ABS防抱死系統(tǒng)的定義
防抱死制動系統(tǒng)﹙anti-lock braking system，ABS﹚是保障乘坐人員和車輛安全的重要裝置。
ABS齒圈的作用和重要性
為使ABS處于正常工作狀態(tài)，必須使其測速傳感器獲得準(zhǔn)確的輪速信息，而輪速信息則是由與車輪同步回轉(zhuǎn)的齒圈提供。因此，齒圈的制造誤差和缺陷就成為能否獲得正確的輪速信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因齒圈不合格而造成的故障在ABS常見故障中占有相當(dāng)?shù)谋壤Ｒ虼耍嘇BS測速傳感器齒圈﹙簡稱 ABS齒圈﹚的性能參數(shù)至關(guān)重要。
傳統(tǒng)ABS齒圈缺陷檢測方法優(yōu)缺點及解決方法
ABS齒圈為大批量生產(chǎn)零件，其生產(chǎn)工藝常用粉末冶金方法，即將鐵粉與相關(guān)配料及液體混合攪拌，再模壓成型后燒結(jié)。其中，模具尺寸、工藝參數(shù)、裝夾引起的破損 等因素都會造成 ABS 齒圈表面缺陷，主要缺陷有氣孔、塌邊、積液、劃痕、節(jié)距誤差等。目前，生產(chǎn)線上的質(zhì)量檢測采用人工目視方法，勞動強度大、效率低，人眼疲勞使誤檢率高。此外，檢驗人員存在嚴(yán)重的視力損傷問題。為此，采用自動化的檢測手段取代人工已成為急需解決的問題。
自動化ABS齒圈缺陷檢測方法的設(shè)計和實驗
        本文提出ABS齒圈缺陷的自動檢測方法，目的在于解決該類零件的快速檢測與分選問題。
1、缺陷檢測系統(tǒng)的設(shè)計
1. 1缺陷檢測原理
        由于 ABS 測速傳感器齒圈缺陷無法直接測量，根據(jù)ABS齒圈自身的結(jié)構(gòu)特點和工作方式，提出雙重轉(zhuǎn)換測量 方法，先將齒圈缺陷測量轉(zhuǎn)換為齒圈節(jié)距誤差測量，再采用“長度—時間”轉(zhuǎn)換測量方法，既將齒圈節(jié)距誤差測量轉(zhuǎn)換為電脈沖寬度的測量。
        首先，系統(tǒng)選用兩個數(shù)字光纖傳感器實現(xiàn)檢測，合理設(shè)置齒圈與傳感器的相對位置，如圖1 所示使傳感器1發(fā)出的光束照射到齒頂時接收到的反射光最強，以及傳感器2發(fā)出的光束照射到齒底時接收到的反射光最強。傳感器和光電開關(guān)信號輸出如圖 2所示。
        其次，被測 齒圈在旋轉(zhuǎn)電機帶動下以 ω轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)，將其波動記為 Δω，系統(tǒng)通過單片機捕獲2只傳感器輸出的高電平信號并計算其脈寬Ti為Ti = Ta + T ﹙1﹚
        式中Ta，Tb為傳感器1和傳感器2輸出的高電平脈寬。根據(jù)脈寬和旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速可計算齒距大小。
        ABS齒圈的齒距與脈寬的關(guān)系式為：Di = ∫ωrdt  + ∫Δωrdt﹙2﹚
        式中，Di為第i個齒的齒距mm，ω為旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速r/s；r為節(jié)圓半徑mm，ti為脈寬周期Ti的起始時間，ti + 1為脈寬周期Ti的結(jié)束時間，t為物理量。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機以ω0勻速旋轉(zhuǎn)，被測ABS齒圈的齒數(shù)為n，且齒圈的節(jié)圓半徑 r 作為常量r0，則式﹙2﹚可表示為
Di = ω0 r0 Ti + r0 Δ ωdt  ﹙3﹚
        系統(tǒng)設(shè)計保證了齒圈勻速旋轉(zhuǎn)，波動轉(zhuǎn)速Δω相對ω0 可忽略不計，則第i個齒的齒可表示為Di = ω0 r0 Ti ﹙4﹚
        根據(jù)式﹙4﹚、式﹙5﹚可得節(jié)距誤差計算公式為
                n
            nTi —∑Ti
    P =   i = 1 × 100 % ﹙6﹚
             ∑Ti i = 1
        又因為傳感器周期 Ti 的最值計算公式為
        Tmax = max﹙T1,T2 ,...Tn﹚
        Tmin = min﹙T1,T2,...Tn﹚ ﹙7﹚
        式中Tmax為最長的時 間 周 期，Tmin為 最 短 的 時 間 周 期，max﹙﹚為求最大值的函數(shù)，min﹙﹚為求最小值的函數(shù)。
        齒圈的最大節(jié)距 Dmax為
        Dmax = ω0 r0 Tmax ﹙8﹚
        齒圈的最小節(jié)距 Dmin為
        Dmin = ω0 r0 Tmin ﹙9﹚
最大節(jié)距誤差，比對計算值與誤差允許值，判斷被測齒圈合 格與否。但是，缺齒、積液 、黑點、塌邊、劃痕等齒圈缺陷會 影響傳感器的接收光強，使得傳感器的輸出電平信號發(fā)生 改變，如果齒圈存在塌邊、積液等缺陷，計算所得的節(jié)距誤差會比較大。 
因此，本文通過計算節(jié)距誤差大小判斷齒圈 是否存在缺陷，若測得最大節(jié)距誤差大于誤差允許值，則可 以判斷被測齒圈存在缺陷，不符合出廠需求。
1. 2 缺陷檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
        汽車 ABS 測速傳感器齒圈缺陷檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，PC用于輸入ABS齒圈齒數(shù)和顯示齒圈的性能參數(shù)。
2、缺陷檢測系統(tǒng)的組成
2.1技術(shù)指標(biāo)要求

