油底殼氣檢試漏機(jī)的智能化的優(yōu)化分析

徐國(guó)慶 徐飛躍 周海軍 池曉欽

(廣東鴻圖科技股份有限公司，廣東高要 526108)

圖1是乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼產(chǎn)品零件圖，其產(chǎn)品總成需要對(duì)零件型腔、潤(rùn)滑油道腔和潤(rùn)滑油過(guò)濾器腔(以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)濾器腔)進(jìn)行試漏，其檢測(cè)壓力分別為100 kPa、300 kPa、50 kPa，3 個(gè)腔的泄露標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是 8 mL/min，當(dāng)泄露量小于8 mL/min時(shí)為合格;當(dāng)泄露量大于8 mL/min時(shí)為不合格。在產(chǎn)品試制階段，試漏工序采用水檢，需要將零件在試漏機(jī)的試漏夾具上密封后浸入水箱中，對(duì)零件的3個(gè)不同腔體，按照技術(shù)要求的先后順序，對(duì)型腔、潤(rùn)滑油道腔和過(guò)濾器腔分別進(jìn)行充氣后，觀(guān)察零件在水箱中的情況。當(dāng)零件出現(xiàn)泄露時(shí)，在充氣壓力的作用下，在零件泄露部位的表面會(huì)出現(xiàn)不間斷的氣泡浮出，需要2個(gè)操作工從不同方向，通過(guò)360°觀(guān)察零件表面氣泡浮出的情況，判斷產(chǎn)品是否合格并對(duì)合格產(chǎn)品手動(dòng)操作打試漏合格標(biāo)記點(diǎn)(作為產(chǎn)品包裝工序檢查產(chǎn)品試漏合格的依據(jù));然后，對(duì)產(chǎn)品是否合格的狀態(tài)在專(zhuān)用的記錄表上進(jìn)行記錄抄數(shù)，作為產(chǎn)品追溯的依據(jù)。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一年的量產(chǎn)后，試漏工序逐漸成為瓶頸。其主要表現(xiàn)為工序自動(dòng)化程度低，對(duì)員工操作的責(zé)任性和經(jīng)驗(yàn)性要求高，由于無(wú)法對(duì)產(chǎn)品的具體泄露量進(jìn)行量化，產(chǎn)品誤判幾率高;由于產(chǎn)品需要浸入水箱中，試漏工序完成后對(duì)合格的產(chǎn)品，需要員工打試漏合格標(biāo)記點(diǎn)、還需要用壓縮空氣吹干零件表面殘留的水分，根據(jù)節(jié)拍要求，整個(gè)試漏工序需要4名操作工，其中2名操作工負(fù)責(zé)零件裝夾、試漏觀(guān)察、打標(biāo)記及抄數(shù)，2名操作工負(fù)責(zé)吹干零件表面的殘留水分。圖2為油底殼水檢試漏機(jī)局部工作圖。該產(chǎn)品客戶(hù)需求年產(chǎn)量為70萬(wàn)件，分3年逐漸達(dá)到最高產(chǎn)能［1］，根據(jù)節(jié)拍要求還需要投入4臺(tái)共5臺(tái)試漏機(jī)，為保證產(chǎn)品逐漸提高的需求量，需要對(duì)現(xiàn)有的試漏機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)產(chǎn)品的要求。新設(shè)計(jì)的試漏專(zhuān)機(jī)需要從提高其自動(dòng)化水平，提高工作效率和降低試漏工序的誤判率方面著手，達(dá)到提高質(zhì)量降低成本的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)技術(shù)評(píng)估，更改現(xiàn)有試漏專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)的水檢方式為氣檢方式，整個(gè)試漏工序零件不用接觸水，通過(guò)空氣泄漏檢測(cè)儀(又稱(chēng)氣密儀)檢測(cè)零件密封腔體的泄漏量，來(lái)判斷零件的各個(gè)腔體是否合格，省略用壓縮空氣吹干零件表面殘留水分的工序內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)零件試漏過(guò)程由人工判斷為設(shè)備自動(dòng)判斷、自動(dòng)打試漏合格標(biāo)記、自動(dòng)保存零件試漏數(shù)據(jù)和追溯抄數(shù)記錄的全過(guò)程自動(dòng)化，將設(shè)備操作人員由4名減少為1名，改進(jìn)設(shè)計(jì)的試漏專(zhuān)機(jī)采用更具人性化的基于觸摸屏的人機(jī)交換工作界面的自動(dòng)化和智能化設(shè)計(jì)方案。下面對(duì)其具體改進(jìn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。

1 氣檢試漏機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

氣檢試漏機(jī)設(shè)備由機(jī)身、夾具組件、液壓/氣動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)化和智能化的電控系統(tǒng)4個(gè)部分組成。

