连杆测量、称重机控制系统改造

王海虹

（上海重型机器厂有限公司，上海 200245）

大众联合发展有限公司的汽车发动机连杆测量、称重机是意大利MARPOSS公司20世纪80年代的产品，控制系统严重老化，故障率高。因此对该测量、称重机控制系统进行改造。

一、改造要求

（1）在传感器和机械系统不更换的情况下，只对电气系统进行改造。经改造后的控制系统能与原有的机械和传感器系统完全匹配。以工控机能连续稳定工作2个月为验收依据。

（2）用标准校准件，能一次全部校正测量零位，其工控机重复测量精度不得大于0.001mm/20次。

（3）显示屏能显示以下内容。

①对连杆尺寸的测量，正常情况下能显示（按MARPOSS公司同类产品指示要求）26个测量点的实际值，并用彩色区分合格与超差。

②传感器断线报警显示、系统自检报警显示和传感器单独调零误差显示（以整机验收时作基准）。

③具有重复误差调零提示。

④能准确显示连杆实际重量，并能将被测连杆按重量误差自动分组显示组号（0～9）。

二、改造内容

1.被测工件图及测量内容

（1） 测量工件简图见图1（图1中▲为测量用传感器的示意位置）。

（2） 测量内容见表1。

2.测量控制系统原理

（1） 系统框图见图2。

表1

（2）工作原理：调理放大电路，发出一组6K激励信号到此Marposs的传感器Marposs，传感器的反馈信号经分频、两级放大后，变成5V的模拟信号。信号的大小为1.12V/50μm，经ADVANTECH板卡转换为12位的数字信号，送入西门子的工控机（PC670）。工控机对输入信号进行运算后，得到最终结果。

（3）控制设备。改造后的系统由以下五部分组成。

①机架及MARPOSS的差动变压器式的传感器：保留原有的配置，只进行调整及修复，恢复原有精度。

②工控机:带触摸屏的西门SIMATIC PANCE PC670。

③控制板卡：ADVANTECH板卡，共有32路A/D转换电路、8路D/I开关量电路。

④自制调理板和放大板电路。

⑤辅助电路：调理电路的电源、进线空气断路器具有过载和短路保护。

（4） 数据设定：

①进入主菜单的“设置标定值”可以得到工件的公差带，测量中大于公差带的数据在“测量工件尺寸”用红色数字表示，小于公差带的数据在“测量工件尺寸”用绿色数字表示。

②以标准件为基准，大于标准件的数据为正，小于标准件的数据为负。

三、连杆测量和计算理论依据

1.原始资料

按甲方提供的连杆053105401图纸要求进行测量。测量用传感器的布置示图，用于几何量的传感器共22只，见图1所示编号1～20。

2.假设与规定

（1）测量按比较法原理进行，假设由甲方提供的连杆标准件形位误差可忽略不计，所提供的尺寸值作为标准量。

（2） 规定所有的传感器测头向外时为正，向内为负。如测内孔传感器测头由圆心向外为正，向圆心为负。

(3)内孔计算的理论依据。内孔计算采用最小二乘圆法，设最小二圆中心O＇的坐标为（a，b），半径为R0按最小二乘法原理，有

式中：ri——为被测实际轮廓上第i点HO'的向距离。

最小二乘圆中心O的坐标（a，b） 与半径R可由下列各式近似求得

式中：xi，yi———实际轮廓上等分角间隔点Pi的坐标值；

ri'————测点Pi孔坐标原点（标准件内孔中心） 的径向距离；

n———实际轮廓间隔数。

四、效果

系统改造后，用标准校准件测量，其测量精度为0.000 8mm/20次。实际精度指数为0.5，达到了新设备的出厂要求。与老系统相比调零方便，并增加了各类数据统计功能。