全集成自动化活塞综合测量技术的研究与应用

崔丽

摘要：伴随着我们国家经济的快速发展，对于零部件加工产业提出了更高的要求，关键部件的质量成为人们关注的焦点。活塞是汽车发动机的关键部件。汽车活塞质量的全面控制是汽车产量稳步提高的先决条件之一。针对传统手工测量效率低、误差大的问题，研制了活塞自动综合测试系统。

关键词：自动检测；传感器；测量系统分析；

全集成自动化活塞综合测量技术的研究与应用，活塞自动综合测试系统是一种自动检测汽车发动机活塞综合参数的仪表。主要用于汽车和内燃机活塞综合参数的自动检测和分组。可测试90～135活塞环槽、外圆、销孔、压缩高度、气门孔和重量等参数。自动活塞检测系统作为一种高精度、高效率的系统，已广泛应用于全集成自动化、可编程控制器、传感器、现场总线技术、计算机辅助设计等关键技术。实现智能控制和联锁，所有测量参数屏幕集中显示，操作顺序屏幕升降。自动故障诊断报警、测量结果统计和存储、激光打印包标记、文件打印等功能。保证了不同规格活塞的通用性，实现了检测系统的灵活性。该系统采用比较测量的原理，实现了活塞外圆、环槽、重量、销孔位置的检测，保证了测量的高精度、高效率和高可靠性。根据比较测量原理，测量直径和直径可以消除零件偏心安装引起的误差。销孔测量的精度是非接触、高精度的气动测量。高精度重量传感器用于重量检测。通过建立数学模型，对测量结果的不确定度进行了分析。全集成自动化网络技术应用于测量系统，以工业控制计算机为核心，控制各种测量和控制行动，WinCC作为软件开发平台，与WinAC的应用，Visual Basic和STEP 7编程软件。该系统开发了一套人机界面系统，包括活塞设计数据输入、标准件数据输入、活塞测量数据实时显示、激光打印显示、传感器标定、系统参数设置和几个部分的帮助。人机界面系统简单直观，使用方便。考虑到精密度是精密测量仪器的重要指标之一，本文对活塞测量系统的工艺变化及其特性进行了研究和分析，以客观地评价和改进测量系统。活塞自动检测系统是控制活塞质量的关键测试装置。成功解决了汽车发动机活塞参数综合测试问题，其技术性能指标相当于国外同类先进设备。

一、活塞生产在国内外发展现状

国外十分重视活塞质量，在活塞生产线中，除各工序分项检测外，还必须进行活塞成品的多参数综合检测。目前，在德国、美国、英国、日本等少数发达国家已经成功研制了多种类型的活塞自动测量系统，并在世界上著名的活塞制造公司，如英国、德国、日本等公司得到广泛应用。

二、活塞自动测量的主要研究内容

综合活塞参数自动测量的技术要求和国内外活塞自动测量技术的发展趋势，本课题主要从以下几个方面，对活塞自动测量的需求展开研究，设计活塞自动测量系统的总体方案，实现活塞外圆型面、环槽、销孔等主要测量项目的形位公差数据的采集处理、活塞重量检测、活塞分组等标志的打印、活塞分选等功能；基于总体方案设讨，借助计算机辅助设计，采用UG三维绘图软件，进行模块化设计，模拟设计活塞测量系统的模块及装配；分析活塞测量参数及精度要求，研究活塞主要测量模块的测量方式及测得数据的计算方法。运用现代网络控制技术，建立活塞自动测量系统的通讯网络，集成挖制活塞自动测量系统的测量、打标、传动等模块的动作，设计人机交互界面，监控运行过程值，显示统计数据，归档处理数据。运用测量结果的不确定度分析的理论及方法，分析活塞自动测量系统测量结果是否符合精度要求运用测量系统分析的理论及方法，分析评价活塞自动测量系统过程变差是否符合用户要求

