準(zhǔn)檢測(cè)對(duì)象的外形尺寸。考慮到該應(yīng)用的高靈活性，IPF Electronic公司提供了監(jiān)控系統(tǒng)(反射線傳感器)和發(fā)射器接收器系統(tǒng)(激光線傳感器)作為傳感器。最后該公司提供使用的是叉子版本傳感器。為什么要使用叉子版本的系統(tǒng)?準(zhǔn)確的說(shuō)為什么PG400140反射線傳感器特別適合該自動(dòng)化檢驗(yàn)裝置呢?當(dāng)人們比較仔細(xì)的看該檢驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和性能后便會(huì)明白。

接收器由一個(gè)CCD線探測(cè)器組成，該探測(cè)器有密集安排的接收元件以及像素。發(fā)射器不斷重復(fù)產(chǎn)生線性均勻射線。當(dāng)目標(biāo)對(duì)象處在傳感系統(tǒng)的射線里時(shí)，側(cè)影便反映接收器的CCD線的具體單個(gè)像素。由于像素相互之間的距離在CCD線上是已知的，通過(guò)所形成側(cè)影部位的大小，便可測(cè)出檢測(cè)對(duì)象的直徑。

通過(guò)智能軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化

反射線傳感器可通過(guò)相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，此外該軟件還能夠呈現(xiàn)CCD線的光效應(yīng)曲線，該CCD線的光效應(yīng)曲線里描述CCD線的每個(gè)具體像素的亮度信息。使用者借助于該CCD線的光效應(yīng)曲線可立即識(shí)別，是否是一個(gè)檢測(cè)對(duì)象或在哪里切斷了CCD線探測(cè)器的范圍。所謂視頻信號(hào)是可根據(jù)不同運(yùn)行方式的檢測(cè)任務(wù)來(lái)評(píng)估檢測(cè)對(duì)象，例如“左邊緣”(“Left-Edge”)、右邊緣(“Right-Edge”)、中心(Center )和寬度(Width)。同時(shí)采取參數(shù)化軟件定義的運(yùn)行方式傳送給線傳感器(Zeilensensor)。參數(shù)化后，傳感器系統(tǒng)便沒(méi)有PC連接，從而可以自主工作。

圖3 金屬柱螺栓頂部的徑向擺動(dòng)將根據(jù)金屬柱螺栓的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控。在此實(shí)施的是中心（Center）運(yùn)行方式的檢測(cè)。補(bǔ)充使用應(yīng)用評(píng)估模式“Min-Max”，該評(píng)估模式的應(yīng)用是經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)量周期在線探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)檢測(cè)結(jié)構(gòu)件中心的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)

在Barchfeld精密車削件有限公司的檢測(cè)裝置里集成的線傳感器(Zeilensensor)有一條6?mm×1?mm的紅色激光線作為發(fā)送元素。與此同時(shí)，由一個(gè)512像素的CCD線探測(cè)器組成主動(dòng)態(tài)的傳感器平面。傳感器系統(tǒng)典型的分辨率為2?μm。Uwe Wohlgemuth在解釋該裝置的作業(yè)功能方式時(shí)說(shuō)：“金屬柱螺栓頂部首先從一個(gè)儲(chǔ)料倉(cāng)里傳送到一個(gè)螺旋輸送機(jī)上，目的是將車削件縱向輸送給帶有零件緩沖裝置的線性輸送軌道上。由于這些車削件在此部位布置得不符合檢測(cè)金屬柱螺栓頂部的要求，這些車削件在到達(dá)緩沖區(qū)之后被安置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)站內(nèi)，并由此直接進(jìn)入一個(gè)檢測(cè)站?！?/p>

在該檢測(cè)站內(nèi)，為了能夠取得明確的檢驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)金屬柱螺栓頂部旋轉(zhuǎn)1 1/2?rad。金屬柱螺栓頂部的徑向擺動(dòng)將借助于金屬柱螺栓頂部的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控，在此則完成評(píng)估運(yùn)行方式中心(Center)的檢測(cè)任務(wù)。

