精密零件的自动化检验


作者:Tobias Marzin 日期:2018/10/19 来源:MM《现代制造》

从一个储料仓里出来的金属柱螺栓首先到达一个螺旋输送机,目的是为了零件缓冲装置将工件纵向安置在一个线性的输送段上
从一个储料仓里出来的金属柱螺栓首先到达一个螺旋输送机,目的是为了零件缓冲装置将工件纵向安置在一个线性的输送段上

汽车工业的供货商的产品必须要满足高质量标准,为此,对他们来说,常常不可避免的是要对其生产的零部件进行100%检验。为了确保经过淬火的柱螺栓顶部在汽车应用中精准的径向摆动,位于德国图林根的一个汽车工业的供应商使用了一个自动化检验装置。在此,一个由IPF Electronic公司提供的传感器解决方案起到决定性的作用。Barchfeld精密车削件有限公司是一家坐落在Barchfeld Immelborn的中型企业,该公司专门生产高精密度车削件。该公司总经理Michael Grobe说:“我们是一家自动化切削加工厂,致力于从单批少件数到大批量车削件加工,所加工的工件是直径从2 mm~12 mm不等的车削件。我们的客户中不仅有汽车工业的系统供应商,而且还有来自测量和调整技术以及医药技术领域的客户。”

要求切削件径向摆动性能精准

Barchfeld精密车削件有限公司为一家系统供应商生产精密车削件,也为汽车制造业生产金属柱螺栓。所生产的金属柱螺栓的顶部直径仅为3 mm,在淬火和磨削加工后,金属柱螺栓顶部允许的公差最大仅为0.06 mm,以确保该工件的径向摆动性能达到精准。Michael Grobe说:“着眼于产品的高质量,我们生产的所有工件均要进行常规的检测。出于该原因,我们委托了一家工程师事务所为我们研发一个全自动化的金属柱螺栓顶部径向摆动性能检测的解决方案。”

图1 该装置用于汽车制造业使用的金属柱螺栓顶部的精密径向摆动性能测试
图1 该装置用于汽车制造业使用的金属柱螺栓顶部的精密径向摆动性能测试

Barchfeld精密车削件有限公司委托的是位于莱比锡附近Markkleeberg的Wohlgemuth设计模型制造工程师事务所,该工程师事务所专门为各个不同的工业行业以及电气、食品和汽车行业的供货商研发和制造专用机器。

用于零件准确定位的传感器

Wohlgemuth设计模型制造工程师事务所的经理Uwe Wohlgemuth说:“在为Barchfeld精密车削件有限公司研发精密车削件的检验装置的进程中,需要简单的集成全自动化系统的传感器解决方案,该方案的着眼点是检验快速、周期时间短,且最终能够高精密度的完成要求严苛的检验任务。为此,在研发该检验解决方案时,我们与IPF Electronic公司取得了联系。从该公司传感器专家那,得到了对于类似任务需使用光敏和对照射敏感的探测器式的传感器的建议。”

图2 缓冲区过后,测试所用的旋转站里的金属柱螺栓便准确对准了前面的线传感器
图2 缓冲区过后,测试所用的旋转站里的金属柱螺栓便准确对准了前面的线传感器

IPF Electronic公司的光敏和对照射敏感的传感器主要是用于零件准确定位或用于精准检测对象的外形尺寸。考虑到该应用的高灵活性,IPF Electronic公司提供了监控系统(反射线传感器)和发射器接收器系统(激光线传感器)作为传感器。最后该公司提供使用的是叉子版本传感器。为什么要使用叉子版本的系统?准确的说为什么PG400140反射线传感器特别适合该自动化检验装置呢?当人们比较仔细的看该检验装置的结构和性能后便会明白。

接收器由一个CCD线探测器组成,该探测器有密集安排的接收元件以及像素。发射器不断重复产生线性均匀射线。当目标对象处在传感系统的射线里时,侧影便反映接收器的CCD线的具体单个像素。由于像素相互之间的距离在CCD线上是已知的,通过所形成侧影部位的大小,便可测出检测对象的直径。

通过智能软件实现参数化

反射线传感器可通过相应的软件实现参数化,此外该软件还能够呈现CCD线的光效应曲线,该CCD线的光效应曲线里描述CCD线的每个具体像素的亮度信息。使用者借助于该CCD线的光效应曲线可立即识别,是否是一个检测对象或在哪里切断了CCD线探测器的范围。所谓视频信号是可根据不同运行方式的检测任务来评估检测对象,例如“左边缘”(“Left-Edge”)、右边缘(“Right-Edge”)、中心(Center )和宽度(Width)。同时采取参数化软件定义的运行方式传送给线传感器(Zeilensensor)。参数化后,传感器系统便没有PC连接,从而可以自主工作。