機(jī)身結(jié)構(gòu)采用典型的四立柱框架型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)備密封的動(dòng)力采用液壓和氣動(dòng)相結(jié)合的方式，向下和向右的主密封動(dòng)力采用液壓控制的液壓油缸作為動(dòng)力源，保證設(shè)備工作的可靠性，側(cè)向輔助密封過(guò)濾器腔的動(dòng)力采用氣動(dòng)控制的氣缸作為動(dòng)力源，各個(gè)動(dòng)作獨(dú)立控制，各個(gè)動(dòng)作行程位置可通過(guò)雙活塞液壓油缸后部的螺紋調(diào)節(jié)套進(jìn)行比較精確的調(diào)節(jié)，并可用螺母緊固鎖緊螺紋調(diào)節(jié)套，防止工作過(guò)程中產(chǎn)生軸向位置變化［1］。員工采用站姿操作，手動(dòng)上下料雙手啟動(dòng)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)工作，并配置了安全光柵的工作方式，以保證操作者的安全。設(shè)備的動(dòng)力氣源和零件檢測(cè)氣源為車(chē)間統(tǒng)一氣源，壓力為0.5～0.7 MPa。氣密儀采用日本進(jìn)口COSMO LS－168A產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化判斷。設(shè)備電氣控制系統(tǒng)采用日本三菱PLC，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化運(yùn)行，采用了性?xún)r(jià)比較高的國(guó)產(chǎn)北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司的嵌入式工控機(jī)的帶觸摸屏的人機(jī)交換界面的智能化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行維修狀態(tài)的智能化控制。

2 氣檢試漏機(jī)的工作原理

產(chǎn)品在毛坯精加工完成清洗和壓裝后，通過(guò)人工上下料到檢測(cè)夾具后，設(shè)備自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行壓封封堵，密封封堵完成后通過(guò)氣密儀對(duì)工件內(nèi)部的不同型腔依次充入相應(yīng)壓力的壓縮空氣，并進(jìn)行檢測(cè)判斷，通過(guò)手持二維碼掃描(也可通過(guò)觸摸屏手動(dòng)輸入)將工件的信息讀入到工控機(jī)系統(tǒng)，工件的泄漏檢測(cè)值自動(dòng)顯示在觸摸屏上，氣密性檢測(cè)完成后將數(shù)據(jù)自動(dòng)與產(chǎn)品的編號(hào)信息相對(duì)應(yīng)并進(jìn)行存儲(chǔ)，并可以把數(shù)據(jù)以Excel的格式導(dǎo)出到外部的USB數(shù)據(jù)盤(pán)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)的追溯和統(tǒng)計(jì)的信息化管理。具體流程見(jiàn)圖3。

3 智能化人機(jī)交換界面的工作原理

氣檢試漏機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)了兩種工作狀態(tài):自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)和手動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)，可以通過(guò)人機(jī)交換的觸摸屏界面，進(jìn)行設(shè)置。

選擇自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)后，設(shè)備將進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)操作，在自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控畫(huà)面中，可以監(jiān)控設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化。如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前工件所處的狀態(tài)，產(chǎn)品型腔、潤(rùn)滑油道腔和過(guò)濾器腔的具體泄漏檢測(cè)數(shù)據(jù)。氣檢試漏機(jī)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控窗口見(jiàn)圖4。

手動(dòng)狀態(tài)是為了方便設(shè)備調(diào)試和維修。在該狀態(tài)下可通過(guò)觸摸屏按鍵來(lái)對(duì)各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行操作，完成調(diào)試后，可直接按復(fù)位按鍵，使設(shè)備自動(dòng)復(fù)位到初始狀態(tài)。切換至自動(dòng)狀態(tài)后，就可以進(jìn)入到對(duì)零件檢測(cè)的自動(dòng)循環(huán)中，完成對(duì)零件的氣密檢測(cè)。為方便維修診斷，設(shè)備設(shè)計(jì)了報(bào)警信息顯示功能，維護(hù)人員能通過(guò)此畫(huà)面快速地查到設(shè)備出現(xiàn)故障報(bào)警的原因和位置，方便設(shè)備維修診斷。

