（机械制造及其自动化专业论文）汽车部件压入装配与检测集成系统的研究.pdf

中文掎委汽车部件压入装配与检测集成系统的研究专业：机械制造及其自动化研究生：胡彦锁指导教师：赵武改革开放以后，国外车型的大量合资、引进以及对引进国外技术消化吸收，促进了国内汽车零部件工业的发展。我国汽车零部件工业迅猛发展，特别是近几年来的发展速度加快。但是中小型企业在生产、检测技术方面普遍落后，主要靠廉价的劳动力来降低成本，生产出的汽车零部件也存在安全隐患。为了解决目前这一状况，我们必须充分利用中小型零部件企业现有生产资源，将现代检测控制技术运用到实际生产中，设计出一套低成本的通用的检测控制设备追在眉睫。经过多年的发展，工业测控系统在我国已经形成一项专门技术，数据采集技术作为信息科学的一个重要分支，已经与传感器技术、信号处理技术、计算机技术共同构成了现代检测技术的基础。随着科学技术的发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集的主要技术指标，如采样速率、分辨率、精度、输入电压范围、控制方式以及抗干扰能力等方面，都提出了越来越高的要求。在工业控制领域，实时数据采集是一个最基本且最重要的环节。本课题从实际应用出发，以汽车转向传动装置压入装配的检测作为切入点，以机械设计理论为研究基础，通过控制装配力达到控制装配过盈量的目的；运用目前相对比较成熟的串口通信技术、传感器技术、液压控制技术、计算机技术，设计了一套低成本的通用的压入装配与检测集成控制系统，并将其成功运用到装配线现场。并达到了预期的控制要求。通过在实际中的应用，验证了该套设备在检测控制方面的可实施性。明- i i 大学硕七学位论文本论文的主要内容如下：1 ) 阐述了汽车零部件装配质量俭测的必要性和紧迫性，简单介绍了汽车零郎件市场现状，给出了系统研发的背景和设计目标，对项目技术背景做了简要的分析，最后给出了论文的主要工作内容。2 ) 阐述了系统的理论基础。分析了装配过盈量和装配压入力的关系，给出了二者之间详细的计算过程；详细介绍了数据采集基础知识，并对串行通信做了简单概述。3 ) 阐述了系统的总体设计，首先简单介绍了系统的设计目标、原则、和总体框架，阐述了系统的设计原理和工作方式。然后给出了系统的总体结构设计，最后给出了系统的关键技术。4 ) 对下位机系统的需求和功能进行了详细分析，定义了下位机的功能模块。给出了下位机系统单片机选型及其特点，确定了串口数据通信协议，并且对串口通讯模块、数据采集模块、存储模块和看门狗电路做了详细介绍。5 ) 简单介绍了串口通讯方式，给出了串口通讯类动态连接库的编写和调用方式的部分代码。6 ) 分析了上位机系统的需求和数据采集流程，定义出了上位机系统的软件结构，并对上位机的各个功能模块做了详细阐述，分析了上位机系统的关键技术，阐述了上位机系统的特色。7 ) 介绍了整个检测控制系统的集成测试步骤和检测情况，阐述了不同阶段的测试内容和主题，最后给出了系统现场实施情况。8 ) 结论和展望。关键词：压入装配汽车部件检测与控制i i英文 劳要t h er e s e a r c ho fi n t e g r a t i o ns y t e mo na u t o m o b i l ea c c e s s o r yp r e s sa s s e m b l ya n dd e t e c t i o nm a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o nc a n d i d a t e ：h uy a ns u os u p e r v i s o r ：z h a o w uw i t ht h ei n n o v a t i o na n do p e n i n gi nc h i n a , m a n yj o i n tv e n t u r ea n di n d r a n g to ff o r e i g nc a l a n dd i g e s t i o no nt e c h n i q u e ，t h i sa d v a n c e dt h ed e v e l o p m e n to fc a r sa c c e s s o r yi nc h i n a t h ec a r sa c c e s s o r yd e v e l o p sf a s ti no u rc o u n t r y , e s p e c i a l l yi nr e c e n ty e a r s h o w e v e r , t h et e c h n i q u eo f p r o d u c t i o na n di n s p e c t i o ni sl a g g a r da tl a r g e ri nm i d d l e s m a l le m e r p r i t h e yd e p r e s st h ec o s tb yl o w - c o s tl a b o rf o r c e ，s ot h e r ei ss a f e t yh i d d e nt r o u b l ei np a r tp r o d u c t t os o l v et h i ss t a t