1﹚齒圈測量效率可達(dá) 12 s / PCS；

2﹚齒圈誤檢率不大于1 % ；

3﹚合格齒圈的最大誤差允許值不大于 8 % ；

4﹚具有良 好的人機對話途徑﹙包括顯示與按鈕﹚。

2. 2 機械結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

 

        檢測過程：當(dāng)傳感器處于起始位置且旋轉(zhuǎn)電機勻速旋 轉(zhuǎn)時，數(shù)字光纖傳感器通過掃描被測齒圈輸出數(shù)字信號，單 片機實時采集并處理傳感器輸出信號。根據(jù)光電開關(guān)判斷 檢測完一圈之后，直線步進(jìn)電機帶動下傳感器向下移動一個單位并開始下一個位置的掃描檢測。當(dāng)直線步進(jìn)電機帶 動傳感器從上到下移動了10次時，既從齒圈齒面的最上端至最下端，則完成了對 ABS齒圈齒面的全面自動掃描檢測。

        當(dāng)裝置檢測完一個齒圈，并更換下一個待測齒圈重新 檢測時，傳感器的位置已處于最底端，此刻不需要斷電或者 復(fù)位讓傳感器歸到起始位置，而是直接按啟動按鈕開始檢 測，直線步進(jìn)電機會自動更換移動方向，從下到上移動，檢測方向變?yōu)閺凝X面最下端至最上端，提高了檢測效率。

