全集成自動化活塞綜合測量技術的研究與應用

崔麗

摘要：伴隨著我們國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于零部件加工產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，關鍵部件的質(zhì)量成為人們關注的焦點?；钊瞧嚢l(fā)動機的關鍵部件。汽車活塞質(zhì)量的全面控制是汽車產(chǎn)量穩(wěn)步提高的先決條件之一。針對傳統(tǒng)手工測量效率低、誤差大的問題，研制了活塞自動綜合測試系統(tǒng)。

關鍵詞：自動檢測；傳感器；測量系統(tǒng)分析；

全集成自動化活塞綜合測量技術的研究與應用，活塞自動綜合測試系統(tǒng)是一種自動檢測汽車發(fā)動機活塞綜合參數(shù)的儀表。主要用于汽車和內(nèi)燃機活塞綜合參數(shù)的自動檢測和分組?？蓽y試90～135活塞環(huán)槽、外圓、銷孔、壓縮高度、氣門孔和重量等參數(shù)。自動活塞檢測系統(tǒng)作為一種高精度、高效率的系統(tǒng)，已廣泛應用于全集成自動化、可編程控制器、傳感器、現(xiàn)場總線技術、計算機輔助設計等關鍵技術。實現(xiàn)智能控制和聯(lián)鎖，所有測量參數(shù)屏幕集中顯示，操作順序屏幕升降。自動故障診斷報警、測量結果統(tǒng)計和存儲、激光打印包標記、文件打印等功能。保證了不同規(guī)格活塞的通用性，實現(xiàn)了檢測系統(tǒng)的靈活性。該系統(tǒng)采用比較測量的原理，實現(xiàn)了活塞外圓、環(huán)槽、重量、銷孔位置的檢測，保證了測量的高精度、高效率和高可靠性。根據(jù)比較測量原理，測量直徑和直徑可以消除零件偏心安裝引起的誤差。銷孔測量的精度是非接觸、高精度的氣動測量。高精度重量傳感器用于重量檢測。通過建立數(shù)學模型，對測量結果的不確定度進行了分析。全集成自動化網(wǎng)絡技術應用于測量系統(tǒng)，以工業(yè)控制計算機為核心，控制各種測量和控制行動，WinCC作為軟件開發(fā)平臺，與WinAC的應用，Visual Basic和STEP 7編程軟件。該系統(tǒng)開發(fā)了一套人機界面系統(tǒng)，包括活塞設計數(shù)據(jù)輸入、標準件數(shù)據(jù)輸入、活塞測量數(shù)據(jù)實時顯示、激光打印顯示、傳感器標定、系統(tǒng)參數(shù)設置和幾個部分的幫助。人機界面系統(tǒng)簡單直觀，使用方便。考慮到精密度是精密測量儀器的重要指標之一，本文對活塞測量系統(tǒng)的工藝變化及其特性進行了研究和分析，以客觀地評價和改進測量系統(tǒng)。活塞自動檢測系統(tǒng)是控制活塞質(zhì)量的關鍵測試裝置。成功解決了汽車發(fā)動機活塞參數(shù)綜合測試問題，其技術性能指標相當于國外同類先進設備。

一、活塞生產(chǎn)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外十分重視活塞質(zhì)量，在活塞生產(chǎn)線中，除各工序分項檢測外，還必須進行活塞成品的多參數(shù)綜合檢測。目前，在德國、美國、英國、日本等少數(shù)發(fā)達國家已經(jīng)成功研制了多種類型的活塞自動測量系統(tǒng)，并在世界上著名的活塞制造公司，如英國、德國、日本等公司得到廣泛應用。

二、活塞自動測量的主要研究內(nèi)容

綜合活塞參數(shù)自動測量的技術要求和國內(nèi)外活塞自動測量技術的發(fā)展趨勢，本課題主要從以下幾個方面，對活塞自動測量的需求展開研究，設計活塞自動測量系統(tǒng)的總體方案，實現(xiàn)活塞外圓型面、環(huán)槽、銷孔等主要測量項目的形位公差數(shù)據(jù)的采集處理、活塞重量檢測、活塞分組等標志的打印、活塞分選等功能；基于總體方案設討，借助計算機輔助設計，采用UG三維繪圖軟件，進行模塊化設計，模擬設計活塞測量系統(tǒng)的模塊及裝配；分析活塞測量參數(shù)及精度要求，研究活塞主要測量模塊的測量方式及測得數(shù)據(jù)的計算方法。運用現(xiàn)代網(wǎng)絡控制技術，建立活塞自動測量系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡，集成挖制活塞自動測量系統(tǒng)的測量、打標、傳動等模塊的動作，設計人機交互界面，監(jiān)控運行過程值，顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)，歸檔處理數(shù)據(jù)。運用測量結果的不確定度分析的理論及方法，分析活塞自動測量系統(tǒng)測量結果是否符合精度要求運用測量系統(tǒng)分析的理論及方法，分析評價活塞自動測量系統(tǒng)過程變差是否符合用戶要求