u s ，w es h o u l dt a k ef u l la d v a n t a g eo fr e s o u r c eo fm i d d l e - s m a l lp a r te n t e r p r i s e s ；a p p l ym o d e md e t e c t i o na n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo nm a n u f a c t u r e as e to fl o w - c o s ta n dg e n e r a ld e t e c t i o na n dc o n t r o ls y s t e mi st ob ew o r k e do u tu r g e n t l y a f t e rm a n yy e a r s d e v e l o p m e n t ，d a t aa c q u i r et e c h n o l o g yh a sb e e nai m p o r t a n tb r a n c ho fi n f o r m a t i o ns c i e n c e ，w i t ht r a n s d u c e rs k i l l ，s i g n a lp r o c e s ss k i l la n dc o m p m e rs k i l l ，t 量l e yf o r m e dt h eb a s eo fm o d e md e t e c t i o na n dc o n t r 0 1 w i t l it h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n dw i l d l yu s e do fd a t aa c q u i r es y s t e m p e o p l eb r i n gf o r w a r dm o r ea n dm o r eh i g h e rr e q u e s to nm a j o rs k i l lg u i d el i n e ，s u c ha ss a m p l i n gs p e e d ，d i f f e r e n t i a t er a t e ，p r e c i s i o n ，r a n g eo fi n p u tv o l t a g e ，c o n t r o lm o d e ，a n t i - j a m m i n ga b i l i t ya n ds oo n i nt h ef i e l do fi n d u s t r yc o n t r o l ，r e a l - t i m ed a t aa c q u i r ei so n eo fm o s tb a s i ca n dm o s ti m p o r t a n tt e a c h e s t h i st h e s i sc a m ef r o mp r a c t i c ea p p l i c a t i o n t a k et h ed e t e c t i o no na s s e m b l ef o r c eo fc a r sv e e rt r a n s m i s s i o nd e v i c ea sc u t - i np o i n t ，b a s e do nm e c h a n i s me n g i n e e rt h e o r y , c o n t r o l 船s e m b l eq u a l i t yb yc o n t r o l i n ga s s e m b l ep r e s sf o r c e w i t ht h em a t u r es e r i a lc o m m u n i c a t i o ns k i l l ，t r a n s d u c e rs k i l l ，h y d r a u l i cp r e s s u r es k i l l ，c o m p u t e rs k i l l ，w eh a v ep u tf o r w a r dd e v e l o p i n gas u i to fl o w - c o s ta n du n i v e r s a li n t e g r a t i o ns y s t e mo np r e s sa s s e m b l ya n dd e t e c t i o n , a n dt h i ss y s t e mh a si l l阴i f 大学颂学 芏论史b e e na p p l i e dt oa s s e m b l el i n el o c a l ea n do b t a i nt h ea n t i c i p a t i v ec o n t r o lr e q u e s t t h ef a c tv a l i d a t e dt h i s s u i to fe q u i p m e n ti si m p l e m e n t a r yo