三、活塞主要测量方式

液体流量测量，由于存在流体流入和流出的收集容器，它不能保持一个完整的恒流量测量过程；液体流量标准可以保持一个完整的恒流量测量过程的标准表法但是标准的表格需要通过第一级流量。标准设备的溯源价值，很难达到高水平的测量不确定度。活塞式液体流量标准装置是在连续体积测量的基础上，通过合理的结构设计和可追溯性，合理地结合这两部分的优点。对活塞式液体流量标准装置中的应用还处于初始阶段，在中国。文中详细讨论了该方案的基本原理、结构和应用。从计量经济学的角度看，计量模型与工程应用和计量模型相一致，解决了数量价值溯源问题。为了解决电子水表的计量问题，在国家质检总局的资助下，进行了基于连续容积测量的活塞式液体流量标准装置的设计与研究。通过物理器件制造和广泛的实验验证，进行了技术总结。活塞式液体流量标准装置不仅是流动毛发的来源，也是测量标准装置。它具有保持自身和被测物体流动状态的特点，能达到较好的流动稳定性，避免传统液体流量标准装置启停效应或换向效应的缺陷，有利于提高测量的不确定度。测定水平。该装置还具有自集成、结构紧凑、效率高、节能的特点。它不需要建造游泳池，也不需要建筑物的特殊结构要求。非常适合作为小规格流量计计量溯源标准。

三、装置的基本结构

活塞式液体流量标准装置连续测量的基本理论基础是以均匀形状的活塞几何体作为运动部件，通过控制活塞的恒定运动来代替活塞缸内的流体来实现测量功能。活塞是标准装置的关键计量装置，它实现了活塞体积的测量，即流体体积的测量。在实践中，活塞通常是设计和加工成圆柱大小相同的圆柱体。表面镀铬，增加光洁度和硬度，达到耐腐蚀和耐磨损的目的。活塞装置是一种自循环系统：当活塞从气缸中移出时，在气缸内形成负压，水箱的水流入并充满活塞缸的内腔。在测量时，控制系统控制伺服电机以一定速度旋转，通过减速机构驱动精密螺杆，螺杆将活塞均匀地推至气缸。塞子以固定的速度取代等效流体，并将流体推到校准的流量计上，然后流回水箱。用光栅尺测量活塞的运动距离，光栅尺输出长度值的脉冲信号。控制系统采集脉冲信号，根据给定的数学模型计算活塞运动量。活塞体积是装置输出的标准体积，与流量计的容积值比较，即实现流量计的刻度。

控制系统设计

四、活塞式液体流量标准装置的设计

活塞式液体流量标准装置的设计和制造需要考虑测量测试、机械制造、自动控制和计算机应用等技术。在理论模型的基础上，结合工程实际，获得符合实际应用的测量模型。该装置的设计还需要解决量值溯源问题。从设计目标和测量模型出发，建立了标定模型，确定了具体的标定方法，以保证装置具有足够的不确定性。需要说明的是，在设计过程中，采用提高丝杠精度的方法来改善螺杆的机械特性和传动精度裕度，从而忽视了螺杆的影响，提高了设备的制造成本。螺杆的影响机理有待进一步研究，以获得更精确的定量分析方法，有助于进一步提高设备性能，合理控制成本。

结语

活塞綜合测量系统的研究改变了目前国内手工检测活塞的落后方式。不仅能避免人为漏检、误判等缺点，而且提高了工效、检测质量、检测项目的全面性减轻了劳动强度，以班检数量2000个活塞计算，手工检测需要4～6人（检查部分项目），而采用研制的综合测量系统仅需2人。活塞分选机，随着生产的发必有更多的企业需要活塞分选机或综合检测仪，如果国内能够研制出满足要求的高质量检测仪就可以替代进口，节约大量外汇，因此具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]张旭升，冉鼎阔，戴建伟，邓晶辉，李新龙，江潇俊，魏海军.基于同步辐射显微CT技术的船用柴油机活塞顶积炭的密度测量[J].内燃机，2017（03）：59-62.

[2]孙靖宇.对置活塞对置气缸发动机缸套—活塞环油膜厚度测量及润滑状态分析[D].大连海事大学，2017.