2. 3 硬件電路
        系統(tǒng)的硬件電路的原理框圖如圖 5 所示［5~ 7］。
2. 3. 1 傳感器的選擇
        選日本 Panasonic FD—EG31 反射型光纖［8］與 FX—MR3 光纖聚焦鏡、FX—501 數(shù)字光纖放大器配套使用，可實現(xiàn)微小物體和缺陷檢測［9］，其中心檢測距離為﹙7. 5 ± 0. 5﹚mm，光點直徑約為0. 15 mm，透光束線直徑為0. 125 mm。
2. 3. 2 信號采集電路與電機驅(qū)動電路
        光纖傳感器輸出的是數(shù)字信號，高電平為24 V，低電平為 0 V，單片機的工作電壓為 3. 3 V，因此，通過信號采集電 路將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為單片機能接收的信號。
檢測過程中，旋轉(zhuǎn)電機帶動被測齒圈轉(zhuǎn)動，負(fù)載小，系 統(tǒng)選用 Microstep  Driver  M542—DSP 超低慣量電機驅(qū)動器， 可以 滿 足 要 求。 通 過 74LS04 反 相 器 向 電 機 驅(qū) 動 器 的 PULSE，DIR 口輸入脈沖信號，以控制電機的速度和方向。
2. 4 軟件程序
2. 4. 1上位機軟件
        上位機軟件采用LabVIEW軟件編寫，具有齒數(shù)設(shè)置、ABS齒圈合格指示燈、節(jié)距誤差允許值設(shè)置、ABS齒圈最大節(jié)距誤差顯示及電機啟動控制等功能。
2. 4. 2下位機軟件
        下位機軟件采用C語言編寫，開發(fā)環(huán)境為IAR Embed- ded Workbench IDE。采用模塊化設(shè)計思想，包括數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)處理、串口通信、電機控制等模塊。首先，系統(tǒng)進(jìn)行初 始化、輸入被測齒圈齒數(shù)及直線步進(jìn)電機自動歸位；其次， 旋轉(zhuǎn)電機啟動并達(dá)到勻速；最后，單片機實時采集、處理檢 測數(shù)據(jù)并控制旋轉(zhuǎn)電機與步進(jìn)直線電機運轉(zhuǎn)。
3、缺陷檢測系統(tǒng)實驗
        實驗之前，取2個型號一樣的 ABS 齒圈作為待測齒 圈，齒圈齒數(shù)為46，半徑r = 82 mm。用所研制的檢測系統(tǒng)對待測齒圈進(jìn)行檢測，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機以100 r / min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，重復(fù)測量待測齒圈20次檢測裝置實物圖如圖6所示。根據(jù)式﹙4﹚~ 式﹙12﹚計算可得出對應(yīng)的最大節(jié)距誤差，數(shù)據(jù)如表1所示。
        經(jīng)實際測試20次，結(jié)果可知，1#齒圈的最大節(jié)距誤差為 5 %~ 7 %且均小于最大允許誤差，故判斷其為合格齒圈；2#齒圈的最大節(jié)距誤差為10 % ~ 14%且大于最大允許誤 差，故判斷此齒圈存在缺陷，為不合格齒圈。從測試結(jié)果還可以看出：測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較好，合格齒圈與不合格齒圈的測量結(jié)果有明顯的差異，系統(tǒng)可以根據(jù)計算得出的最大節(jié)距誤差來判定ABS齒圈是否存在缺陷。
        針對合格與不合格齒圈，經(jīng)實驗分析得出其傳感器輸出信號的變化情況如圖7 所示。圖7﹙a﹚為檢測合格齒圈 時傳感器輸出的信號圖。圖7﹙b﹚、圖7﹙c﹚和圖7﹙d﹚分別為檢測不合格齒圈時傳感器輸出的信號圖，從圖中可以看出，當(dāng)齒圈存有缺陷時，脈寬Ta或者Tb小于正常值，根據(jù)式﹙4﹚~ 式﹙12﹚可以知道不合格齒圈的節(jié)距誤差比合格齒 圈大。
        為了檢驗裝置的可靠性和正確率，利用所研究的檢測 裝置在正常生產(chǎn)環(huán)境下對 ABS 齒圈共 200 只產(chǎn)品進(jìn)行了測試，測得合格齒圈數(shù)量為184個，不合格齒圈數(shù)量為16個。
實驗表明：該測試系統(tǒng)的設(shè)計滿足要求，實現(xiàn)了全面自動檢測ABS齒圈，系統(tǒng)的檢測速度可達(dá)10 s / PCS，正確率大于等于99 % ，且檢測系統(tǒng)可靠性較高，穩(wěn)定性好，可取代人工目視方法。
小編總結(jié)：從上可以看出利用該缺陷檢測裝置可以充分替代傳統(tǒng)的人工檢測，并且可以大大提高abs齒圈缺陷的檢測率，并且還能提高效率。