nd e t e c t i o na n dc o n t r o la s p e c t t h et h e s i s sc o n t e n ti n c l u d e s ：1 e x p a t i a t e dt h en e e da n dp r e s s u r eo fd e t e c t i o no na s s e m b l eq u a l i t yo nc a r sa c c e s s o r y , p r e s e n t e dt h ec u r r e n tm a r k e tc o n d i t i o no fc a r sa c c e s s o r y , g a v et h es y s t e m sr e s e a r c hb a c k g r o u n da n dd e s i g nt a r g e t ，a n a l y z e dt h ep r o j e c ts k i l lb a c k g r o u n db r i e f l y , l i s t e dt h em o s tw o r ko ft h et h e s i sf i n a l l y 2 e x p a t i a t e dt h es y s t e m st h e o r yf o u n d a t i o n a n a l y z e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na s s e m b l ec l e a r a n c ea n da s s e m b l ep r e s s u r ef o r c e ，p r e s e n t e dt h ed e t a i lc a l c u l a t i o np r o c e s sf o rt h e m ；i n t r o d u c e dt h ed a t aa c q u i r eb a s i ck n o w l e d g ei nd e t a i l ，s u m m a r i z e dt h es e r i a lc o m m u n i c a t i o nk n o w l e d g e 3 g a v et h es y s t e m sc o l l e c t i v i t yd e s i g n ；f i r s t l y ，w ei n t r o d u c e dt h ed e s i g nt a r g e t 、p r i n c i p l ea n df r a m e ，d i s c u s s e dt h et h e o r ya n dw o r km e t h o d s t h e nt h et o t a ld e s i g no fs t r u c t u r ew a sp r e s e n t e d f i n a l l yt h ek e yt e c h n o l o g yo ft h i ss y s t e mw a sg i v e n 4 s t u d i e dt h es y s t e m sr e q u e s ta n df u n c t i o ni nd e t a i l ，d e f i n e dt h ef u n c t i o nm o d e lo fh y p o g y n ym a c h i n e t h e nd i s c u s s e dt h ec h o i s eo fs c ma n di t sf e a t u r e ，p r e s e n tt h ed a t ac o m m u n i c a t i o np r o t o c o lf o rs e r i a l g a v et h ei n t r o d u c t i o nf o rs e r i a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，d a t aa c q u i r em o d u l e ，s t o r a g em o d u l ea n dw a t c h d o ge l e c t r i c i t yi nd e t a i l 5 g a v et h eb r i e fi n t r o d u c t i o nf o rs e r i a lc o m m u n i c a t i o nm e t h o d ，p r e s e n t e dp a r tc o d ef o rt h ew r i t ea n dc a l lo fs e r i a lc o m m u n i c a t i o nc l a s sd l l 6 a n a l y z e dt h ee p i g y n ys y s t e m s r e q u i r e m e n ta n dd a t aa c q u i r ep r o c e s s ，d e s i n e dt h es o f t w a r