2019-12-25 click: 10151
摘要：針對飛輪齒圈檢測項目多和測量裝夾難度大的問題，本文在自動生產線測量理念的基礎上，設計了一臺上料，吹灰，測量，打標，高壓油沖洗，合格與超差分組五項工作任務于一身的飛輪齒圈自動檢測線。通過將流水線測量的項目分解成各種集成模塊及控制單元完成上述一些列功能需求。并在測量模塊中采用哈爾濱精達機械發展有限公司特有的“飛輪齒圈定位裝置結構”，并增加了激光測量裝置以及精達發展公司特有的標準齒輪徑向偏差修正技術的飛輪齒圈綜合自動檢測線，為此類特殊的齒圈提供了方便，快捷，準確的測量方法。
關鍵詞：飛輪齒圈 檢測線 定位工裝
0.引言
飛輪總成是汽車發動機啟動裝置中重要的一個部件，飛輪總成與離合器壓盤一并起到吸收振動，儲存能量的作用。而薄壁齒圈又是飛輪總成部分的一個關鍵零件，由于其壁薄，齒多，直徑大等特點（如圖1所示），能夠使飛輪總成的安裝結構緊湊，使用壽命長，在汽車啟動裝置中起到不可或缺的作用。然而由于這類齒輪形狀的特殊性，環形齒輪齒厚變化較大，外形尺寸變形較為嚴重，導致齒輪的精度和各項指標難于控制，這樣對傳動系統的精度有直接影響，同時對于精準的測量出其精度與參數也帶來了很大難度。
在廠家大批量生產的條件下，雖然齒圈通過機械加工可以達到比較高的精度，但是由于熱處理等后續加工導致比較大的變形，齒厚（以特定齒輪跨棒距來衡量）很難保證一致性，以齒輪雙嚙測量方式，由于內徑變化比較大、零件受力變形等原因導致測量時其定位難于實現，帶來測量結果變化大。并且缺少方便快捷的檢測方法，只能通過人工逐個檢測每個齒圈的跨棒距來判定工件是否合格。這種檢測方法成本高，效率低，耗費大量的人工和時間，因此如何能將這類齒輪高精度快速的檢測出來，成為了目前要解決的重點。本文所述自主研發的自動檢測線是吉林大華機械制造有限公司所提出的檢測要求進行研制設計的。該自動檢測線測量部分針對此類齒圈的定位裝置和裝夾方式特殊設計，配合精達發展公司獨有的標輪徑向偏差修正技術，可以實現對此類齒圈M值，跨棒距，徑向誤差等多項參數精準快速的測量。實現了測量速度快，檢測效率高，快速準確分選，具有多種輔助功能的高品質的自動檢測線。為生產量大，檢測精度要求較高的客戶提供了新的檢測途徑，比較好的達到了客戶的使用要求，已經成為客戶提升產品質量必不可少的自動檢測設備。
本文所述用于薄壁圓環類齒圈檢測自動檢測線，設計為多工位串行工作的方式，能夠實現快速裝夾工件，測量，打標，噴油清洗，分選等功能。該設備集合了計算機多點控制，多軸聯動，齒輪雙嚙測量，激光測量，傳感器判斷，電動，氣動，液壓等多項先進的技術，實現了被測工件自動上下料，零件相關誤差項檢測，方向判斷，翻轉打標，高壓清洗，分選等功能。工件從上料到分選出合格不合格整個過程僅需20秒，檢測時間是人工檢測時間的1/5，是三坐標檢測時間的1/10，而且三坐標與人工只能測量一些外形誤差，無法測量齒輪的精度誤差，而此臺自動線都可以滿足測量要求。圖2為自動線整體結構示意圖。針對該檢測線自主開發相應配套軟件詳情見圖3。
2.自動線工作流程
如圖4所示，自動線由料倉工位，吹灰工位，測量工位，翻轉打標工位，高壓油清洗工位，分選工位等組成。
（1）人工將被測齒圈放到圓形料倉上，料倉共3個上料裝置，料倉下面裝有旋轉軸系從而實現3個上料裝置的自動切換，傳感器檢測到上料裝置有工件時，升降平臺帶動托盤上升到一定高度停止，機械手將工件抓取到吹灰工位。
（2）機械手將工件放到吹灰工位后，三爪定位裝置帶動工件旋轉，同時四周分布的高壓氣槍同時對工件進行高壓氣吹，把工件的表面污物清理干凈達到可檢測標準，被清理出的油污灰塵收集到污垢收集箱中（人工定期清理收集箱）。