图3 金属柱螺栓顶部的径向摆动将根据金属柱螺栓的偏转进行监控。在此实施的是中心(Center)运行方式的检测。补充使用应用评估模式“Min-Max”,该评估模式的应用是经过一个测量周期在线探测系统内检测结构件中心的绝对运动
图3 金属柱螺栓顶部的径向摆动将根据金属柱螺栓的偏转进行监控。在此实施的是中心(Center)运行方式的检测。补充使用应用评估模式“Min-Max”,该评估模式的应用是经过一个测量周期在线探测系统内检测结构件中心的绝对运动

在Barchfeld精密车削件有限公司的检测装置里集成的线传感器(Zeilensensor)有一条6 mm×1 mm的红色激光线作为发送元素。与此同时,由一个512像素的CCD线探测器组成主动态的传感器平面。传感器系统典型的分辨率为2 μm。Uwe Wohlgemuth在解释该装置的作业功能方式时说:“金属柱螺栓顶部首先从一个储料仓里传送到一个螺旋输送机上,目的是将车削件纵向输送给带有零件缓冲装置的线性输送轨道上。由于这些车削件在此部位布置得不符合检测金属柱螺栓顶部的要求,这些车削件在到达缓冲区之后被安置在一个旋转站内,并由此直接进入一个检测站。”

在该检测站内,为了能够取得明确的检验结果,每个金属柱螺栓顶部旋转1 1/2 rad。金属柱螺栓顶部的径向摆动将借助于金属柱螺栓顶部的偏转进行监控,在此则完成评估运行方式中心(Center)的检测任务。

每个试样必须进行个性化监控

通过采用该运行方式,确定了阴影投影的正中定位,从而在测量系统里产生一个结构件(这里是指金属柱螺栓顶部)。在此,将补充应用评估模式“Min-Max”。该评估模式经过一个测量周期在线探测系统内检测结构件中心的绝对运动。在具体情况下意味着:如果金属柱螺栓顶部在该条件下通过在一个旋转运动中的扭曲来表明所谓的跳动,表明了在该转动中结构件的位置也发生了改变。在此,传感器系统便储存下“Min和Max”这两个偏转方向里当时的极限值。从这些值中测得的差相当于当时检测结构件的跳动,并转换为检验装置的存储器程序化控制装置(SPS)中的加工处理模拟信号,目的是将不合格件(NIO)从合格件(IO)中分离出来。

图4 从两个偏转方向里当时的极限值。从这些值中测得的差相当于当时检测结构件的跳动,并转换为检验装置的存储器程序化控制装置(SPS)中的加工处理模拟信号,目的是将不合格件(NIO)从合格件(IO)中分离出来
图4 从两个偏转方向里当时的极限值。从这些值中测得的差相当于当时检测结构件的跳动,并转换为检验装置的存储器程序化控制装置(SPS)中的加工处理模拟信号,目的是将不合格件(NIO)从合格件(IO)中分离出来

为了得出用于评估径向摆动的每个具体的金属柱螺栓顶部“Min和Max”偏转方向里当时的极限值,极限值在每次自成体系的检测后均复位。这是通过系统的一个外部入口来实现的,该外部入口在一个新的金属柱螺栓顶部进入检测站后,短时间加载24 V电流,以完成金属柱螺栓顶部的极限值在自成体系的检测后每次均复位。

如上所述,在该自动化检验装置里使用的是一个PG400140 传感系统。测量范围的宽度为6 mm。该测量宽度是测量结构件直径的两倍,比金属柱螺栓顶部的跳动大许多。这样做的优点是:为了确保金属柱螺栓顶部突起在光束里。而这样做的缺点是:对于存储器程序化控制装置(SPS)来说,仅有小的、从跳动产生的模拟信号用于检测。该测量系统用一个集成的缩放功能便可将该问题加以解决,该缩放功能在模拟出口将测量件位置的小变化转换成信号偏移。

Uwe Wohlgemuth解释说:“金属柱螺栓顶部的检测时间仅需要0.1 s。”在将测试站里的范围内金属柱螺栓进闸门和出闸门机械部件考虑在内的情况下,每个工件的检测时间为2.5 s。结果如Barchfeld精密车削件有限公司的总经理Michael Grobe所说:“较长的一段时间以来已在使用金属柱螺栓顶部的检测装置,至此,我们公司便能够在每小时检测1400个淬火的金属柱螺栓顶部的情况下实现了一个无漏洞的产品质量检验。”