制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備研發(fā)

盧其志，余文濤，黃小林，鄭增雄

（1.廣西威翔機(jī)械有限公司，廣西 柳州 545006；2.柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

近年來(lái)，在大規(guī)模、大批量的汽車(chē)零部件工業(yè)生產(chǎn)中，氣密性檢測(cè)正日益受到很多企業(yè)的關(guān)注和重視，已經(jīng)被作為一項(xiàng)影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。制動(dòng)鉗作為汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，其性能是直接影響車(chē)輛行駛安全的重要因素之一，如果密封性不好而導(dǎo)致泄漏，就會(huì)引起車(chē)輛在行駛中出現(xiàn)異常、制動(dòng)效率降低等問(wèn)題，嚴(yán)重的還會(huì)引起行車(chē)安全事故的發(fā)生，因此對(duì)制動(dòng)鉗的檢測(cè)提出了更加苛刻的要求。

氣密性檢測(cè)是保證零部件質(zhì)量及生產(chǎn)制造質(zhì)量的重要手段[1]。如圖1為某車(chē)型的制動(dòng)鉗總成，由于在裝配線上基于人工的傳統(tǒng)目視檢測(cè)方法，主要是采用氣泡法和涂抹法[2]進(jìn)行氣密性的試漏檢測(cè)，方法既不嚴(yán)謹(jǐn)也不科學(xué)，質(zhì)量得不到保證，常常因泄漏而引起一系列質(zhì)量問(wèn)題，造成返修成本很高。因此，通過(guò)深入研究產(chǎn)品特性及氣密性檢測(cè)技術(shù)，有針對(duì)性地自主研發(fā)氣密性檢測(cè)設(shè)備，是解決問(wèn)題的有效途徑。

圖1 某車(chē)型制動(dòng)鉗裝配總成

1 檢測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)要求

檢測(cè)的項(xiàng)目及相關(guān)的技術(shù)要求如表1所列。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目及技術(shù)要求

2 檢測(cè)原理與泄漏量換算

2.1 檢測(cè)原理

負(fù)壓檢測(cè)原理：實(shí)質(zhì)是差壓檢測(cè)，即抽被測(cè)物（工件）內(nèi)腔的真空度，測(cè)量其內(nèi)部真空度的壓力變化從而檢測(cè)出是否有泄漏的測(cè)試方式。

差壓法進(jìn)行檢測(cè)（如圖2），需使用高精度的差壓傳感器，采用標(biāo)準(zhǔn)品與測(cè)試品相比較的測(cè)試方法，首先準(zhǔn)備好無(wú)泄漏的標(biāo)準(zhǔn)品，給被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)品同時(shí)抽真空，然后停止抽氣，通過(guò)高靈敏度差壓傳感器（DPS）測(cè)出因泄漏導(dǎo)致的內(nèi)部壓力變化，即被測(cè)物與標(biāo)準(zhǔn)品之間的差壓。測(cè)試時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)品與被測(cè)工件兩邊先同時(shí)充入相同壓力的空氣，使差壓傳感器兩端平衡，如果被測(cè)工件有泄漏，即使是微小的泄漏，差壓傳感器兩端也會(huì)失去平衡，從而檢測(cè)出兩端因泄漏而產(chǎn)生的差壓。因檢測(cè)過(guò)程中兩端的外部環(huán)境狀態(tài)完全一樣，所以這種測(cè)試方法可以消除溫度、震動(dòng)等環(huán)境因素的影響，測(cè)試精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

圖2 差壓檢測(cè)工作原理

2.2 泄漏量換算

根據(jù)Boyle-Charle定律，在一定的溫度條件下氣體的壓力與體積的積是一定的。即：PV=一定（P為絕對(duì)壓力）。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)平衡方程和熱力學(xué)原理，可以推斷出泄漏率和壓力差之間的關(guān)系方程公式[3]：

其中：Q為泄漏量（mL/min）；Patm為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；△P為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品因泄露產(chǎn)生的壓差（Pa）；Ve為產(chǎn)品的等效內(nèi)容積（mL）；t為測(cè)試時(shí)間（s）。