每個(gè)試樣必須進(jìn)行個(gè)性化監(jiān)控

通過(guò)采用該運(yùn)行方式，確定了陰影投影的正中定位，從而在測(cè)量系統(tǒng)里產(chǎn)生一個(gè)結(jié)構(gòu)件(這里是指金屬柱螺栓頂部)。在此，將補(bǔ)充應(yīng)用評(píng)估模式“Min-Max”。該評(píng)估模式經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)量周期在線探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)檢測(cè)結(jié)構(gòu)件中心的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。在具體情況下意味著：如果金屬柱螺栓頂部在該條件下通過(guò)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的扭曲來(lái)表明所謂的跳動(dòng)，表明了在該轉(zhuǎn)動(dòng)中結(jié)構(gòu)件的位置也發(fā)生了改變。在此，傳感器系統(tǒng)便儲(chǔ)存下“Min和Max”這兩個(gè)偏轉(zhuǎn)方向里當(dāng)時(shí)的極限值。從這些值中測(cè)得的差相當(dāng)于當(dāng)時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)件的跳動(dòng)，并轉(zhuǎn)換為檢驗(yàn)裝置的存儲(chǔ)器程序化控制裝置(SPS)中的加工處理模擬信號(hào)，目的是將不合格件(NIO)從合格件(IO)中分離出來(lái)。

圖4 從兩個(gè)偏轉(zhuǎn)方向里當(dāng)時(shí)的極限值。從這些值中測(cè)得的差相當(dāng)于當(dāng)時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)件的跳動(dòng)，并轉(zhuǎn)換為檢驗(yàn)裝置的存儲(chǔ)器程序化控制裝置（SPS）中的加工處理模擬信號(hào)，目的是將不合格件（NIO）從合格件（IO）中分離出來(lái)

為了得出用于評(píng)估徑向擺動(dòng)的每個(gè)具體的金屬柱螺栓頂部“Min和Max”偏轉(zhuǎn)方向里當(dāng)時(shí)的極限值，極限值在每次自成體系的檢測(cè)后均復(fù)位。這是通過(guò)系統(tǒng)的一個(gè)外部入口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該外部入口在一個(gè)新的金屬柱螺栓頂部進(jìn)入檢測(cè)站后，短時(shí)間加載24?V電流，以完成金屬柱螺栓頂部的極限值在自成體系的檢測(cè)后每次均復(fù)位。

如上所述，在該自動(dòng)化檢驗(yàn)裝置里使用的是一個(gè)PG400140 傳感系統(tǒng)。測(cè)量范圍的寬度為6?mm。該測(cè)量寬度是測(cè)量結(jié)構(gòu)件直徑的兩倍，比金屬柱螺栓頂部的跳動(dòng)大許多。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：為了確保金屬柱螺栓頂部突起在光束里。而這樣做的缺點(diǎn)是：對(duì)于存儲(chǔ)器程序化控制裝置(SPS)來(lái)說(shuō)，僅有小的、從跳動(dòng)產(chǎn)生的模擬信號(hào)用于檢測(cè)。該測(cè)量系統(tǒng)用一個(gè)集成的縮放功能便可將該問(wèn)題加以解決，該縮放功能在模擬出口將測(cè)量件位置的小變化轉(zhuǎn)換成信號(hào)偏移。

Uwe Wohlgemuth解釋說(shuō)：“金屬柱螺栓頂部的檢測(cè)時(shí)間僅需要0.1?s?！痹趯y(cè)試站里的范圍內(nèi)金屬柱螺栓進(jìn)閘門和出閘門機(jī)械部件考慮在內(nèi)的情況下，每個(gè)工件的檢測(cè)時(shí)間為2.5?s。結(jié)果如Barchfeld精密車削件有限公司的總經(jīng)理Michael Grobe所說(shuō)：“較長(zhǎng)的一段時(shí)間以來(lái)已在使用金屬柱螺栓頂部的檢測(cè)裝置，至此，我們公司便能夠在每小時(shí)檢測(cè)1400個(gè)淬火的金屬柱螺栓頂部的情況下實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)漏洞的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。”