活塞自动检测机的研制

翟可芬 赵庆阳 张 峰 张鸿岩

（山东滨州渤海活塞股份有限公司，山东滨州 256602）

活塞自动检测机的研制

翟可芬 赵庆阳 张 峰 张鸿岩

（山东滨州渤海活塞股份有限公司，山东滨州 256602）

简要介绍了活塞自动检测机的测量原理、检测方法及应用现状。

活塞 自动检测 原理

活塞是内燃机的重要零件，其质量的高低直接影响着整机的质量与性能，而保证活塞的质量，除了须有先进的制造装备，还必须有先进的检测手段。目前，国内大部分活塞生产厂家还停留在手工检测阶段，手工检测不仅成本高，还存在由于人为误差或疏忽，容易造成活塞不合格品出厂，这是目前引起活塞生产厂家外部故障成本居高不下的重要原因之一。随着近年来测量技术、计算机技术的迅速发展，为活塞的自动检测提供了硬件及软件方面的保证。目前我国还没有成熟的活塞自动检测设备，而引进国外的活塞自动检测机设备，其价格过于昂贵，致使活塞的制造成本增加。我公司根据生产实际经验，开发出了适合生产现状的活塞自动检测设备。

1 测量工艺流程确定

活塞自动检测系统工艺流程示意见图1所示，其整个流程呈线性布局，前端与检测平面案板相连，检测平面案板用于检测人员检验活塞外观质量，外观检测合格，则送入自动检测机运输料道，进行活塞各关键特性的自动检测流程，最终活塞从分组料道传出，由包装人员进行现场包装。中间是由5个工位组成的测量系统，可完成活塞10个项目的自动检测。始端为外观检验工位，末端为包装工位。

2 测量原理与方法

活塞自动检测机共检测活塞外圆直径、外圆椭圆度、外圆型线、环槽槽底直径，销孔直径、销孔圆柱度、压缩高、销孔与活塞外圆的垂直度、气门坑深度、活塞重量等参数。现就活塞部分重点关注项目进行说明。

2.1 外圆直径、外圆型线、环槽底径的测量

活塞外圆测量示意如图2所示。运输料道将活塞送至活塞外圆检测工位，定位块在液压气缸作用下向上升起，定位活塞，然后由步进电动机驱动作旋转运动，由电感式传感器测量活塞裙部径向位移信号，信号经转换电路处理后送入计算机，由分析软件进行数据处理。

活塞外圆直径的测量是接触式测量，采用的传感器是LVDT差动变压位移传感器。电感式传感器的优点是：结构简单，输出功率大，输出阻抗小，灵敏度较高，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，适用于工厂条件，性能可靠稳定，分辨率高（分辨率达到0.1 μm），示值误差一般为示值范围的1‰～5‰;缺点是频率响应较低，不适合高速动态测量。但活塞自动测量系统的每一工位循环节拍为10 s左右，限制不大，故采用差动变压位移传感器。

工业计算机进行数据的采集、处理、结果显示，为了将来自测量探头的连续变化信号的模拟电压量转换为计算机所能接受的数字量，采用了16位的A/D转换板。系统工作原理见图3所示。

为了防止外部干扰信号进入计算机，在计算机接口电路中装有光电耦合板。对从测量探头输出的信号采取滤波处理，保证系统能够克服电源高次谐波信号的干扰。

2.2 活塞销孔直径、圆度、压缩高、销孔对外圆的垂直度测量

销孔部分的参数测量结构示意图如图4所示。当被测活塞经传输料道按测量节拍输送到位后，垂直微型气缸下行到位，两定位条块在活塞头部上端从左右两侧作径向定位，同时，两只水平气缸向前移动，使左右滑台接近活塞并定位，这时两只气动塞规进入销孔，到达测量工位，进行测量。气动塞规可作轴向移动以调节气动塞规与活塞销孔间的相对几何位置，然后由螺钉锁紧。

气动测量的原理是：净化的压缩空气经稳压和精滤设备后，供给气电转换器和气动塞规。当销孔直径变化时，引起气电转换器腔内压力变化，膜片产生位移，通过差动式电感位移传感器与测量电路转变成电压变化。经放大、A/D等电路，输送给工业计算机，进行处理与显示。在销孔测量中，使用了一对塞规，每一只塞规上设计了不同方向上两个截面的两对喷嘴，在一次测量中同时获得两个截面上不同圆周位置的两个直径值。通过工业计算机处理，获得销孔的直径、圆度与锥度值，以判断其几何形状是否符合设计要求。销孔参数气动测量系统框图如图5所示。

气动塞规的测量头和校对环规都是重要的测量部件。测量时应合理选配塞规直径、喷嘴直径及下沉量，调整气动测量参数，使其工作在系统的线性段，以保证气动测量系统的稳定性和精度。

3 设计过程应注意的事项

（1）在各测量工位，为保证定位精度，应考虑设计精确定位机构和缓冲卸荷机构。

（2）传感器要采用大量程、高精度，具有良好动态性能的传感器。

（3）保证活塞各测量工位有足够的定位精度与合理的装夹方式，能够便于更换不同品种的活塞。

（4）计算机控制系统应具备可视化操作界面，易于操作。

4 结语

活塞自动检测机可减少人工检测费用，一台自动检测机只需一人操作即能完成活塞10个项目的检测，而一般人工检测时，同样多的检测项目则需6人才能完成。采用自动检测机还能避免因人的因素而引起的漏检、误判等缺点。我公司已自行研制成功了能测量活塞直径在φ90～135 mm的自动检测机1台，经检测其各项性能指标完全能满足活塞检验标准所要求的技术指标，现已用于批量活塞的检测。活塞自动检测机对于降低活塞检测成本，保证活塞检测质量，具有很高的优越性，值得推广及应用。

1 石淼森主编.气动测量［M］.北京：中国计量出版社.

2 刘立伟，王道顺，李世权.数字化气动测量技术的研究及其应用［J］.组合机床与自动化加工技术，2000（1）

3 曾发林，董炳武.活塞测量工作台设计及精度分析［J］.机械研究与应用，1997（4）

4 张琳娜，刘武发.传感检测技术及应用［M］.北京：中国计量出版社，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，高级工程师，从事活塞的机械加工过程设计与研究。

（编辑 蔡云生）（

2009－08－10）

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