汽车装配生产中的测量技术

　　图1 “开关象”压配测量监控系统

　　在许多产品生产测试领域，两个测量信号彼此间的功能关系必须被论证，如力与位移、扭矩与转角等。MP85A不仅仅能够同步测量两个传感器信号，而且可以评估整个测量过程曲线，为装配和测试的“全能选手”。

　　输送装配线上的检测

　　汽车及零部件装配生产线是由输送设备(空中悬挂输送设备和地面输送设备)、专用设备(如举升、翻转、加注设备、助力机械手、检测及螺栓螺母的紧固设备等)及检测设备构成的有机整体。在这些生产装配领域，我们既要监控生产元件及生产过程的质量，又要提高效率并保证安全。

　　在汽车工业，安全可靠异常重要，尤其是在生产速度快速变化时。为了保证安全性，要求必须将错误操作、偏离生产正常流程的装配工序或缺陷产品自动报告给操作者或PLC等，缺陷报告作为警告信号用来保护生产过程和设备。对于装配应用来说，力（或压力）与位移（或时间）的匹配、扭矩与转角（或位移、时间）的匹配显得尤为重要。

　　为了达到零缺陷装配并生产出高质量产品，在许多产品生产测试领域，两个测量信号彼此间的功能关系必须被论证。如元器件的螺栓连接必须考察拧紧力矩与扭转角或位移的关系，以保证既连接牢靠又不会因为扭力太大而损坏元器件。通过压配来连接两个部件也是很普通的应用，为了监控元件生产的质量，同步测量力（或压力）和位移是压配过程的必然要求。

　　图2 两种监控过程

　　完美的监控方案

　　保证100%测试质量是极为重要的，但是这样严格的要求有时是和生产效率相抵触的。通常提高产品的生产效率可以通过减少停工期来完成，这就是为何采用载波频率放大器和6线制传感器来提高可靠性和精度的原因。除此之外，我们还可以进行完整测试并评估生产过程来缩短生产周期，通过采用此项技术可以进行实时分析，并优化生产过程来缩短生产时间。

　　HBM双通道PME-MP85A模块为此类任务提供完美的解决方案。MP85A最常用的就是压配场合生产过程监控。如变速器的轴承装配、气缸盖装配、换档杆装配、转向系装配及检测和车身连接等。另外，此解决方案还可应用在各种测试场合，如悬吊系统的弹簧和阀门测试、采用压力传感器进行柴油机喷嘴测试及汽车的温度和音响的开关测试等。即使这些测量任务各不相同，但步骤却有共同点：每个测试步骤都评估曲线形式和位置，并精确定义容差限制。更进一步是获取存储统计数据： 例如：最大/最小值、平均值和目标/实际偏差等。

　　图1为典型的MSA公司“开关象”压配测量监控系统。MSA公司为保证压装球轴承时压装连接百分之百的质量，使用力-位移监测系统进行在线监测。在操作过程中可以评价力-位移特性曲线。此处共使用了带MP85ADP测量放大器的4个联合监测系统监控4个工序工作站。

　　本应用选择了结构精巧量程为0～10kN的HBM U9B力传感器记录液压缸压装力和WA-10mm位移传感器记录机械臂位移，波形用误差带技术或窗口技术进行监测（见图2）。图2-a是用误差带技术监控生产过程，当生产过程任一点偏离X轴、Y轴误差带设定时，过程将会被评估为Not OK。图2-b是用窗口技术评估生产过程，可以通过多个窗口监控曲线进出窗口顺序以及曲线在X轴Y轴最大/最小值、平均值及限位值等。MP85A可将过程评估结果、限位溢出及储存器容量不足等信号进行数字输出（24V电平），我们也可以通过数字输入（24V电平）控制MP85A的清零、开始/停止测量等操作。不仅如此，通过软件，可以清楚地看到评估结果、限位报警以及输入输出信号状态。

　　本应用包括了整个系统自动化地联合监测及操作。该系统采用Siemens PLC控制系统，来自于4个MP85ADP的输入输出信息通信通过Profibus DP实现。力传感器记录液压缸压装力和位移传感器记录机械臂位移，MP85A持续获得力和位移信号并通过Profibus DP传输到过程控制系统。除了基本的测量外，MP85A还进行力-位移的偏差评估，并将评估结果传送到上一级控制系统。由于 Profibus接口有极高的传输速度， 信息传递只需要几个毫秒，因此，如果作用力偏离了规定力或压装不到位，控制系统可以很快发觉并自动修订压装过程。

　　力-位移监控、过程评估和反馈替代了以前的警告系统，大大提高了压配质量及生产效率并避免了原料的损失。

　　测量曲线通过CANopen接口直接连接到工作站显示面板DT85上。DT85单独地轮询Profibus所连接的从动装置的测量数据并且可使用户看到测量曲线和过程统计数据以及在检测到缺陷时做出Not OK判断的原因。

　　图3 设置测量监控参数

　　通过以太网来连接电脑并使用PME Assistant 软件对测量监控参数进行设置（见图3），获得友好图形化界面并显示测量曲线。对于生产数据的文件编制，所有的过程和曲线数据可以内部记录在MP85A MMC内存卡上或外部记录在一个生产数据服务器上。如果不需要全部存贮生产数据，可以激活存贮最后1 000个曲线和结果的循环缓冲器。

　　几乎所有的商业应用的传感器（应变全桥/半桥、电感全桥/半桥、LVDTs、电位计、电压、频率及SSI传感器）均可连接到该并联、同步的双通道放大器上。工业标准设计和标准化Ethernet、CANopen 和Profibus 接口，或是数字输入/输出功能保证很容易集成到自动化环境中。MP85A为数据计算和保密性提供高性能的算法来保证品质。结果可以直接储存在多媒体卡或PC上。视窗软件使测量曲线的结果和统计表的可视化进程更加容易。另外，MP85A可承受恶劣的环境、抑制干扰信号，结构精巧，轨道式安装也更适用与工业场合。在欧洲，MP85A已广泛应用于汽车及零部件装配、测试领域，典型应用有DaimlerChrysler的变速器测试、车身连接；BMW的车身连接；Volkswagen、Mazda及ZF的转向器装配、转向轴装配等。