【正文】 ........... 39 致 謝 .............................................................. 40 參考資料 .............................................................. 41 長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 前 言 縱梁 概述 汽車縱梁是汽車中承受車身及汽車有效荷載的基礎(chǔ)構(gòu)件之一，被稱為汽車的脊梁。 控制系統(tǒng)使用 西門子 s7200系列 PLC實現(xiàn)了 檢測過程的自動化運行，并使用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)了 縱梁支撐 部件的運動控制。 為克服這些弊端 ，提高生產(chǎn)效率，設(shè)計 了一種 以 圖像處理技術(shù) 為基礎(chǔ) 的 自動化 檢測裝置 。 汽車縱梁檢測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 Structure design of autocarling detection device 設(shè)計題目： 汽車縱梁檢測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)院名稱： 機電工程學(xué)院 專業(yè)名稱： 機械制造及其自動化 班級名稱： 機制 0831 學(xué) 號： ` 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 講師 完成時間： 2021年 6 月 14 日 長 春 工 程 學(xué) 院 2021 年 6 月 15 日 摘 要 傳統(tǒng)汽車縱梁 檢測主要以人工方式進行 ， 檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁圖紙進行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求。這種檢測方式嚴(yán)重依賴人工，可靠性不高，效率不高，不適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要。 首先對 縱梁基本結(jié)構(gòu) 、 數(shù)字 圖像處理 技術(shù)和汽車檢測技術(shù)做了簡單的介紹， 然后對檢測裝置的總體設(shè)計方案做了詳細(xì)的介紹，之后對裝置的具體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，并對控制系統(tǒng)進行設(shè)計。該自動化檢測裝置操作簡單，可靠性高，檢測精度高，大大改善了生產(chǎn)效率。一般載重貨車的車架，就是采用的縱梁式車架?？v梁除了起支撐整個車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。由于受人為因素及模具、設(shè)備狀態(tài)的影響，每批縱梁除對張口、翼面高度檢測外，還需對發(fā)動機安裝孔、鋼板彈簧支架孔等重要的位置進行檢測。所謂數(shù)字圖像處理就是利用計算機或者其他數(shù)字硬件，對從圖像信息轉(zhuǎn)換得來的電信號進行某些數(shù)學(xué)運算，以提高圖像的實用性。 數(shù)字圖像處理技術(shù)處理精度比較高，而且還可長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 以通過改進處理軟件來優(yōu)化處理效果。（如圖 ） 圖 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)組成 1． 3 汽車檢測技 術(shù)概述 汽車檢測技術(shù)是伴隨著汽車技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，特別是隨著計算機技術(shù)的進步，汽車檢測技術(shù)也飛速發(fā)展。 國外汽車檢測技術(shù)發(fā)展概況 從汽車檢測、診斷技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展過程來看，大致經(jīng)歷了 4個同的發(fā)展 階段： 第 1 個階段 這個階段的檢測、 診斷設(shè)備是以機械結(jié)構(gòu)為主的單機人工操作階段。這小僅省時、省錢而且在檢測數(shù)據(jù)精度上，也是一個質(zhì)的飛躍。 60年代初期就有美國的 發(fā)動機分析儀、英國的發(fā)動機點火故障分析儀和平板式制動試驗臺等進入我國，這些都是發(fā)達國家早期發(fā)展的汽車檢測設(shè)備和儀器。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步 ， 國外汽車檢測設(shè)備在自 動化、精確化和綜合化等方面都有了新的發(fā)展， 應(yīng)用新 技術(shù)，開拓新的檢測領(lǐng)域， 研制出許多新型檢測設(shè)備和儀器， 60年代后期 ， 國外大量開發(fā)出應(yīng)用電子 、光學(xué)、理化與機械相結(jié)合的光機電、理化機電一體化的檢測、 診斷設(shè)備 。 第 3 個階段 這個階段是汽車檢測設(shè)備智能化，汽車檢測線自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化階段。 80年代，隨著計算機技術(shù)在汽車檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用進一步向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了集檢測工藝操作、數(shù)據(jù)采集和打印、存儲與顯示等功能于一體的系統(tǒng)軟件，使汽車檢測線實現(xiàn)了全自動化。全自動汽車安全檢測線、汽車維修檢測系統(tǒng)和全自動汽車綜合性能檢測線都是這方面的實例。