三、活塞主要測量方式

液體流量測量，由于存在流體流入和流出的收集容器，它不能保持一個完整的恒流量測量過程；液體流量標準可以保持一個完整的恒流量測量過程的標準表法但是標準的表格需要通過第一級流量。標準設備的溯源價值，很難達到高水平的測量不確定度?；钊揭后w流量標準裝置是在連續(xù)體積測量的基礎上，通過合理的結構設計和可追溯性，合理地結合這兩部分的優(yōu)點。對活塞式液體流量標準裝置中的應用還處于初始階段，在中國。文中詳細討論了該方案的基本原理、結構和應用。從計量經(jīng)濟學的角度看，計量模型與工程應用和計量模型相一致，解決了數(shù)量價值溯源問題。為了解決電子水表的計量問題，在國家質(zhì)檢總局的資助下，進行了基于連續(xù)容積測量的活塞式液體流量標準裝置的設計與研究。通過物理器件制造和廣泛的實驗驗證，進行了技術總結?；钊揭后w流量標準裝置不僅是流動毛發(fā)的來源，也是測量標準裝置。它具有保持自身和被測物體流動狀態(tài)的特點，能達到較好的流動穩(wěn)定性，避免傳統(tǒng)液體流量標準裝置啟停效應或換向效應的缺陷，有利于提高測量的不確定度。測定水平。該裝置還具有自集成、結構緊湊、效率高、節(jié)能的特點。它不需要建造游泳池，也不需要建筑物的特殊結構要求。非常適合作為小規(guī)格流量計計量溯源標準。

三、裝置的基本結構

活塞式液體流量標準裝置連續(xù)測量的基本理論基礎是以均勻形狀的活塞幾何體作為運動部件，通過控制活塞的恒定運動來代替活塞缸內(nèi)的流體來實現(xiàn)測量功能?；钊菢藴恃b置的關鍵計量裝置，它實現(xiàn)了活塞體積的測量，即流體體積的測量。在實踐中，活塞通常是設計和加工成圓柱大小相同的圓柱體。表面鍍鉻，增加光潔度和硬度，達到耐腐蝕和耐磨損的目的。活塞裝置是一種自循環(huán)系統(tǒng)：當活塞從氣缸中移出時，在氣缸內(nèi)形成負壓，水箱的水流入并充滿活塞缸的內(nèi)腔。在測量時，控制系統(tǒng)控制伺服電機以一定速度旋轉，通過減速機構驅(qū)動精密螺桿，螺桿將活塞均勻地推至氣缸。塞子以固定的速度取代等效流體，并將流體推到校準的流量計上，然后流回水箱。用光柵尺測量活塞的運動距離，光柵尺輸出長度值的脈沖信號?？刂葡到y(tǒng)采集脈沖信號，根據(jù)給定的數(shù)學模型計算活塞運動量。活塞體積是裝置輸出的標準體積，與流量計的容積值比較，即實現(xiàn)流量計的刻度。

控制系統(tǒng)設計

四、活塞式液體流量標準裝置的設計

活塞式液體流量標準裝置的設計和制造需要考慮測量測試、機械制造、自動控制和計算機應用等技術。在理論模型的基礎上，結合工程實際，獲得符合實際應用的測量模型。該裝置的設計還需要解決量值溯源問題。從設計目標和測量模型出發(fā)，建立了標定模型，確定了具體的標定方法，以保證裝置具有足夠的不確定性。需要說明的是，在設計過程中，采用提高絲杠精度的方法來改善螺桿的機械特性和傳動精度裕度，從而忽視了螺桿的影響，提高了設備的制造成本。螺桿的影響機理有待進一步研究，以獲得更精確的定量分析方法，有助于進一步提高設備性能，合理控制成本。

結語

活塞綜合測量系統(tǒng)的研究改變了目前國內(nèi)手工檢測活塞的落后方式。不僅能避免人為漏檢、誤判等缺點，而且提高了工效、檢測質(zhì)量、檢測項目的全面性減輕了勞動強度，以班檢數(shù)量2000個活塞計算，手工檢測需要4～6人（檢查部分項目），而采用研制的綜合測量系統(tǒng)僅需2人?；钊诌x機，隨著生產(chǎn)的發(fā)必有更多的企業(yè)需要活塞分選機或綜合檢測儀，如果國內(nèi)能夠研制出滿足要求的高質(zhì)量檢測儀就可以替代進口，節(jié)約大量外匯，因此具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]張旭升，冉鼎闊，戴建偉，鄧晶輝，李新龍，江瀟俊，魏海軍.基于同步輻射顯微CT技術的船用柴油機活塞頂積炭的密度測量[J].內(nèi)燃機，2017（03）：59-62.

[2]孫靖宇.對置活塞對置氣缸發(fā)動機缸套—活塞環(huán)油膜厚度測量及潤滑狀態(tài)分析[D].大連海事大學，2017.