從一個儲料倉里出來的金屬柱螺栓首先到達一個螺旋輸送機，目的是為了零件緩沖裝置將工件縱向安置在一個線性的輸送段上
汽車工業(yè)的供貨商的產(chǎn)品必須要滿足高質(zhì)量標準，為此，對他們來說，常常不可避免的是要對其生產(chǎn)的零部件進行100%檢驗。為了確保經(jīng)過淬火的柱螺栓頂部在汽車應(yīng)用中精準的徑向擺動，位于德國圖林根的一個汽車工業(yè)的供應(yīng)商使用了一個自動化檢驗裝置。在此，一個由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：“我們是一家自動化切削加工廠，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，而且還有來自測量和調(diào)整技術(shù)以及醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域的客戶。”
要求切削件徑向擺動性能精準
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性能達到精準。Michael Grobe說：“著眼于產(chǎn)品的高質(zhì)量，我們生產(chǎn)的所有工件均要進行常規(guī)的檢測。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)一個全自動化的金屬柱螺栓頂部徑向擺動性能檢測的解決方案。”
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性能測試
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)計模型制造工程師事務(wù)所，該工程師事務(wù)所專門為各個不同的工業(yè)行業(yè)以及電氣、食品和汽車行業(yè)的供貨商研發(fā)和制造專用機器。
用于零件準確定位的傳感器
Wohlgemuth設(shè)計模型制造工程師事務(wù)所的經(jīng)理Uwe Wohlgemuth說：“在為Barchfeld精密車削件有限公司研發(fā)精密車削件的檢驗裝置的進程中，需要簡單的集成全自動化系統(tǒng)的傳感器解決方案，該方案的著眼點是檢驗快速、周期時間短，且最終能夠高精密度的完成要求嚴苛的檢驗任務(wù)。為此，在研發(fā)該檢驗解決方案時，我們與IPF Electronic公司取得了聯(lián)系。從該公司傳感器專家那，得到了對于類似任務(wù)需使用光敏和對照射敏感的探測器式的傳感器的建議。”
圖2 緩沖區(qū)過后，測試所用的旋轉(zhuǎn)站里的金屬柱螺栓便準確對準了前面的線傳感器
IPF Electronic公司的光敏和對照射敏感的傳感器主要是用于零件準確定位或用于精準檢測對象的外形尺寸。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)?準確的說為什么PG400140反射線傳感器特別適合該自動化檢驗裝置呢?當人們比較仔細的看該檢驗裝置的結(jié)構(gòu)和性能后便會明白。
接收器由一個CCD線探測器組成，該探測器有密集安排的接收元件以及像素。發(fā)射器不斷重復產(chǎn)生線性均勻射線。當目標對象處在傳感系統(tǒng)的射線里時，側(cè)影便反映接收器的CCD線的具體單個像素。由于像素相互之間的距離在CCD線上是已知的，通過所形成側(cè)影部位的大小，便可測出檢測對象的直徑。
通過智能軟件實現(xiàn)參數(shù)化
反射線傳感器可通過相應(yīng)的軟件實現(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)曲線可立即識別，是否是一個檢測對象或在哪里切斷了CCD線探測器的范圍。所謂視頻信號是可根據(jù)不同運行方式的檢測任務(wù)來評估檢測對象，例如“左邊緣”(“Left-Edge”)、右邊緣(“Right-Edge”)、中心(Center )和寬度(Width)。同時采取參數(shù)化軟件定義的運行方式傳送給線傳感器(Zeilensensor)。參數(shù)化后，傳感器系統(tǒng)便沒有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將根據(jù)金屬柱螺栓的偏轉(zhuǎn)進行監(jiān)控。在此實施的是中心（Center）運行方式的檢測。補充使用應(yīng)用評估模式“Min-Max”，該評估模式的應(yīng)用是經(jīng)過一個測量周期在線探測系統(tǒng)內(nèi)檢測結(jié)構(gòu)件中心的絕對運動
在Barchfeld精密車削件有限公司的檢測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，由一個512像素的CCD線探測器組成主動態(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)功能方式時說：“金屬柱螺栓頂部首先從一個儲料倉里傳送到一個螺旋輸送機上，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金屬柱螺栓頂部的要求，這些車削件在到達緩沖區(qū)之后被安置在一個旋轉(zhuǎn)站內(nèi)，并由此直接進入一個檢測站。”
在該檢測站內(nèi)，為了能夠取得明確的檢驗結(jié)果，每個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將借助于金屬柱螺栓頂部的偏轉(zhuǎn)進行監(jiān)控，在此則完成評估運行方式中心(Center)的檢測任務(wù)。
每個試樣必須進行個性化監(jiān)控
通過采用該運行方式，確定了陰影投影的正中定位，從而在測量系統(tǒng)里產(chǎn)生一個結(jié)構(gòu)件(這里是指金屬柱螺栓頂部)。在此，將補充應(yīng)用評估模式“Min-Max”。該評估模式經(jīng)過一個測量周期在線探測系統(tǒng)內(nèi)檢測結(jié)構(gòu)件中心的絕對運動。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在一個旋轉(zhuǎn)運動中的扭曲來表明所謂的跳動，表明了在該轉(zhuǎn)動中結(jié)構(gòu)件的位置也發(fā)生了改變。在此，傳感器系統(tǒng)便儲存下“Min和Max”這兩個偏轉(zhuǎn)方向里當時的極限值。從這些值中測得的差相當于當時檢測結(jié)構(gòu)件的跳動，并轉(zhuǎn)換為檢驗裝置的存儲器程序化控制裝置(SPS)中的加工處理模擬信號，目的是將不合格件(NIO)從合格件(IO)中分離出來。
圖4 從兩個偏轉(zhuǎn)方向里當時的極限值。從這些值中測得的差相當于當時檢測結(jié)構(gòu)件的跳動，并轉(zhuǎn)換為檢驗裝置的存儲器程序化控制裝置（SPS）中的加工處理模擬信號，目的是將不合格件（NIO）從合格件（IO）中分離出來
為了得出用于評估徑向擺動的每個具體的金屬柱螺栓頂部“Min和Max”偏轉(zhuǎn)方向里當時的極限值，極限值在每次自成體系的檢測后均復位。這是通過系統(tǒng)的一個外部入口來實現(xiàn)的，該外部入口在一個新的金屬柱螺栓頂部進入檢測站后，短時間加載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后每次均復位。
如上所述，在該自動化檢驗裝置里使用的是一個PG400140 傳感系統(tǒng)。測量范圍的寬度為6?mm。該測量寬度是測量結(jié)構(gòu)件直徑的兩倍，比金屬柱螺栓頂部的跳動大許多。這樣做的優(yōu)點是：為了確保金屬柱螺栓頂部突起在光束里。而這樣做的缺點是：對于存儲器程序化控制裝置(SPS)來說，僅有小的、從跳動產(chǎn)生的模擬信號用于檢測。該測量系統(tǒng)用一個集成的縮放功能便可將該問題加以解決，該縮放功能在模擬出口將測量件位置的小變化轉(zhuǎn)換成信號偏移。
Uwe Wohlgemuth解釋說：“金屬柱螺栓頂部的檢測時間僅需要0.1?s。”在將測試站里的范圍內(nèi)金屬柱螺栓進閘門和出閘門機械部件考慮在內(nèi)的情況下，每個工件的檢測時間為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：“較長的一段時間以來已在使用金屬柱螺栓頂部的檢測裝置，至此，我們公司便能夠在每小時檢測1400個淬火的金屬柱螺栓頂部的情況下實現(xiàn)了一個無漏洞的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。”