es t r u c t u r eo fe p i g y n ym a c h i n e e x p a t i t e de v e r yf u n c t i o nm o d u l e ，p r e s e n t e dt h ek e yt e c h n o l o g ya n df e a u r eo f e p i g y n ym a c h i n e ，7 i n t r o d u c e dt h ei n t e g r a t i o nt e s ts t e p sa n di n s p e c t i o nr e s u l t ，d e s c r i b e dt h et e s tc o n t e n ta n dt h e s i sa tt w op h a s e s a tl a s t ，i m p l e m e n ta tl o c a l ew a ss h o w n 8 c o n c l u s i o na n de x p e c t i o n k e y w o r d s ：p r e s sa s s e m b l e sa u t o m o b i l ea c c e s s o r yd e t e c t i o na n dc o n t r o l绪论l 绪论1 1 汽车零部件装配质量检测的必要性和迫切性1 1 1 汽车零部件市场现状改革开放以前，中国汽车工业发展较慢，老车型几十年没有太大的改变，汽车产品产量少，在低水平上徘徊，与之相配套的汽车配件产量与产品技术水平都不高。那时也有一些进口车型，但由于其保有量低，技术含量高，所需的维修件大多靠进口。改革开放以后，国外车型的大量合资、引进以及对引进国外技术消化吸收，促进了国内汽车零部件工业的发展。我国汽车零部件工业迅猛发展，特别是近几年来的发展速度加快。据中国汽车工业年鉴对主要零部件工业企业的统计，2 0 0 2 实现工业总产值1 4 2 4 1 亿元，比1 9 9 7 年增长1 8 2 8 ，平均每年递增2 3 1 ，而整个汽车行业平均每年仅递增2 0 3 ；2 0 0 2 年实现利润总额1 0 6 3 亿元，比1 9 9 7 年增长3 2 1 8 ，平均每年递增3 3 4 ，略低于全行业平均每年递增3 7 3 的增长速度；2 0 0 2 年实现销售收入1 2 4 7 5 7 亿元，比1 9 9 7 年增长1 5 6 4 ，平均每年递增2 0 7 ，我国汽车配件行业保持了高速增长的局面。自1 9 8 3 年改革开放以来，国外零部件企业纷纷来华，合资或独资生产零部件，使中国国内零部件产品的生产能力及技术水平大大提高。国外著名零部件厂商，如德国b o s c h 、z f 公司，美国德尔福，t r w ，德纳公司，日本电装，爱信精机、富士通、阿尔派电子、法国发雷奥等，在华建立于数家合资、独资企业，这些企业设计汽车电子、汽车电器、汽车音响、汽车底盘、车身部件等各种品种。据中国汽车工业年鉴的不完全统计，1 9 9 7 年有零部件三资企业1 4 5 家，2 0 0 2 年增至2 2 0 家，增加7 5 家。目前，国内零部件企业规模较大的有5 0 0 0 家左右，着将乡办、村办、街道办、个体的小厂也计入，将达到7 0 0 0 - - 8 0 0 0 家以上，一些大型企业、外商独资企业、合资企业这些给整车厂配套的企业，产品技术含量较高，质量也较好，一些用在零部件维修市场上的配件则技术含量不高。如塑料件、小零件等企业数量过多，产品质量也较差，靠价廉占领市场，还有的个别企业曾阴一【i 大学颀十学证论史用别人的商标，扰乱了配件市场。由于汽车产品的发展，以及对汽车安全、排放等要求的提高，汽车零部件的技术水平也逐渐提高。在中国，由于引进国外技术以及与国外合资合作，一些技术含量较高产品国内也已批量生产，如上海联合电子有限公司和北京德尔福万源发动机管理系统公司分别引进b o s c h 和德尔福技术，生产汽油机电喷系统；上海汽车制动系统公司利用b o s c h 技术生产轿车用a b s ；国内石家庄久乐公司、锦州合昌公司，锦州万得公司研制生产乐轿车用安全气囊( 2 0 0 2 年3 家共生产l o 万套) ；上海华克排气系统公司，大连华特吉莱特排气系统公司引进技术生产三效催化转换器；无锡威孚集团得高压油泵；东风本田发动机有限公司得汽油机合自动变速器；天津丰田发动机有限公司生产得丰田8 a 、5 a 发动机等等。但高科技汽车零部件的核心技术大多为外方所控制，我方缺乏自主研发能力。国外一些著名的零部件企业实行模块化生产，并有很强的自主开发能力，如德尔福、b o s c h 、t r w 、日本电装等等。整车厂在开发时还要依靠零部件厂的成熟技术，而国内零部件企业大多依靠整车厂技术( 含引进技术) 。由于整车的降价竞争，整车厂不断压低零部件的价格，使不少零部件厂经济效益降低，研发费用缺乏。国外大型零配件企业研究开发费用占销售收入的5 以上，而国内企业仅占1 一2 纠“。1 1 2 研发的必要性和迫切性在现代化的加工和制造业中，装配占有十分重要的地位【2 i ；一般，装配工作量占产品制造工作量的2 0 7 0 ，装配时间占整个产品制造时间的4 0 6 0 ，装配成本约占产品成本的3 0 5 0 ；且装配质量对产品性能有直接影响。