活塞自動(dòng)檢測機(jī)的研制

翟可芬 趙慶陽 張 峰 張鴻巖

（山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?，山東濱州 256602）

活塞自動(dòng)檢測機(jī)的研制

翟可芬 趙慶陽 張 峰 張鴻巖

（山東濱州渤海活塞股份有限公司，山東濱州 256602）

簡要介紹了活塞自動(dòng)檢測機(jī)的測量原理、檢測方法及應(yīng)用現(xiàn)狀。

活塞 自動(dòng)檢測 原理

活塞是內(nèi)燃機(jī)的重要零件，其質(zhì)量的高低直接影響著整機(jī)的質(zhì)量與性能，而保證活塞的質(zhì)量，除了須有先進(jìn)的制造裝備，還必須有先進(jìn)的檢測手段。目前，國內(nèi)大部分活塞生產(chǎn)廠家還停留在手工檢測階段，手工檢測不僅成本高，還存在由于人為誤差或疏忽，容易造成活塞不合格品出廠，這是目前引起活塞生產(chǎn)廠家外部故障成本居高不下的重要原因之一。隨著近年來測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為活塞的自動(dòng)檢測提供了硬件及軟件方面的保證。目前我國還沒有成熟的活塞自動(dòng)檢測設(shè)備，而引進(jìn)國外的活塞自動(dòng)檢測機(jī)設(shè)備，其價(jià)格過于昂貴，致使活塞的制造成本增加。我公司根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出了適合生產(chǎn)現(xiàn)狀的活塞自動(dòng)檢測設(shè)備。

1 測量工藝流程確定

活塞自動(dòng)檢測系統(tǒng)工藝流程示意見圖1所示，其整個(gè)流程呈線性布局，前端與檢測平面案板相連，檢測平面案板用于檢測人員檢驗(yàn)活塞外觀質(zhì)量，外觀檢測合格，則送入自動(dòng)檢測機(jī)運(yùn)輸料道，進(jìn)行活塞各關(guān)鍵特性的自動(dòng)檢測流程，最終活塞從分組料道傳出，由包裝人員進(jìn)行現(xiàn)場包裝。中間是由5個(gè)工位組成的測量系統(tǒng)，可完成活塞10個(gè)項(xiàng)目的自動(dòng)檢測。始端為外觀檢驗(yàn)工位，末端為包裝工位。

2 測量原理與方法

活塞自動(dòng)檢測機(jī)共檢測活塞外圓直徑、外圓橢圓度、外圓型線、環(huán)槽槽底直徑，銷孔直徑、銷孔圓柱度、壓縮高、銷孔與活塞外圓的垂直度、氣門坑深度、活塞重量等參數(shù)。現(xiàn)就活塞部分重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目進(jìn)行說明。

2.1 外圓直徑、外圓型線、環(huán)槽底徑的測量

活塞外圓測量示意如圖2所示。運(yùn)輸料道將活塞送至活塞外圓檢測工位，定位塊在液壓氣缸作用下向上升起，定位活塞，然后由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由電感式傳感器測量活塞裙部徑向位移信號(hào)，信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路處理后送入計(jì)算機(jī)，由分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

活塞外圓直徑的測量是接觸式測量，采用的傳感器是LVDT差動(dòng)變壓位移傳感器。電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率大，輸出阻抗小，靈敏度較高，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)工作環(huán)境要求不高，適用于工廠條件，性能可靠穩(wěn)定，分辨率高（分辨率達(dá)到0.1 μm），示值誤差一般為示值范圍的1‰～5‰;缺點(diǎn)是頻率響應(yīng)較低，不適合高速動(dòng)態(tài)測量。但活塞自動(dòng)測量系統(tǒng)的每一工位循環(huán)節(jié)拍為10 s左右，限制不大，故采用差動(dòng)變壓位移傳感器。

工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、結(jié)果顯示，為了將來自測量探頭的連續(xù)變化信號(hào)的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量，采用了16位的A/D轉(zhuǎn)換板。系統(tǒng)工作原理見圖3所示。

為了防止外部干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)接口電路中裝有光電耦合板。對(duì)從測量探頭輸出的信號(hào)采取濾波處理，保證系統(tǒng)能夠克服電源高次諧波信號(hào)的干擾。