顯示方式有聲光訊號，也有數(shù)字式圖形訊號。美國凱迪拉克轎車系列，日本豐田、本田轎車系列等均已先后采用了車載自診斷系統(tǒng)。 7O 年代，汽車不解體檢測技術(shù)及設(shè)備被列為國家科委開發(fā)的應(yīng)用項目。進人 80 年代， 隨 著國民經(jīng)濟的發(fā)展， 我國汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)發(fā)展迅猛，對汽車檢測、診斷技術(shù)和設(shè)備的需求也與日俱增。與此同時又相繼研制了側(cè)滑試驗臺、軸 ( 輪 )重儀、車速表試驗臺、前照燈檢測儀和底盤測功機等。 “ 七五 ” 期間，交通部又把 “ 汽車檢測、診斷設(shè)備在汽車維修生產(chǎn)中的應(yīng)用 ” 課題列為重點 新技術(shù)推廣項目，組織有關(guān)單位進行了研究和試點。 80 年代初，交通部在大連市建立了國內(nèi)第一個汽車檢測站。此后，交通部又先后要求 l0 多個省市、自治區(qū)交通廳 (局 ) 籌建汽車檢測站，并在唐山等地建成了具有相當(dāng)規(guī)模的汽車檢測站。公安車管系統(tǒng)在已有檢測站的基礎(chǔ)上，進行了推廣和發(fā)展，到目前為止． 全國已建成的汽車安全檢測線 (站 ) 達 1000 余條。 7O年代國內(nèi)僅能生產(chǎn)少量簡單的檢測、診斷設(shè)備 。交通、機械、電子、城建和高等院校等部門都進入到汽車檢測儀器和設(shè)備的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域。 1． 4 課題的提出與主要任務(wù) 隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，自動化程度的不斷加深，一些傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)、檢測手段以不再適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)實際。隨著汽車檢測技術(shù)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)檢測手段已經(jīng)表現(xiàn)出了許多不足，其缺點主要有以下幾方面： （ 1） 嚴(yán)重依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗、技術(shù)，檢測結(jié)果不可靠； （ 2） 檢測精度低，檢測結(jié)果不穩(wěn)定； （ 3） 檢測時間長，效率低下； （ 4） 人工現(xiàn)場檢測，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)員易發(fā)生安全問題。目前人們已經(jīng)依靠各種先進的儀器設(shè)備，對汽車進行不解體檢測， 這樣不僅克服了傳統(tǒng)檢測方法的缺點，而且大大縮短了汽車的生產(chǎn)維修時間，解放了勞動力。 雖然現(xiàn)代汽車檢測技術(shù)有自己突出的優(yōu)勢，但由于采用了更多的科技產(chǎn)品和精密設(shè)備、儀器，因而不可避免的增加了生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品投資加大，同時也限制了它的應(yīng)用范圍 。 課題的提出 汽車縱梁檢測是汽車檢測技術(shù)的一部分?？v梁除了起支撐整個車身的作用外，很多總成器件都要通過縱梁安裝。 傳統(tǒng)汽車縱梁孔位檢測主要以人工方式進行：檢測工人把縱梁和標(biāo)準(zhǔn)縱梁 AutoCAD圖紙進行比對來檢測是否有漏孔、用千分尺等工具手動測量孔心位置是否合乎要求?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，尤其是圖像處理技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，使縱梁檢測的自 動化成為可能。裝置將放置在縱梁的沖壓車間，縱梁沖好后，接著對其進行檢測。 縱梁檢測的 原理是：應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，采用工業(yè) 攝像機 對縱梁進行拍攝，將縱梁的數(shù)字圖像信息采集到 計算機，然后通過計算機內(nèi)的圖像處理算法，對縱梁上孔的信息進行長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 分析，并與計算機中的標(biāo)準(zhǔn)縱梁 CAD圖紙進行比對，已達到檢測目的。 縱梁拍攝方式的選擇 縱梁是汽車上最長的零件，長 5米到 12米。如假設(shè)縱梁長 5米，使用分辨率為 1300? 1030的攝像機 拍攝，那最后每個像素 對應(yīng)的尺寸就是 4毫米，這樣檢測精度就無法保證了。實現(xiàn)分段拍攝一般有兩個途徑： （ 1） 使用多個 攝像機 ，每個 攝像機 只拍攝縱梁的一部分。 對于第一種方案雖然實現(xiàn)在分段拍攝時，控制策略簡單，但是一般工業(yè)用的 攝像機 都比較昂貴，采用多個 攝像機 ，在經(jīng)濟上是不可行的，而且拍圖設(shè)備體積太大，很難實現(xiàn)，在工廠里也不實用。這里我們采用第二種方案實 現(xiàn)對縱梁的拍攝。運動模塊實現(xiàn) 攝像機 和縱梁之間的相對運動，攝像模塊實現(xiàn)對縱梁圖像的拍攝，高速圖像采集模塊主要將攝像模塊拍攝到的圖像采集到計算機中去。 攝像小車的設(shè)計 攝像小車是整個檢測裝置的主體部分。主要部件有：車架、電機、控制器、 攝像機 等。這樣在絲杠螺母副的驅(qū)動下小車做直線運動。但絲杠加工困難，生產(chǎn)成本高，需要定期維護；第三種方案采用了齒輪齒條傳動，不僅不存在打滑現(xiàn)象而且具有較好的傳動性能，定位可靠，控制 簡單。因此，選用第三個方案作為小車的運動機構(gòu)?？