装配是产品制造过程的最后阶段，反映产品质量的指标如性能、精度、可靠性和寿命等，是在组成产品的零件加工合格的基础上最终由装配工作来保证。所以装配方法和装配工艺合理性选择对产品质量合格率有着决定性作用。同时，质量检测作为整个自动化装配过程的一个不可分割的部分，而它的自动化程度却往往很低；特别在一些体积小、零件多、形状复杂、检测参21 绪论数多的电动产品装配过程中，性能参数检测很大程度上依靠人手操作，不但生产率低而且还使检测带上人为因素；所以产品生产率的提高要求质量捡测实现自动化p j 。在制造一个零件或部件时，材料费与人工费总要相加。在开始装配时，这一项目的成本是最低的；而当装配完成，准备送入仓库、发货或进行更高一层的装配时，其成本是最高的。按照不同的项目，占支配的可能是人工费，也可能足材料费。在任何情况下，该项目的总成本经常与完成的程度成正比。例如零件有缺陷而必须进行修理，重新加工，重新制造或者成了废品，那么，损失的时间与金钱也将正比于发现缺陷零件已完成的程度。装配工序与测试相结合，可以监控质量或装配进展情况，可以及早鉴别出缺陷而使重新加工或报废的成本减到最少【4 】。国内目前大多数中小型汽车零部件公司的装配质量检测技术相对落后，检测过程基本全部靠手工作业，质量判断主要依据经验；生产效率低下，并且装配质量得不到保障。面对巨大的汽车零部件市场需求，如果汽车部件装配质量得不到有效检测，那么后果是相当严重的。另外，各个厂家生产现场有一定的差异，有的厂家针对自己公司的实际情况定制或购买专用的质量检测控制系统，这样定制出来的系统高效，但是不具备通用性，造成了科学资源的相对浪费。近年来，国内随着零件制造成本的不断下降和劳动成本的逐年提高，特别是东部地区和广东等沿海地区在产品生产成本上，焦点已逐渐转移到产品装配方面，在家电行业、汽车行业和电子行业的小型、异型零件的装配中，提高装配生产率所带来的经济效益远远比简单地降低零件生产成本显著。国外自动化装配方面早已投入大量精力研究，从早期的小型机械单元发展到现今多单元加传输线组成大规模装配自动化生产线，且不断向高效、高可靠、高自动化方向发展，近期已出现了f a s ( 柔性制造系统) ，装配过程通过自动监控、传感技术与装配机器人等实现了无人化操作【l3 1 。以往，装配过程中主要靠人工来完成参数的测量，这将引入人工观察读数的误差并且不能满足装配自动线的生产率要求。装配线自动化的实现必须以合格的质量作为基础，并且具有较高的生产效率。因此，在自动化装配线上引入自动检测设备尤为重要，这样不但可以控制装配质量，而且通过检测四川大学硕卜学位论文设备可以将所采集的数据进行后续处理得到更多的信息。综上，设计出一套可靠的、低成本的、通用的汽车装配质量检测系统势在必行，将这样的系统应用于中小型企业中，不但可以提高中小型的市场竞争力，繁荣市场经济，而且可以从装配方面为保证整车的安全性能打下了深厚的基础。1 2 系统研发背景及设计目标本课题主要来源主要有二：其一是国内目前大多数中小型汽车零部件公司的装配质量检测技术相对落后，检测过程基本全部靠手工作业，质量判断主要依据经验；因此生产效率低下，并且装配质量得不到保障。采用自动化的装配与检测集成系统来提高生产效率和装配质量迫在眉睫。其二是各个厂家生产现场有一定的差异，有的厂家针对自己公司的实际情况定制或购买专用的质量检测控制系统，这样定制出来的系统高效，但是不具备通用性，造成了科学资源的相对浪费。因此就提出了开发一套可靠的、通用性的装配质量检测系统。本论文研究开发的系统的初衷是面向中小型汽车零部件公司，以汽车转向传动装置压入装配( 见图1 1 ) 检测为突破口，开发出一套低成本、通用性强的自动检测与控制系统。这种系统的特点是检测的参数相对较少、控制结构相对简单、通用性强、易扩展。41 绪论图1 - 1 汽车转向传动装置系统需要达到如下功能和性能指标两方面指标：1 功能1 ) 装配过程中装配压入力实时采集；2 ) 液压控制系统能够实现自动保护；3 ) 行程开关保护；4 ) 检测参数可灵活设定；5 ) 自动生成中、英文报表：6 ) 实时装配力以曲线形式呈现，并体现在报表中；7 ) 自动检测和手动检测两种模式；8 ) 历史零件信息可查询；9 ) 用户界面友好，可操作性强。2 性能指标1 ) 采集频率为不少于1 2 0 0 次秒；阴，i l 大学硕卜学佗论文2 ) 数据采集设备的微分非线性度d n l 值在i l s b 以内；3 ) t - 作温度范围2 5 。c 4 0 。c ；4 ) 油站压力6 m p a ，流量4 升分。与此同时，为了系统的可扩展性，需要模块化设计，并且使系统具有一定的扩展性。1 3 项目技术背景分析1 3 1 自动化检测与控制国内外研究现状随着工业自动化水平的不断提高，利用计算机技术对工厂多渠道的信息进行管理以及生产过程实施数据采集和监控，越来越受到人们的关注。为此，研制开发工业监控系统，将生产装置的关键回路及主要工艺参数进行实时采集和动态跟踪监视，将生产过程与管理系统紧密结合起来，实现生产过程实时信息与管理信息的集成，为管理决策提供可靠的决策依据，具有明显的经济效益1 5 】。国内从7 0 年代中期开始，经过2 0 多年的探索与实践，已经陆续研制一大批自动检测设备，如炮火性能综合检测设备、雷达性能综合检测修理车和陆军技术导弹性能检测系统等等。这些自动检测设备的研制，提高了我过在军用方面的检测手段。