在線(xiàn)檢測技術(shù)在發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)制造中的應用

1、在線(xiàn)檢測技術(shù)的重要性

汽車(chē)工業(yè)近年來(lái)的發(fā)展非常迅速，尤其是轎車(chē)工業(yè)可以說(shuō)是日新月異。汽車(chē)工業(yè)發(fā)展得這樣快，毫無(wú)疑問(wèn)應歸功于改革開(kāi)放、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的結果。而在這引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)中，在線(xiàn)檢測技術(shù)可以說(shuō)是一顆璀璨的明珠。

一臺發(fā)動(dòng)機由幾百個(gè)零部件組裝而成，每個(gè)零件，即便是一顆螺絲釘都將直接影響發(fā)動(dòng)機整機的質(zhì)量。因而，對這些零部件在生產(chǎn)制造中加工質(zhì)量的檢測與控制的好壞，也就決定了發(fā)動(dòng)機質(zhì)量，也就成了能否達到設計所要求的技術(shù)性能指標的關(guān)鍵。而對這些零件在生產(chǎn)制造中的檢測與控制，完全靠人工在生產(chǎn)線(xiàn)外的手動(dòng)進(jìn)行，顯然存在以下弊端。

a.檢測結果會(huì )因為操作者的熟悉程度、疲勞程度、責任心等帶來(lái)不同程度的附加誤差。

b.增加了操作者的勞動(dòng)強度。

c.只能對加工后的質(zhì)量進(jìn)行“被動(dòng)”檢測，而不能實(shí)現對加工的質(zhì)量進(jìn)行“主動(dòng)”的檢測和控制。故雖然能檢測出超差的零件，但加工中造成的廢品卻無(wú)法避免，尤其是位于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)前端或中間加工的尺寸，等到出線(xiàn)端才能進(jìn)行人工檢測，而此時(shí)所檢測出來(lái)的超差，在生產(chǎn)線(xiàn)內卻已有若干臺超差件，造成了廢品的增加。

而在線(xiàn)檢測技術(shù)的引人，不僅解決了上述的弊端，且較大地提高了發(fā)動(dòng)機的質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低了整機成本。

2、在線(xiàn)量?jì)x的主要類(lèi)型、結構及特點(diǎn)

2.1主要類(lèi)型、結構

在線(xiàn)檢測技術(shù)在生產(chǎn)中應用的主要結構形式是，由測量系統與相應部件及系統構成的在線(xiàn)量?jì)x。在線(xiàn)量?jì)x的分類(lèi)方法有多種，若按在測量過(guò)程中人工參與的程度，可分為手動(dòng)量?jì)x和自動(dòng)量?jì)x；而若按其在測量過(guò)程中對工藝過(guò)程的干預程度，又可分為主動(dòng)量?jì)x和被動(dòng)量?jì)x。

在線(xiàn)量?jì)x的基本結構如圖1.圖1中A、B2個(gè)虛框分別為測量裝置（即通常所說(shuō)的測量頭）和測量?jì)x表（或者說(shuō)是測量電箱），這兩者是量?jì)x的主體。

2.2主要特點(diǎn)和區別

2.2.1自動(dòng)量?jì)x和手動(dòng)量?jì)x

a.自動(dòng)量?jì)x和手動(dòng)量?jì)x的測量頭對工件的測量，分別是由機床自動(dòng)驅動(dòng)和人工手動(dòng)進(jìn)行的，如圖1中，自動(dòng)驅動(dòng)（或手動(dòng)）框。

b.自動(dòng)量?jì)x在其結構中必須有測量頭的自動(dòng)驅動(dòng)裝置，手動(dòng)量?jì)x則不需要。

c.自動(dòng)量?jì)x的測量結果自動(dòng)生成對機床控制系統產(chǎn)生影響的信號，而手動(dòng)量?jì)x則沒(méi)有此功能。

2.2.2主動(dòng)量?jì)x和被動(dòng)量?jì)x

a.主動(dòng)量?jì)x的測量是在工件的加工過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行的，而被動(dòng)量?jì)x則是在工件加工完成后，對加工的結果進(jìn)行測量的。

b.主動(dòng)量?jì)x在測量過(guò)程中，不僅能實(shí)時(shí)顯示被測工件的尺寸和狀態(tài)，還可根據測量狀況隨時(shí)發(fā)出不同的控制信號，用以控制刀具減緩進(jìn)刀、停止進(jìn)刀或刀具退回。而被動(dòng)量?jì)x只能顯示被測工件最終的尺寸和狀態(tài)，并發(fā)出狀態(tài)（合格、超差、接近超差）的控制信號。

c.主動(dòng)量?jì)x的設置與工件的加工均在同一工位，而被動(dòng)量?jì)x的設置通常在工件加工的后序工位。

d.被動(dòng)量?jì)x既有手動(dòng)測量的，又有自動(dòng)測量的，而主動(dòng)量?jì)x基本上都是自動(dòng)測量的。

鑒于上述，顯然是主動(dòng)量?jì)x的功能更為完善優(yōu)異。但主動(dòng)量?jì)x的應用還有一定的局限性，目前僅較為廣泛地應用于磨削和珩磨類(lèi)的機械加工中。由于主動(dòng)測量是在工件加工中的動(dòng)態(tài)測量，受多方面因素的影響，而被動(dòng)測量是在工件加工完成后的靜態(tài)測量，影響的因素較小，因而實(shí)際測量的準確度后者高于前者。且近年來(lái)由于自動(dòng)補調系統的日臻完善，使配有自動(dòng)補調系統的被動(dòng)量?jì)x的應用日益廣泛。其主要工作過(guò)程是，首先是對加工完成后的工件尺寸進(jìn)行檢測，當發(fā)現達到或超出某一設定的范圍（接近超差）時(shí)即發(fā)出信號，并對加工系統（主要是刀具）