紤]到小車運動速度，且對小車運動的穩(wěn)定性要求較高， 因此設(shè)計采用 交流 伺服電機對小車進行精確控制。 攝 像機高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計 由于各種型號的縱梁寬度不一樣，為使攝像機獲得可調(diào)的視場寬度同時又保證清晰的數(shù)字圖像，需對攝像機的工作高度進行精確調(diào)節(jié)。可將攝像機安裝在支架上，并在支架上安裝絲杠螺母，在小車底座上安裝絲杠，并用手輪驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動絲杠螺母帶動攝像機移動，從而達到調(diào)節(jié)目的。 底座 （機架） 設(shè)計的準(zhǔn)則 ]5[ ： （ 1） 工況要求 保證安裝在底座上的零部件能順利運轉(zhuǎn)；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺；保證上下料長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 的要求、人工操作的方便安全等。檢測機構(gòu)工作環(huán)境 振動 較大，因此要求底座有較高的剛度。由于底座承載的重量較輕，且 小車的運動不對底座產(chǎn)生工作應(yīng)力，故底座強度可以按剛度直接設(shè)計，不再考慮強度要求。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞 。 （ 6） 其他 另外，底座承載縱梁，當(dāng)攝像機對縱梁進行拍攝時，底座對縱梁的 支撐 部分不能擋住從下方光源射出的光 。但是為適應(yīng)不同尺寸的縱梁檢測，底座必須能夠支撐不 同寬度的縱梁，縱梁的支撐部件太小顯然無法滿足要求。 因此，可以將檢測過程的支撐和裝卸縱梁時的支撐分開設(shè)計。當(dāng)裝卸工件時 支撐桿 伸出、滑臺收回， 待檢測工件時 支撐桿向下 收回、滑臺伸出。 換向閥 是具有兩種以上流動形式和兩個以上油口的方向控制閥?？煞譃槭謩訐Q向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。 電磁換向閥是用電磁鐵的推力來推動閥芯運動以變換流體流動方向的控制閥，簡稱電磁閥。 這類閥操縱方便，布置靈活，易實現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化，因此應(yīng)用廣泛。 為改變進入液壓執(zhí)行原件的流量，采用流量控制閥調(diào)節(jié)通過流量閥的流量，即采用節(jié)流調(diào)速回路。 回路中壓力不應(yīng)過大，因此采用溢流閥來維持系統(tǒng)壓力，在溢流閥有溢流時，可維持系統(tǒng)壓力恒定。 ]6[ 其他輔助元件 由于滑臺較重，當(dāng)滑臺由運動變?yōu)?停止時就會有回油現(xiàn)象出現(xiàn)，因此在主進油路和滑臺液壓缸進油路上安裝單向閥， 長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 圖 液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)控制方案設(shè)計 控制器的選擇 控制系統(tǒng) 主要是對整個運動系統(tǒng)的控制管理，包括攝像機的分段拍攝控制、小車的位置及移動控制、 液壓 系統(tǒng)控制等。當(dāng) 裝置 的動作流程改變時，只需改變 PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 極高的可靠性 （ 2） 極豐富的指令集 （ 3） 易于掌握 （ 4） 便捷的操作 （ 5） 豐富的內(nèi)置集成功能 （ 6） 實時特性 （ 7） 強勁的通訊能力 （ 8） 豐富的擴展模塊 滑臺液壓缸 長春工程學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 S7200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化 控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。 控制對象的確定 控制系統(tǒng)主要對以下對象進行控制 （ 1） 伺服電機 包括伺服電機的 正反轉(zhuǎn)、啟動和停止、加速和減速； （ 2） 攝像機 當(dāng)攝像小車運動到一定位置時，攝像機拍攝圖片； （ 3） 支撐板電機 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時使 支撐板 伸出或收回； （ 4） 滑臺 液壓 缸 當(dāng)裝卸工件和檢測開始時使架桿 液壓 缸伸出或收回； 控制過程設(shè)計 （ 1） 按下啟動按鈕，若小車不在起始位置則小車自動回到起始位置，同時 支撐板 到達 B端，滑臺回到 A端 （見圖 ） 。 （ 3） 小車運動到右限位，小車停止，檢測結(jié)束。 （ 4） 在任意位置按下停止按鈕，裝置將暫停工作，當(dāng)把暫停按鈕復(fù)位時裝置將會繼續(xù)暫停前的動作繼續(xù) 工作； (5)在任意位置按下急停按鈕，裝置馬上停止所有動作，急停按鈕復(fù)位后必須重新將攝像小車復(fù)位。不合理的設(shè)計可能會導(dǎo)致 小車強度和剛度無法滿足工作需求，造成裝置整體壽命降低。 因此，小車的設(shè)計除結(jié)構(gòu)合理外，整體的強度和剛度也要符合要求，并應(yīng)能承受較強 振 動 。每部分的作用分述如下： 機架 小車的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其他零部件將安裝在機架上； 伺服電機 小車的動力源， 驅(qū)動小車運動； 絲杠 和絲杠螺母配合，組成攝像機的工作高度調(diào)節(jié)機構(gòu)； 攝像機 支架 安裝固定 攝像機 ； 導(dǎo)軌滑塊 與導(dǎo)軌配合，保證小車沿縱梁長度方向上運動。 攝像機 支架長度應(yīng) 合理，在滿足攝像機視場要求的前提下應(yīng)