但就自动检测设备的发展和技术水平而言，尚未形成模块化设计思想；缺乏总体规划，检测原理和技术较为落后，还未能形成测控技术上的自动化、标准化和智能化。在w i n d o w s 环境引入前，有两种基本类型的数据采集监控系统开发软件开放型的或者闭合型的。首先，大部分d a 厂商要把产品信息提供驱动程序或数据库，软件再添加硬件控制给通常的的d o s 系统，基于编程语言的系统如b a s i c 解释程序、b a s i c 编译程序、c 语言程序及p a s c a 程序。这些语言是文本导向的而不是逐条命令的快速执行。现在，最流行的数据采集编程语言是v b 、v c c + + ，c + + b u i l d e r 和d e l p h i 。许多测试和测量部件厂商提供的w i n d o w s 兼容的a c t i v e x 控制器，c o m 对象，和其他可编程工具使得这些语言进行程序开发更加容易 6 1 。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，并编制测试软件。最早和最具影响的开发软件，是n i 公司的l a b v i e w 软件和l a bw i n d o w s c v i 开发软件。l a b v i e w 采用61 绪论图形化编程方案，是非常实用的开发软件。它的优势在于测控系统的开发，它不仅提供了几乎所有经典的信号处理汉速和大量现代的高级信号分析工具，而且l a b v l e w 程序还非常容易和各种数据采集硬件集成，可以和各种主流的工业现场总线通讯以及大多数通用标准的实时数据连接 7 1 。l a b w i n d o w s c v l 是为熟悉c 语言的开发人员准备的、在w i n d o w s 环境下的标准a n s i c 开发环境。除上述的优秀开发软件外，美国h p 公司的v p v e e和h p t i g 平台软件，美国t e k t r o n i x 公司的e z t e s t 和e z t h i s 软件，以及美国h e md a t a 公司的s n a p m a s e r 平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟一起开发平台软件。由此可见国外由于计算机技术、软件技术和传感器技术发展较快，给自动检测技术的发展提供了十分有利的条件，目前正在形成模块化、系列化和通用化、自动化和智能化、标准化的发展方向【引。1 3 2 计算机检测系统计算机控制技术的发展，不仅使电器设备试验的手段有了质的飞跃，而且有利于电器设备的在线检测、自动监控以及其他功能的扩展。基本的电器器件的试验包括：直流电阻测试、电压比( 变比) 测试、极性及联接组别测试、空载试验、介质损耗试验、谐波分析及波形图绘制、负载试验、工频耐压试验、感应耐压试验及过程曲线的设定等。这其中的大部分试验如果利用微机控制，将会提高测试的准确性和速度，有利于检测系统的安全、可靠和经济运行，降低劳动强度，减少检测成本【引。在电路理论和计算机控制理论的支持下，人们对电路试验的微机测控系统的设计可本着“可靠、先进、多功能”的原则，尽量发挥微机的优势，提高测试的准确度和速度，并增加新的功能。以下技术的进步可推动电路试验技术的进步：1 自动检测控制技术，包括硬件系统和软件实现硬件一般包括电源、控制、变换、微机、保护和仪表等六大类设备。对于自动检测试验，目前广泛使用p c 总线工业控制机，配以相应的a d 接口板和f o 接口扳。自动测试需要把试验中的交流电压、电流转换为计算机a d入口相适应的电压，实现快速采样，然后用数学方法对信号进行分析。软件7四川大学岳贞学位论文设计思路是功能完善、方便灵活。在软件设计中要考虑到提高程序的可用性，微机操作应力求简单。在保护设计方面充分考虑各种可能出现的情况，以增加软件的容错能力。2 完善的保护措施电路试验中需要保护试验人员的安全，试验品的安全和试验设备的安全。为此在软件，硬件上都要采取许多保护措施( 如传统上，霍尔电流传感器用于过电流保护；软件实现过压、过流等保护) ，但要做到更好，还有待于新型材料、新的软件方法的研究以及控制理论新的突破。3 其他功能随着电气设备的不断发展，现场对电气设备的功能要求得日益增加，电气设备的测控系统必然随着不断发展。这就要求我们适应当前趋势，不断跟上发展步伐，逐步晚上测控系统得功能。1 3 3w i n d o w s 环境下计算机测控系统工业测控系统由于大的数据处理量，其主控机越来越多地采用高档计算机，随着w i n d o w s 系统的普遍使用，迫使新的测控系统上位机采用w i n d o w s编程；但是，以前的测控系统的软件设计大都建立在d o s 环境上，d o s 的界面特性差，单任务的方式也不太适合测控系统多信号、多角度、集成化的综合测试分析。w i n d o w s 具有多任务的图形用户界面、交互的工作方式、图形设备接口( g d i ) 、动态数据交换功能( d d e ) 以及动态链接库( d l l ) 的支持等优点，这些优点使得人们逐渐地舍弃d o s ，进入w i n d o w s 界面。面向w i n d o w s 系统的语言程序为用户设计一个优美的图形界面提供了方便，为测控系统建立高度友好的界面奠定了基础。