2.2 活塞銷孔直徑、圓度、壓縮高、銷孔對(duì)外圓的垂直度測量

銷孔部分的參數(shù)測量結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。當(dāng)被測活塞經(jīng)傳輸料道按測量節(jié)拍輸送到位后，垂直微型氣缸下行到位，兩定位條塊在活塞頭部上端從左右兩側(cè)作徑向定位，同時(shí)，兩只水平氣缸向前移動(dòng)，使左右滑臺(tái)接近活塞并定位，這時(shí)兩只氣動(dòng)塞規(guī)進(jìn)入銷孔，到達(dá)測量工位，進(jìn)行測量。氣動(dòng)塞規(guī)可作軸向移動(dòng)以調(diào)節(jié)氣動(dòng)塞規(guī)與活塞銷孔間的相對(duì)幾何位置，然后由螺釘鎖緊。

氣動(dòng)測量的原理是：凈化的壓縮空氣經(jīng)穩(wěn)壓和精濾設(shè)備后，供給氣電轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)塞規(guī)。當(dāng)銷孔直徑變化時(shí)，引起氣電轉(zhuǎn)換器腔內(nèi)壓力變化，膜片產(chǎn)生位移，通過差動(dòng)式電感位移傳感器與測量電路轉(zhuǎn)變成電壓變化。經(jīng)放大、A/D等電路，輸送給工業(yè)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行處理與顯示。在銷孔測量中，使用了一對(duì)塞規(guī)，每一只塞規(guī)上設(shè)計(jì)了不同方向上兩個(gè)截面的兩對(duì)噴嘴，在一次測量中同時(shí)獲得兩個(gè)截面上不同圓周位置的兩個(gè)直徑值。通過工業(yè)計(jì)算機(jī)處理，獲得銷孔的直徑、圓度與錐度值，以判斷其幾何形狀是否符合設(shè)計(jì)要求。銷孔參數(shù)氣動(dòng)測量系統(tǒng)框圖如圖5所示。

氣動(dòng)塞規(guī)的測量頭和校對(duì)環(huán)規(guī)都是重要的測量部件。測量時(shí)應(yīng)合理選配塞規(guī)直徑、噴嘴直徑及下沉量，調(diào)整氣動(dòng)測量參數(shù)，使其工作在系統(tǒng)的線性段，以保證氣動(dòng)測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

3 設(shè)計(jì)過程應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）在各測量工位，為保證定位精度，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)精確定位機(jī)構(gòu)和緩沖卸荷機(jī)構(gòu)。

（2）傳感器要采用大量程、高精度，具有良好動(dòng)態(tài)性能的傳感器。

（3）保證活塞各測量工位有足夠的定位精度與合理的裝夾方式，能夠便于更換不同品種的活塞。

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具備可視化操作界面，易于操作。

4 結(jié)語

活塞自動(dòng)檢測機(jī)可減少人工檢測費(fèi)用，一臺(tái)自動(dòng)檢測機(jī)只需一人操作即能完成活塞10個(gè)項(xiàng)目的檢測，而一般人工檢測時(shí)，同樣多的檢測項(xiàng)目則需6人才能完成。采用自動(dòng)檢測機(jī)還能避免因人的因素而引起的漏檢、誤判等缺點(diǎn)。我公司已自行研制成功了能測量活塞直徑在φ90～135 mm的自動(dòng)檢測機(jī)1臺(tái)，經(jīng)檢測其各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能滿足活塞檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)已用于批量活塞的檢測?；钊詣?dòng)檢測機(jī)對(duì)于降低活塞檢測成本，保證活塞檢測質(zhì)量，具有很高的優(yōu)越性，值得推廣及應(yīng)用。

1 石淼森主編.氣動(dòng)測量［M］.北京：中國計(jì)量出版社.

2 劉立偉，王道順，李世權(quán).數(shù)字化氣動(dòng)測量技術(shù)的研究及其應(yīng)用［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2000（1）

3 曾發(fā)林，董炳武.活塞測量工作臺(tái)設(shè)計(jì)及精度分析［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，1997（4）

4 張琳娜，劉武發(fā).傳感檢測技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：中國計(jì)量出版社，1999.

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Development of Automatic Measuring Instrument for Piston

ZHAI Kefen，ZHAO Qingyang，ZHANG Feng，ZHANG Hongyan
（Shandong Binzhou Bohai Piston Co.，Ltd.，Binzhou 256602，CHN）

An automatic measuring instrument used for the piston was introduced，which included its measuring principle，inspecting technique and applying status.

Piston;Automatic Measuring;Principle

翟可芬，高級(jí)工程師，從事活塞的機(jī)械加工過程設(shè)計(jì)與研究。

（編輯 蔡云生）（

2009－08－10）

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