（3）工件吹凈后機械手將工件抓取到測量工位，工件就位后被自動快速裝夾定位采用雙嚙的原理測量出齒輪的徑向誤差，采用激光測量出齒輪的內徑尺寸，齒頂，齒根直徑等誤差，通過激光照射判斷出齒圈的正反面。
（4）測量完畢，工件被抓取到翻轉打標工位，如工件方向正確且檢測為合格零件則直接進行打標；如工件方向為反向且檢測合格則翻轉夾爪先進行零件翻轉后再進行打標；如工件檢測不合格無論工件擺放反正都不打標，通過不同顏色的噴槍點在工件表面進行標記，這樣很容易分辨出齒圈哪項參數超差。
（5）標記完的工件被抓到清洗工位，不合格工件放到甩干工位不進行高壓油沖洗甩干；合格的工件放到工位，倉門閉合，高壓油進行沖洗，沖洗完畢后，工件與三爪定位裝置高速旋轉把工件上殘留的油甩干。
所有工序完成機械手根據工件檢測的結果進行分組，分別將工件放置在合格與不合格的小推車上，工件裝滿后儀器提示工人將小車推走，卸料更換。
測量工位的設計是整個測量線的關鍵，如圖5所示為測量工位以及工件裝夾結構示意圖，圖的右半部分采用的是精達發展公司獨有的單滑板雙嚙結構，傳統雙嚙儀一般都是使用兩層滑板結構（一層移動滑板用于齒輪大小調整，一層浮動滑板用于齒輪嚙合測量）結構比較繁瑣，安裝起來比較麻煩，而單滑板雙嚙結構化繁為簡把兩層滑板融合到一層滑板使用，浮動移動使用一個光柵計數，這樣結構簡單緊湊，便于安裝調整，節約成本，該結構更適合應用于自動生產線中。
圖5的左邊是工件的定位裝夾裝置，在底部的4個精密滑臺上有3個滑臺安裝著高精度的萬向軸承（3個萬向軸承的高度必須一致），根據被測工件的直徑大小調整每個精密滑臺的位置，用3個萬向軸承支撐著工件表面使工件保持水平，并且能夠靈活的旋轉；在另一個滑臺上裝有高精度軸承，將滑臺調整到相應位置鎖緊，當機械手把工件放到測量位置時，標輪向前移動與工件嚙合后，繼續向前直到高精度軸承將工件擋住，開始嚙合測量。由于此類薄壁環形齒圈在熱處理時外形尺寸變形比較嚴重，所以測量時會出現擺動現象，因此在中間安裝了一個型材滑軌和兩個滑塊?；瑝K1上安裝了一個彈性機構，放工件前氣缸通氣將萬向球1向后頂開，工件就位后氣缸松開萬向球1通過彈簧的作用緊緊地頂在工件內壁上，滑塊2上的萬向球2則提前調整到固定位置鎖緊，通過萬向球1和2的相互作用將工件撐起，固定在中心位置，確保了嚙合測量結果的穩定性。在另一個型材滑軌上安裝著兩個激光位移傳感器。一個安裝在工件內部，一個在工件外部分別測量齒圈的內孔直徑與齒頂圓，齒根圓直徑等誤差項。
在每個機械結構相互配合下保證了測量結果的穩定性，測量速度快，此結構通過多次實驗并與三坐標測量結果進行對比，該結構測量齒圈的各項精度重復性在±0.01mm。
傳統的人工檢測方法已經不在適合產量大，高節拍，高精度的生產需求。此類薄壁環形齒圈自動檢查線的應用取得良好的效果，保證產品的檢查穩定性和效率，提升了生產自動化程度。隨著工業生產自動化水平的提高，這種智能一體化設計的檢測線越來越被認可和需要，而自動線的關鍵技術是根據被測工件的特定技術要求設計對應的測量單元，在滿足測量效率的基礎上要求測量結果準確，工件定位的穩定可靠。該自動測量線的應用得到了客戶的認可和好評。提高了檢測效率并降低了客戶的大量成本，成為了現代工業里控制質量的最佳檢測方式之一。
[1]張紅梅.齒圈類零件的在線檢測及校正生產線的設計. 哈爾濱精達機械發展有限公司, 2017.
[2]湯潔. 齒輪雙面嚙合多維測量理論及技術研究[D].北京工業大學, 2009.