v i s u a lc 抖、v i s u a lb a s i c 、c + +b u i l d e r 都是w i n d o w s 编程的强有力的工具 1 0 l 。现代生产为了提高生产效益和保证产品质量，必需对生产过程进行严格控制，要实现这种控制，首先就必须对生产过程的各种参数和状态进行适时有效的检测，检测是控制的基础，控制是检测的目的。在测控系统中，应用计算机技术大大提高了测控系统的性能，提高了速度、缩小了体积、降低了成本，微处理器但愿是核心，它不仅对测试数据进行实时的处理、分析和判1 绪论断，而且还对整个测最和控制的全过程进行有效的程序控制1 ，其系统框图如图l - 2 。图l - 2 计算机测控系统结构框图1 3 4 装配自动线在现代化的生产中，激烈的市场竞争促使工业界竭力降低成本，加速产品的更新换代，增加产品的品种。因此，现代工业生产在面向多品种、小批量、自动化方向发展，也必然导致装配作业面向多品种小批量的柔性自动化法向发展。据国外统计资料介绍，在现代工业生产过程中，装配作业劳动量所占比例日益增大，一般占4 0 左右，产品总成本的5 0 - 7 0 是消耗在装配作业上，而且装配作业自动化程度远远落后于其他作业的自动化水平。根据i f r 组织对1 7 各主要机器人使用国的统计，用于装配的机器人仍以最快的速度增长。近年来，日本装配机器人已占整个机器人应用数量的5 0 6 0 左右。德国装配机器人的需求量只占总需求量的3 1 0 ，到1 9 9 0 年已经增长到2 4 4 0 。对装配的研究与制造、锻造等加工过程相比，装配在学术领域得到较少的注意。对于加工过程而言从工业革命时代就机械化了，而且研究了近一个世纪。相比之下，装配通常可以手工完成，只有在近3 0 年，自动化的机器人装配才促使人们将装配作为物理过程进行严格的学术研究。但与传统制造过程相比，装配的系统研究还不够不成熟。正如w h i t n e y d e 所说 1 2 1 ：“w ea g ei u s tb e g i n n i n gt or e a l l yu n d e r s t a n da s s e m b l y ”，而在我国更是如此。近年来，国内随着零件制造成本的不断下降和劳动成本的逐年提高，特别是东部地区和广东等沿海地区在产品生产成本上，焦点已逐渐转移到产品装配方面，在家电行业、汽车行业和电子行业的小型、异型零件的装配中，提高装配生产率所带来的经济效益远远比简单地降低零件生产成本显著。9四川大学硕十学位论史国外自动化装配方面早已投入大量精力研究，从早期的小型机械单元发展到现今多单元加传输线组成大规模装配自动化生产线，且不断向高效、高可靠、高自动化方向发展，近期已出现了f a s ( 柔性制造系统) ，装配过程通过自动监控、传感技术与装配机器人等实现了无人化操作【l 。以往，装配过程中主要靠人工来完成参数的测量，这将引入人工观察读数的误差并且不能满足装配自动线的生产率要求。装配线自动化的实现必须以合格的质量作为基础，并且具有较高的生产效率。因此，在自动化装配线上引入自动检测设备尤为重要，这样不但可以控制装配质量，而且通过检测设备可以将所采集的数据进行后续处理得到更多的信息。由此可见，将在线自动检测技术应用到装配线上有十分重要的意义。1 4 论文主要工作本论文以汽车转向传动装置装配检测为突破口，面向中小型零部件企业，通过对装配质量检测的分析，开发出一套可靠的，通用的、低成本的软硬件结合的压入装配与检测集成控制系统。本论文的主要研究内容如下：系统研发的需求分析：装配过盈量与装配压入力关系研究；系统控制方案选择；装配现场实际情况分析和机械结构的设计；下位机系统设计：通用串口通讯动态链接库设计；上位机应用软件设计；1 5 本章小结本章在首先介绍了国内汽车零部件市场的现状，分析了目前中小型汽车零部件公司的装配质量检测中的问题，阐述了该系统研发的必要性和迫切性。给出了课题来源和设计目标，并概要介绍了项目的技术背景，最后分析了论文的主要工作和研究内容。1 02 系圣宽摹本原理嘈 述2 系统基本原理概述2 1 装配质量检测2 1 1 自动化装配在现代化的加工和制造业中，装配占有十分重要的地位：一般，装配工作量占产品制造工作量的2 0 7 0 ，装配时间占整个产品制造时间的4 0 6 0 ，装配成本约占产品成本的3 0 5 0 ：且装配质量对产品性能有直接影响。装配是产品制造过程的最后阶段，反映产品质量的指标如性能、精度、可靠性和寿命等，是在组成产品的零件加工合格的基础上最终由装配工作来保证。所以装配方法和装配工艺合理性选择对产品质量合格率有着决定性作用。同时，质量检测作为整个自动化装配过程的一个不可分割的部分，而它的自动化程度却往往很低；特别在一些体积小、零件多、形状复杂、检测参数多的电动产品装配过程中，性能参数检测很大程度上依靠人手操作，不但生产率低而且还使检测带上人为因素；所以产品生产率的提高要求质量检测实现自动化网。2 1 2 冷压装配冷压装配是在常温下，利用压力机将一个零件压入另一个零件中，从而达到装配的目的。压入和压出力的大小可以由受力的面积乘以压强和摩擦系数得到，因此，所需力可根据以下公式计算：e = f , p n d ：l( 2 - 1 )f o = l p 硝：l( 2 - 2 )式中，c 、e 为压入、压出所需的力z 、正为压入压出的摩擦系数p 为表面接触压力d ，配合公称尺寸l 配合面接触长度由于过盈量的存在，在冷压装配过程中，配合面微观不平度的峰尖不可四川大学硕十学。