由于氣檢試漏機(jī)設(shè)備在不同環(huán)境溫度、零件溫度和測(cè)試壓力、3個(gè)不同型腔快速充氣時(shí)間等不同條件狀態(tài)下，對(duì)設(shè)備檢測(cè)的精度都會(huì)造成不同程度的影響。定期需要設(shè)備管理人員用標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔對(duì)設(shè)備的不同3個(gè)頻道(對(duì)應(yīng)零件的3個(gè)檢測(cè)腔)進(jìn)行調(diào)試校正，并需要設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定，需要輸入驗(yàn)證密碼正確后方可進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置窗口，防止無(wú)操作設(shè)備權(quán)限的人員任意修改設(shè)備檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)，方便設(shè)備管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效管理。例如，型腔快速充氣時(shí)間和平衡時(shí)間的設(shè)定的長(zhǎng)短會(huì)影響到設(shè)備檢測(cè)精度和節(jié)拍的快慢。檢測(cè)合格打點(diǎn)氣缸打點(diǎn)次數(shù)的設(shè)定，通過(guò)氣缸打點(diǎn)的提示音提醒操作者設(shè)備已經(jīng)完成零件的檢測(cè)程序。設(shè)備用戶(hù)操作監(jiān)控窗口見(jiàn)圖5。

4 夾具組件的工作原理

圖6為氣檢試漏機(jī)設(shè)備的局部工作圖，氣檢試漏機(jī)的夾具組件的構(gòu)成分為上、下兩部分。夾具組件上部分與主液壓油缸相連，由上模板、多個(gè)彈性壓緊桿及上壓密封板組件等組成，用于實(shí)現(xiàn)工件的壓緊、上部壓緊密封。上壓密封板組件上單獨(dú)設(shè)置了同時(shí)可對(duì)過(guò)濾腔密封的壓頭，可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)零件型腔和過(guò)濾腔的密封的功能，通過(guò)與氣密儀相接通，可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件型腔和過(guò)濾腔的壓力泄漏檢測(cè)。夾具組件下部分用于工件的定位支撐、底部密封及左右側(cè)面密封，通過(guò)左側(cè)液壓油缸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)左側(cè)壓封機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的左側(cè)面和油道孔的壓力密封，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的右側(cè)面的壓力密封。后側(cè)面固定了壓封氣缸對(duì)后側(cè)斜面潤(rùn)滑油道進(jìn)行壓力密封，通過(guò)與氣密儀相接通，實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油道腔的壓力泄漏檢測(cè)。夾具與零件的密封部位采用丁腈橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)。密封圈的形狀需要根據(jù)零件與夾具密封接觸部位的形狀而設(shè)計(jì)，其外形和截面形狀的設(shè)計(jì)是保證密封的可靠性和使用壽命的關(guān)鍵，需制作專(zhuān)用的橡膠模具來(lái)實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)設(shè)備是否持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵要素之一。密封圈密封的可靠性，將直接影響到設(shè)備檢測(cè)結(jié)果的可靠性。作為易損件的密封圈的使用壽命關(guān)系到設(shè)備在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中的運(yùn)行成本。為了提高其使用壽命，其密封圈的材質(zhì)也可以選用使用壽命更長(zhǎng)的聚氨酯材料。因此在設(shè)備投入車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，制作了產(chǎn)品的泄漏標(biāo)準(zhǔn)限度樣件和不泄漏標(biāo)準(zhǔn)限度樣件，供設(shè)備每班使用前，對(duì)氣檢試漏機(jī)設(shè)備進(jìn)行泄漏量校驗(yàn)，保證其始終處于正常狀態(tài)下使用。

5 液壓/氣壓控制系統(tǒng)的工作原理

圖7為油底殼氣檢試漏機(jī)的液壓/氣壓控制工作原理圖，設(shè)備的上下主壓力密封部分和左右側(cè)面壓力密封部分采用雙作用活塞油缸的液壓設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的可靠的型腔密封，其控制原理見(jiàn)圖中液壓控制部分。油底殼零件在氣檢試漏機(jī)的密封夾具中完成密封后，按程序設(shè)計(jì)首先測(cè)試零件型腔的泄漏量，氣動(dòng)控制系統(tǒng)中兩位五通電磁換向閥16－2的電磁鐵12DT通電，氣控兩通閥20－2、20－5接通，氣密儀內(nèi)的無(wú)泄漏的標(biāo)準(zhǔn)品和油底殼零件型腔同時(shí)充入P=0.1 MPa的壓縮空氣，經(jīng)過(guò)“起動(dòng)—加壓行程—平衡行程—檢出行程—排氣結(jié)束”的整個(gè)循環(huán)，完成零件型腔的泄漏量的測(cè)試，并判斷出零件型腔的泄漏量合格與否，數(shù)顯壓力表18－2可以顯示整個(gè)循環(huán)過(guò)程中零件型腔的壓力變化情況。按程序設(shè)計(jì)要求依次分別測(cè)試出零件潤(rùn)滑油道腔和過(guò)濾器腔的泄漏量合格與否，直到完成整個(gè)零件測(cè)試的大循環(huán)，零件各個(gè)腔的泄漏量都合格后，打試漏合格點(diǎn)氣缸反復(fù)動(dòng)作并發(fā)出提示音，同時(shí)液壓系統(tǒng)松開(kāi)零件裝夾，提醒操作者零件試漏合格，可以將OK零件從密封夾具中取出。反之，在測(cè)試過(guò)程中任一腔的泄漏量超出標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備將出現(xiàn)報(bào)警，面板上檢測(cè)NG指示燈亮，提示操作員工并顯示出具體泄漏量數(shù)據(jù)，員工可按操作面板上的復(fù)位鍵，設(shè)備回到初始狀態(tài)，員工可將NG零件取出，開(kāi)始下一個(gè)零件測(cè)試循環(huán)。