等效內(nèi)容積（Ve）指測(cè)出的內(nèi)容積中包含了因容積變化等引起的差壓后的容積。在泄漏量的換算中等效內(nèi)容積（Ve）作為系數(shù)使用。

測(cè)試儀使用標(biāo)準(zhǔn)大氣來(lái)進(jìn)行計(jì)算。如果測(cè)試時(shí)的大氣壓是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即1.013×105Pa，氣溫是標(biāo)準(zhǔn)的20℃，則可算出單位時(shí)間內(nèi)的泄漏流量。

3 設(shè)備的構(gòu)建

3.1 設(shè)備構(gòu)成

氣密性檢測(cè)也稱(chēng)泄漏檢測(cè)，主要用于測(cè)試密閉容器的氣密性狀態(tài)，是為了保證容器、零部件等裝配后無(wú)泄漏，防止設(shè)備故障，確保人員和設(shè)備安全，保證產(chǎn)品滿(mǎn)足泄漏要求的工藝過(guò)程。研發(fā)的制動(dòng)鉗負(fù)壓密封性能檢測(cè)設(shè)備（圖3）主要由框架、電器柜、真空泵、COSMO檢測(cè)儀器、檢測(cè)管路和精密減壓閥、控制按扭、上下限數(shù)顯壓力表等零部件所組成。

圖3 制動(dòng)鉗負(fù)壓密封性能檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成示意圖

3.2 檢測(cè)儀的選型

COSMO計(jì)器公司是日本一家致力于研究開(kāi)發(fā)高精度的空氣測(cè)漏儀（圖4），檢測(cè)設(shè)備采用COSMO的LS-1863X檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)儀是一款輕巧高精度的差壓式空氣測(cè)漏儀，具有先進(jìn)的誤差修正功能以及多頻道功能，能對(duì)應(yīng)多品種測(cè)試并以流量單位顯示泄漏量，容易管理及操作，能滿(mǎn)足用戶(hù)在不同要求下的自動(dòng)測(cè)漏，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖4 COSMO的LS-1863X檢測(cè)儀

3.3 封堵充氣結(jié)構(gòu)

如圖5和圖6為制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備的封堵充氣結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖，通過(guò)定位制動(dòng)軟管口的六角型接頭，氣缸帶動(dòng)密封圈實(shí)現(xiàn)制動(dòng)軟管接口的自動(dòng)封堵，為測(cè)試制動(dòng)鉗總成的密封性做準(zhǔn)備。

圖5 制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備封堵充氣結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備封堵充氣結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

3.4 儀器的設(shè)定及檢測(cè)過(guò)程

通過(guò)對(duì)COSMO儀器模式的設(shè)定（如圖7），檢測(cè)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)五個(gè)階段：

（1）準(zhǔn)備階段：被測(cè)物封堵后輸入啟動(dòng)信號(hào)。

（2）增壓階段：截止測(cè)漏儀內(nèi)部的排氣閥、打開(kāi)充氣閥、控制閥，給被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)品同時(shí)施加壓力的行程（通過(guò)壓力傳感器測(cè)出極大泄漏的量程）。

（3）穩(wěn)壓階段：截止測(cè)漏儀內(nèi)部的充氣閥，測(cè)出被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)品之間的壓差（通過(guò)壓力傳感器測(cè)出大泄漏的量程）。

（4）保壓檢測(cè)階段：截止控制閥，通過(guò)壓差傳感器測(cè)出小泄漏值。

（5）卸壓階段：輸出判斷信號(hào)，排氣閥排出被測(cè)物內(nèi)的氣體。

在整個(gè)檢測(cè)周期里，需要較長(zhǎng)的穩(wěn)壓時(shí)間才能進(jìn)行工件檢測(cè)，穩(wěn)壓時(shí)間還會(huì)隨溫度升高等因素加長(zhǎng)，而且測(cè)試系統(tǒng)管路存在微泄漏，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)定的檢測(cè)壓力值。

