活塞自動檢測機的研制

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）

活塞自動檢測機的研制

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檢測機的測量原理、檢測方法及應用現狀。

活塞 自動檢測 原理

活塞是內燃機的重要零件，其質量的高低直接影響著整機的質量與性能，而保證活塞的質量，除了須有先進的制造裝備，還必須有先進的檢測手段。目前，國內大部分活塞生產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、計算機技術的迅速發展，為活塞的自動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檢測設備，而引進國外的活塞自動檢測機設備，其價格過于昂貴，致使活塞的制造成本增加。我公司根據生產實際經驗，開發出了適合生產現狀的活塞自動檢測設備。

1 測量工藝流程確定

活塞自動檢測系統工藝流程示意見圖1所示，其整個流程呈線性布局，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活塞外觀質量，外觀檢測合格，則送入自動檢測機運輸料道，進行活塞各關鍵特性的自動檢測流程，最終活塞從分組料道傳出，由包裝人員進行現場包裝。中間是由5個工位組成的測量系統，可完成活塞10個項目的自動檢測。始端為外觀檢驗工位，末端為包裝工位。

2 測量原理與方法

活塞自動檢測機共檢測活塞外圓直徑、外圓橢圓度、外圓型線、環槽槽底直徑，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。現就活塞部分重點關注項目進行說明。

2.1 外圓直徑、外圓型線、環槽底徑的測量

活塞外圓測量示意如圖2所示。運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，然后由步進電動機驅動作旋轉運動，由電感式傳感器測量活塞裙部徑向位移信號，信號經轉換電路處理后送入計算機，由分析軟件進行數據處理。

活塞外圓直徑的測量是接觸式測量，采用的傳感器是LVDT差動變壓位移傳感器。電感式傳感器的優點是：結構簡單，輸出功率大，輸出阻抗小，靈敏度較高，抗干擾能力強，對工作環境要求不高，適用于工廠條件，性能可靠穩定，分辨率高（分辨率達到0.1 μm），示值誤差一般為示值范圍的1‰～5‰;缺點是頻率響應較低，不適合高速動態測量。但活塞自動測量系統的每一工位循環節拍為10 s左右，限制不大，故采用差動變壓位移傳感器。

工業計算機進行數據的采集、處理、結果顯示，為了將來自測量探頭的連續變化信號的模擬電壓量轉換為計算機所能接受的數字量，采用了16位的A/D轉換板。系統工作原理見圖3所示。

為了防止外部干擾信號進入計算機，在計算機接口電路中裝有光電耦合板。對從測量探頭輸出的信號采取濾波處理，保證系統能夠克服電源高次諧波信號的干擾。

2.2 活塞銷孔直徑、圓度、壓縮高、銷孔對外圓的垂直度測量

銷孔部分的參數測量結構示意圖如圖4所示。當被測活塞經傳輸料道按測量節拍輸送到位后，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作徑向定位，同時，兩只水平氣缸向前移動，使左右滑臺接近活塞并定位，這時兩只氣動塞規進入銷孔，到達測量工位，進行測量。氣動塞規可作軸向移動以調節氣動塞規與活塞銷孔間的相對幾何位置，然后由螺釘鎖緊。

氣動測量的原理是：凈化的壓縮空氣經穩壓和精濾設備后，供給氣電轉換器和氣動塞規。當銷孔直徑變化時，引起氣電轉換器腔內壓力變化，膜片產生位移，通過差動式電感位移傳感器與測量電路轉變成電壓變化。經放大、A/D等電路，輸送給工業計算機，進行處理與顯示。在銷孔測量中，使用了一對塞規，每一只塞規上設計了不同方向上兩個截面的兩對噴嘴，在一次測量中同時獲得兩個截面上不同圓周位置的兩個直徑值。通過工業計算機處理，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計要求。銷孔參數氣動測量系統框圖如圖5所示。

氣動塞規的測量頭和校對環規都是重要的測量部件。測量時應合理選配塞規直徑、噴嘴直徑及下沉量，調整氣動測量參數，使其工作在系統的線性段，以保證氣動測量系統的穩定性和精度。

3 設計過程應注意的事項

（1）在各測量工位，為保證定位精度，應考慮設計精確定位機構和緩沖卸荷機構。

（2）傳感器要采用大量程、高精度，具有良好動態性能的傳感器。

（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）計算機控制系統應具備可視化操作界面，易于操作。

4 結語

活塞自動檢測機可減少人工檢測費用，一臺自動檢測機只需一人操作即能完成活塞10個項目的檢測，而一般人工檢測時，同樣多的檢測項目則需6人才能完成。采用自動檢測機還能避免因人的因素而引起的漏檢、誤判等缺點。我公司已自行研制成功了能測量活塞直徑在φ90～135 mm的自動檢測機1臺，經檢測其各項性能指標完全能滿足活塞檢驗標準所要求的技術指標，現已用于批量活塞的檢測。活塞自動檢測機對于降低活塞檢測成本，保證活塞檢測質量，具有很高的優越性，值得推廣及應用。

1 石淼森主編.氣動測量［M］.北京：中國計量出版社.

2 劉立偉，王道順，李世權.數字化氣動測量技術的研究及其應用［J］.組合機床與自動化加工技術，2000（1）

3 曾發林，董炳武.活塞測量工作臺設計及精度分析［J］.機械研究與應用，1997（4）

4 張琳娜，劉武發.傳感檢測技術及應用［M］.北京：中國計量出版社，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，高級工程師，從事活塞的機械加工過程設計與研究。

（編輯 蔡云生）（

2009－08－10）

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