基于激光位移传感器的乘用车前悬外倾角在线检测系统的研究设计

2020-02-20廖金团王莉莉覃京翎郑志明曾庆文

通信电源技术 2020年1期

廖金团，王莉莉，覃京翎，郑志明，曾庆文

（1.柳州城市职业学院，广西柳州 545036；2.广西汽车集团有限公司，广西柳州 545007）

0 引言

前悬总成是乘用车的一个重要零部件，其外倾角由车轮外倾角和主销内倾角构成。在现代乘用车中，四轮定位对于车辆的操纵稳定性、行驶安全性、轮胎及悬架衬套的使用寿命具有重要影响[1]，故保证前悬外倾角的精确很重要。由于在目前的装配线上，前悬前支柱与转向节连接的螺栓孔无精确定位，存在配合间隙、装配一致性差的问题，无法保证外倾角的绝对精确性，进而影响整车的稳定性能。如果在整车上再对外倾角进行检测，不合格品会造成生产成本的上升。因此，在乘用车前悬装配线上设计乘用车前悬外倾角在线检测系统具有重要意义。

1 测量原理

前悬外倾角如图1所示，是车轮外倾角和主销内倾角两者之和。其中，车轮外倾角可以直接利用倾角传感器测量，而主销内倾角需通过建立几何关系间接测量得到。国内现有的转向轮定位测量装置主要分为便携式和四轮定位式两类[2]。便携式仪器的测量需手工操作，测量过程繁琐，对检测人员和检测步骤要求高，且采用水泡读数，存在精度低、重复性差、读数误差大等缺点[2]。四轮定位式测量则是在整车下线前才进行检测，易造成生产成本的上升。

针对传统检测方法的不足，本系统采用两个非接触式的激光位移传感器进行检测。激光位移传感器是在激光技术和CCD技术迅速发展的前提下应运而生的一种高精度位移传感器[3]，具有非接触、效率高、轻巧便捷等优点[4]，被广泛应用于手机检测、机械加工、汽车制造、精密仪器、点胶机、铁路铁轨检测以及科研教学等领域。

图1 前悬外倾角示意图

2 系统构成

为实现乘用车前悬外倾角的快速、自动在线检测，本文设计了乘用车前悬外倾角在线检测系统，构成如图3所示。整个系统以PLC作为主控制器，读取激光位移传感器检测到的高度值进行计算，并将结果实时显示在人机交互界面上。为便于装配线的智能化管理和操作人员对产品信息的查询，系统设计了一个数据追溯系统。

图2 检测原理示意图

图3 系统构成

综合各因素考虑，本设计选用基恩士IL-600高性能激光位移传感器。该传感器具有较高的性价比，几乎对任何目标物均可实现稳定测量；配有多种传感头，可检测从20 mm到1 m的部件；带有Etherent、Profibus、RS-232通信接口，能与大多数PLC进行通信和发送各种信息。PLC选用西门子CPU 1513-1 PN，S7-1500PLC的处理速度快，联网能力强，诊断能力和安全性高，不仅可节省成本，提高生产效率，而且安全可靠，维护简单方便；选用西门子TP1200精智面板作为人机交互界面。追溯系统由VB组态，通过Modbus TCP协议与PLC通信连接，实现数据的传输与存储。

3 软件设计

系统控制流程如图4所示。系统启动运行后，首先判断前悬总成是否到位，若到位则下降检测机构并判断是否下降到位；若检测机构下降到位，则启动激光位移传感器测量，并将测量到的数据反馈到PLC进行计算，进而判断该前悬总成的外倾角是否符合要求。若检测的外倾角符合要求，则将该前悬总成移至下一工位；若不符合要求，则下线调整。

为便于工作人员操作和查询产品装配信息，设计了手/自动操作、产品选择以及夹具状态等人机交互界面。图5为系统主界面，图6为产品选择界面。

4 结语

本文针对现有乘用车前悬外倾角检测方法的不足，设计了基于激光位移传感器的前悬外倾角在线检测系统。该系统以PLC作为主控制器，采用非接触式的激光位移传感器作为测量工具，提高了前悬外倾角的测量精度及效率。同时，为工作人员设计了简单实用的人机交互界面和数据追溯系统，方便工作人员对数据信息作进一步的分析处理。目前，该在线检测系统已投入试运行，实际应用效果较好。