圖7 COSMO模式的設(shè)定流程

3.5 檢測(cè)氣路圖

圖8 差壓氣密檢測(cè)儀基本回路

3.6 人機(jī)操作界面

制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備通過(guò)COSMO的LS-1863X檢測(cè)儀器的模擬量輸出端口與NI數(shù)據(jù)采集卡、I/O擴(kuò)展模塊、PLC之間的端口通訊，構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的LABVIEW軟件編程人機(jī)操作界面在觸摸屏上顯示，把產(chǎn)品的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)等顯示在工控一體機(jī)上動(dòng)態(tài)顯示記錄下來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多功能一體化，界面主要有以下功能：

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示畫(huà)面：以時(shí)間為橫坐標(biāo)，壓力為縱坐標(biāo)顯示測(cè)量曲線；輸出：合格信號(hào)和不合格信號(hào)、中止信號(hào)和結(jié)束信號(hào)，并保存曲線畫(huà)面，并實(shí)現(xiàn)追溯。

（2）數(shù)據(jù)回放查詢(xún)畫(huà)面：可根據(jù)時(shí)間查詢(xún)出每天生產(chǎn)數(shù)量、合格數(shù)、不合格數(shù)，也可以將某一時(shí)間段內(nèi)的檢測(cè)曲線數(shù)據(jù)以excel格式導(dǎo)出。

（3）參數(shù)設(shè)置畫(huà)面，兩個(gè)傳感器增益倍數(shù)（0.1～10）和零點(diǎn)（清零）調(diào)整功能，原始值和校正后的值都能實(shí)時(shí)顯示。

（4）與PLC通過(guò)RS-485通訊，讀取控制I/O點(diǎn)狀態(tài)。

3.7 檢測(cè)結(jié)果為負(fù)值的原因

正常檢測(cè)時(shí)，被測(cè)件壓力值都會(huì)略小于平衡端壓力值，但由于被測(cè)件端的溫度高于檢測(cè)氣體的溫度，或被測(cè)件端的容積減小，造成被測(cè)件端氣體壓力值升高，這個(gè)時(shí)候被測(cè)件端壓力值就會(huì)略大于平衡端壓力值，從而出現(xiàn)負(fù)值。

3.8 避免負(fù)值產(chǎn)生的方法

（1）通過(guò)對(duì)測(cè)量的結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，每班開(kāi)班前先檢測(cè)10～20次，可使儀器檢測(cè)內(nèi)部的溫度與室溫一致（即與檢測(cè)氣體、被測(cè)工件的溫度一致），后面的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)得到趨于穩(wěn)定的正值。

（2）被測(cè)工件溫度為室溫，且最好不是潮濕件。

（3）封堵氣缸工作氣源壓力穩(wěn)定，氣源輸入前端安裝氣罐以穩(wěn)定氣源。

（4）封堵機(jī)構(gòu)滑動(dòng)零件每隔一定時(shí)間周期，可使用潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，避免卡阻現(xiàn)象，確保封堵密封有效。

3.9 設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

制動(dòng)鉗負(fù)壓氣密性檢測(cè)設(shè)備采用了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為產(chǎn)品的質(zhì)量追溯以及工藝優(yōu)化提供確切的數(shù)據(jù)支持，如圖9和圖10，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）檢測(cè)成本低，可操作性強(qiáng)。

（2）能耗低。

（3）檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，不受人為的干擾和影響。

（4）工作環(huán)境好，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）可以定量檢測(cè)，對(duì)泄漏或泄漏率的評(píng)定精準(zhǔn)，提高產(chǎn)品的檢測(cè)精度。

（6）檢測(cè)周期短，自動(dòng)化程度高。

圖9 制動(dòng)鉗負(fù)壓密封性檢測(cè)設(shè)備

圖10 某車(chē)型制動(dòng)鉗負(fù)壓檢測(cè)合格品

4 結(jié)束語(yǔ)

制動(dòng)鉗負(fù)壓密封性檢測(cè)設(shè)備的成功研發(fā)，不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率，還提升了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著壓差與流量傳感檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，氣密性檢測(cè)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)線中。由于采用差壓法進(jìn)行檢測(cè)的方法具有檢測(cè)速度快、結(jié)果準(zhǔn)確可靠、不污染工件等優(yōu)點(diǎn)，因而可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)線上100%泄漏檢測(cè)，并已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中。