整個(gè)設(shè)備的氣動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心是圍繞氣密儀的工作原理而設(shè)計(jì)的，氣密儀泄漏測(cè)試方式是向測(cè)試品(油底殼零件)和氣密儀內(nèi)準(zhǔn)備好的無(wú)泄漏的標(biāo)準(zhǔn)品(標(biāo)準(zhǔn)容器罐)內(nèi)同時(shí)充入壓縮空氣，然后，停止供氣，通過(guò)高靈敏度的差壓傳感器(DPS)測(cè)量測(cè)試品其空間內(nèi)部因泄漏導(dǎo)致的壓力變化，即測(cè)試品與標(biāo)準(zhǔn)品之間的差壓，通過(guò)差壓值計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)試品的泄漏量［1］，并根據(jù)油底殼零件設(shè)定的技術(shù)要求判斷出測(cè)試品是否合格。

氣密儀測(cè)試過(guò)程的工作行程動(dòng)作由起動(dòng)(用夾具密封工件后，輸入起動(dòng)信號(hào))，加壓行程(兩位三通電磁換向閥25－1、25－2的電磁鐵14DT、15DT通電，常閉平衡閥23打開(kāi)和常開(kāi)平衡閥24關(guān)閉，向工件和標(biāo)準(zhǔn)品同時(shí)加壓，因絕熱壓縮而升溫的空氣要達(dá)到一定程度的穩(wěn)定，需一定時(shí)間)，平衡行程(兩位三通電磁換向閥25－1的電磁鐵14DT斷電，常閉平衡閥23關(guān)閉，停止供給測(cè)試壓，隔絕測(cè)試品與標(biāo)準(zhǔn)品之間的空氣，等待壓力的穩(wěn)定。大的泄漏可在此行程中測(cè)出，判斷結(jié)果為不良)，檢出行程(也稱(chēng)測(cè)出小泄漏行程，由于零件泄漏引起的差壓隨時(shí)間的變化而增加，通過(guò)DPS測(cè)量出泄漏量)，排氣結(jié)束(輸出合格與否的信號(hào)，兩位三通電磁換向閥25－2的電磁鐵15DT斷電，常開(kāi)平衡閥24打開(kāi)，從排氣口排出測(cè)試品與標(biāo)準(zhǔn)品內(nèi)的空氣)，共5個(gè)階段組成。

設(shè)備檢測(cè)和氣控系統(tǒng)所用氣源為車(chē)間統(tǒng)一氣源，經(jīng)過(guò)氣源三聯(lián)件后的過(guò)濾減壓(P=0.5 MPa)及潤(rùn)滑油霧化后，送入氣壓控制系統(tǒng)使用。為了保證整個(gè)氣控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，在氣源位置設(shè)計(jì)了50 L的儲(chǔ)氣罐。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的氣檢試漏機(jī)，投入生產(chǎn)經(jīng)過(guò)約一年的使用和驗(yàn)證，單機(jī)生產(chǎn)了約2萬(wàn)余件產(chǎn)品，由原設(shè)計(jì)的單臺(tái)水檢試漏機(jī)需要4人操作，提高效率為1人操作2臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的氣檢試漏機(jī)，質(zhì)量和效率圓滿(mǎn)地達(dá)到了初始設(shè)計(jì)要求。此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的成功實(shí)施對(duì)以后相關(guān)的大批量生產(chǎn)的試漏機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。

［1］COSMO氣密儀LS－1863A操作說(shuō)明書(shū)［M］.日本COSMO計(jì)器(上海)商貿(mào)有限公司，2010.

［2］徐國(guó)慶，徐飛躍，曾超鋒.發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼數(shù)控加工工藝分析［J］.機(jī)械制造，2011(10):78－81.

［3］陳國(guó)友.發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏檢測(cè)技術(shù)與試漏機(jī)檢測(cè)實(shí)踐［J］.現(xiàn)代零部件.2010(9):58－60.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.