專用氣密性自動檢測裝置設計

姚艷　張成

摘 要 手動真空檢漏操作過程繁鎖，造成生產效率低、人員需求多等問題。為此，本文以真空檢漏自動化為設計目標，通過配合氦質譜檢漏儀的檢漏過程進行分析研究。設計裝置采用雙工位結構，采用專用密封裝置，使用氣缸作為執行元件，通過電磁閥、繼電器等進行電氣控制，實現被測工件自動定位、密封、檢漏等過程，進而減少操作人員數量，大幅度提高檢漏效率。

關鍵詞 真空檢漏;被測工件;自動定位

中圖分類號： TP274.4文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.032

被測工件是由兩種鋁制管材裝配收集氣體的零部件。為了保證被測工件在內外存在壓差的情況下不能有氣體漏出，裝配后需要對其進行真空檢漏。目前，生產中采用手動封堵A、B管件兩端抽空檢驗，因密封體積大，抽空時間長，手動密封動作簡單重復造成生產效率低。為此，研制一種真空檢漏裝置，配合氦質譜檢漏儀實現檢漏過程自動化。該裝置采用雙工位結構[1]，設計專用密封部件，采用氣缸作為執行元件[2]，通過電磁閥、繼電器等進行電氣控制，實現被測工件自動定位、密封、檢漏等過程，進而減少操作人員數量，降低勞動強度，大幅提高檢漏效率。故而本設計擬從減小密封動作、抽空體積、檢漏過程自動化，達到減員增效目標。

1 設計背景及方案

目前人工檢漏步驟及動作耗時見表1。

由表1可知，被測工件檢漏過程共計11個動作。其中密封、抽空和檢漏三個步驟用時較長，占總體的80%以上，可提升空間較大。同時，上述三個步驟均為單一、重復的動作，便于實現自動化。

1.1 密封體積設計

為了單獨對A管內腔抽空，需要設計新的密封工裝，同時還要考慮便于拆裝。圖1所示對被測工件結構分析發現，使用橡膠圈對A管外徑（φb）、B管外徑（φa）處進行環向密封，實現對A管內腔的單獨抽空。為了保證密封的可靠性，在工裝中還設計了A管的端面密封，在壓緊力的作用下，使用密封圈壓緊A管左端面，實現被測工件密封。

1.2 自動檢漏設計

檢漏過程中，需要分別對兩個檢測點（1點、2點）噴射氦氣，同時觀察檢漏儀顯示的漏率。由于兩個檢測點的相對位置固定，所以設計了固定的噴氣孔，取代人工噴氣的操作。

1.2.1 被測工件定位

若實現檢漏過程的自動化，首先需要對檢漏部位進行定位，其精度決定了密封、檢漏機構的有效運行。設計兩個支架，分別為工件定位支架和輔助支架，二者同軸度要求≤0.05mm。分別對被測工件的φc和φd兩處進行支撐。工件定位支架采用U型結構，通過定位槽對被測工件的φc處固定，防止其軸向移動。輔助支架采用夾具設計，通過氣缸1對被測工件的φd處夾緊，防止其徑向移動，實現被測工件的定位。

1.2.2 被測工件密封

放置被測工件定位后，密封裝置在氣缸2的作用下沿直線滑軌軸向移動，可實現自動裝、拆密封裝置。為保證被測工件與密封裝置有效配合，特選用氣動浮動接頭，避免配合問題影響密封性效果。

1.2.3 自動檢漏

使用密封裝置定位密封被測工件后，噴氣孔在氣缸3的作用下移動至待檢測位置。當內腔壓力降至一定數值時，通過電磁閥控制氦氣的實時通止達到自動檢測目標。

1.3 電氣設計

采用PLC可編程控制器作為控制單元，通過繼電器驅動電磁閥實現氣缸動作控制，具有控制靈活、經濟性好的優點。

氣動管路主要是對定位、密封以及噴氦氣機構的氣缸及電磁閥的管路連接。電磁閥均采用三位五通式，可對推進氣缸的伸縮、停止進行單獨控制。同時，管路氣壓通過節流閥控制，保證持續、穩定的輸出。

2 設計研究成效

方案確定后，通過CAD和3D仿真軟件對機械部分進行了詳細的圖紙設計，依據設計圖紙進行機械加工。完成后，對主要零部件進行檢測后總裝，達到設計要求。

根據方案確定的氣動線路圖，進行了連接，在連接后對繼電器、電磁閥及氣缸進行了調試，動作符合設計要求。該裝置設計成雙工位結構，1名操作人員可同時完成2件被測工件檢漏操作，減少了現場人員和設備的數量需求。

3 效果驗證

自動真空檢漏裝置研制后，選取20件被測工件分別由人工和自動方式對其檢測。主要對自動裝置的功能實現和檢測精度兩方面進行驗證。

由圖3可知，自動檢測的漏率值均大于手動檢測且判定結論一致，說明自動檢測較手動檢測的漏率值更精確，同時對比了手動與自動檢漏耗時情況，自動檢漏單件用時減少19.4秒，生產效率顯著提高。

4 小結

本文研制的專用氣密性自動檢測裝置，成功解決了手動檢測效率低的問題：

（1）設計了新型裝置，減小抽空體積，簡化密封過程，提高生產效率。

（2）通過進行PLC編程，實現了電磁閥、繼電器的自動控制。

（3）通過試驗驗證，自動與手動檢測判定結論一致。

參考文獻

[1]吳宗澤，羅圣國，等.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]李新德，等.氣動元件與系統[M].北京：中國電力出版社，2015.