之论文避免地要受到擦伤或压平，因而降低了联接的紧同性，所以装配时应将零件拭净。并在配合面上涂上一层机油以免压入时发生拉毛甚至卡住现象。另外，在被围件和包容件上分别倒角。这样可以减轻以上的缺点。冷压装配的联接质量不是太高，若想获得更好的联接质量，可以采用温差装配法，本论文不作讨论。冷压装配时，在装配前，应该检查互相配合零件表面有无毛刺、凹陷、麻点等缺陷，如果发现上述缺陷，应进行正确处理。这些缺陷可能是加工时留下的，也可能是在运送时碰撞产生的。为了保证被压入的零件具有良好的对中性，避免由于歪斜而引起零件表面的刮伤。在压入端应检查有无1 5 2 0 m m 的圆角和4 5 。的倒角。为了便于安装，在被压入零件表面最好涂上一层机油【1 4 i 。2 1 3 装配过盈量2 1 3 1 过盈配合的彩响因素1 温度影响。由于工作温度相对于标准值的偏差及组成零件材料线性膨胀系数的不同而带来过盈变化的补偿型”】：只= d ( 口。+ q ) ( 乙一瓦) 1 0 6( 2 - 3 )式中，a o 、口，包容件、被包容件材料的线性膨胀系数瓦、瓦工作温度、起始温度2 表面粗糙度影响。被包容件的表面粗糙度在压入过程中被碾平，使过盈配合的过盈数值减小，其减小的值也必须得到补偿，其补偿量经国内外大量试验得出如下表达式【1 5 】：”= 1 2 ( r 。+ r 。)( 2 - 4 )式中，r 。、r 包容件、被包容件表面粗微观不平度的平均高度( a m )2 1 3 2 装配过盈量1 22 系统摹本原理概述装配时过盈的大小，除考虑过盈配合的强度外，还应考虑工作时温度的影响、装配时表面粗糙度碾平值以及使用过程中的各种不稳定状况的影响，如将后者忽略不计：y 。= y e 。一y ，+ y ，( 2 - 5 )y 。= y e 一一y t + j ，( 2 - 6 )2 1 4 装配力求解一般将其压入的最大压力称为压入力；把轴套压出瞬间所测得的最大压力称为压出力。工程应用中把压出力作为弹性过盈配合的实际结合力。2 1 4 1 有效过盈量的求解理论基础1 6 l ：1 ) 本计算以两个简单厚壁圆筒在弹性范围内的联结为基础；2 ) 计算机的假定条件是包容件和被包容件处于平面应力状态、材料弹性模量为常数、按第四强度理论进行计算【1 7 】f 1 耵；3 ) 过盈量的计算公式由于过盈而使联结表面产生结合压力只，因结合压力而使相配合的包容件( 孔) 、被包容件( 轴套) 直径变化量为e 。，f 。，包容件直径变化量( e o )为包容件内径的扩大量；被包容件直径变化量( t ) 为被包容件外径缩小量。其计算公式如下【1 9 1 ：铲警( 期一警铲警 等叫( 2 - 7 )铲警( 等 + 警驴警( 等心所以有效过盈量：以= 巳+ e 。= p ，d ，【i 瓦il f 。l 一+ 留q 。o ：2 - 十加 + 瓦1l ( 1 。一+ 吼q , ：2 一q c 2 - s ，四r l f 大学硕 学位论文所以：乃= 孥式中：只结合面上接触压力( n m m 2 )q 。、q 分别为包容件和被包容件的直径比4 。、虬分别为包容件和被包容件的波松比g o 、e 。包容件和被包容件的收缩值儿有效过盈量e 、巨分别为包容件和被包容件的弹性模量( n m m 2 )吼= 百d ，吼= 导( 吃、4 见图2 - 1 )图2 - 1 配合尺寸图2 1 4 2 接触压力和过盈量关系有上述压力和有效过盈量的关系可得：1 4( 2 9 )2 系绣摹本原理1 氍述令k f = 丢x则接触压力p = 儿x k ，( 2 - 1 0 )根据图2 2 所示的过盈配合公差带图，可以得出有效过盈量的最大值和最小值。基孔制：基轴制：y 。= q 一孔公差y 。= e s 一轴公差儿一= q + 轴公差y 一= e s + 孔公差根据2 5 ，2 6 式，可褥出过盈配合装配的最小值和最大值，所以可得出接触压力的最大值和最小值：最大接触压力：= y 一岛( 2 - 1 1 )最小接触压力：尸皿n - y 。xk f( 2 - 1 2 )+0由公式( 2 1 ) ，可得出装配力的最大值和最小值：最大装配力：= f fx p 麟x 刀 x d fx 乓最小装配力：= f fx 万d fx 0( 2 - 1 3 )( 2 - 1 4 )，。- 岳一轴公差，一冒+ 孔公差b ) 基轴制图2 2 过盈配合公差带图蕴金亘垒式卫丝奄出：适过墅雯整往菱醒左数蕉剑：互丝垫型揎剑苤酲过盈量：丛亟鲨型整剑筮墼蔓壅鳆旦敛! 鲨星婴建奎丕统酸堡迨基虿!阴i j 大学硕 学。童论文2 2 数据采集基础通常来讲，数据采集即利用传感器技术，通过传感器将被检测量转化为模拟量信号，然后经过信号调理以及采集硬件对其处理，经过通讯接口传送给计算机，然后由分析软件对数据进行分析和处理。一个完整的数据采集系统由传感器、信号调理、采集硬件、接口、数据分析和处理软件等几大部分组成，如图2 3 所示。i_ _ _ 接计分倭_ 算析口机软件件图2 - 3 数据采集系统一般组成原理图2 2 1 采集信号的分类数据采集的信号主要分为以下几类【2 0 1 ：1 模拟信号。模拟信号是指随时间连续变化的信号，模拟信号非常便于传送，但它对于干扰信号很敏感，容易使传送中的信号的幅值