做相應的調整，用以修正或補償所出現的偏差。

3、我廠(chǎng)在線(xiàn)量?jì)x的應用概況

一汽轎車(chē)公司二發(fā)廠(chǎng)在線(xiàn)量?jì)x的應用較為廣泛，主要是由于我廠(chǎng)的主要設備和生產(chǎn)線(xiàn)均是從國外（主要是美國）引進(jìn)的，在線(xiàn)量?jì)x也大多隨設備和生產(chǎn)線(xiàn)同時(shí)引進(jìn)，且基本上都是自動(dòng)的，其中主動(dòng)量?jì)x和被動(dòng)量?jì)x均有，數目也均不少。投人生產(chǎn)后，又進(jìn)行了一些改進(jìn)和擴展，故現在我廠(chǎng)在線(xiàn)量?jì)x的種類(lèi)和數量均具有一定的規模。

3.1主動(dòng)量?jì)x的應用概況

a.磨削加工：主要是對曲軸的主軸徑和連桿軸徑、連桿的主軸徑和中間軸軸徑等軸類(lèi)工件的磨削加工過(guò)程中的尺寸進(jìn)行測量，計15臺（測量頭17個(gè)）。

b.珩磨加工：主要是對缸體的缸孔和連桿的大小頭孔等孔類(lèi)的珩磨加工過(guò)程中的尺寸進(jìn)行測量，計2臺（測量頭8個(gè)），且配有工控機。

3.2被動(dòng)量?jì)x的應用概況

被動(dòng)量?jì)x主要應用于孔類(lèi)工件的測量，并重點(diǎn)用于下述2個(gè)工件。

a.缸體：主要是對缸體上的主軸承孔和中間軸孔加工完成后的測量及缸孔的測量分級，計2臺（測量頭6個(gè)），且配有工控機。

b.缸蓋：主要是對一缸蓋上的氣門(mén)座孔、氣門(mén)導管孔、氣門(mén)調節器孔和凸輪軸孔加工完成后的測量，計3臺（測量頭17個(gè)）且配有工控機。3.3配有自動(dòng)補調系統的在線(xiàn)量?jì)x的應用概況

a.鏜加工：主要是對缸體的缸孔、連桿上的大小頭孔加工完成后的測量，并進(jìn)行自動(dòng)補調，計2臺（測量頭12個(gè)），且配有工控機。

b.車(chē)加工：主要是對曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度等加工過(guò)程中的尺寸測量，并進(jìn)行自動(dòng)補調，計1臺（測量頭2個(gè)），且配有工控機。

4、在線(xiàn)量?jì)x在我廠(chǎng)的應用實(shí)例

4.1主動(dòng)測量技術(shù)在軸類(lèi)磨削加工中的應用

軸類(lèi)零件的磨削加工在汽車(chē)制造過(guò)程中占有很重要的地位，尤其在發(fā)動(dòng)機、變速器和橋總成中，這類(lèi)零件占的比例很大。鑒于被加工件自身的差別很大，工藝上提出的要求也各不相同，出現了眾多類(lèi)型的外圓磨主動(dòng)測量?jì)x。如:

a.對曲軸中連桿軸徑的測量，其測量頭的厚度只有8mm;

b.對曲軸中連桿軸徑和主軸徑磨加工前的定位測量，分別采用單點(diǎn)固定式和雙點(diǎn)可調式測量頭；C.對曲軸和凸輪軸的主軸徑磨加工，不僅有軸徑尺寸和定位的測量，還有軸徑錐度的測量、等。下面僅以凸輪軸主軸徑磨削加工的主動(dòng)量?jì)x為例作以簡(jiǎn)介。

4.1.1具有軸向定位的主動(dòng)量?jì)x

在對凸輪軸主軸徑的磨削加工前，首先要對工件的軸向進(jìn)行定位。具體方法是對其軸向某一端面進(jìn)行測量后，通知機床控制系統，校正工件在機床上的軸向位置，然后再對工件進(jìn)行磨削加工（這對于曲軸、凸輪軸之類(lèi)的軸類(lèi)零件中的磨削工序是必須的）.這時(shí)采用的機床都是具有端面定位功能的外圓磨床。圖2即為用于凸輪軸主軸徑多砂輪磨床的工作示意圖。由圖2可見(jiàn)，在磨床的與工件垂直方向設置了一套位置檢測測頭1(由油缸2驅動(dòng)），用于測量由工藝確定的軸向位置的偏差量（以圖2所示的端面為基準），然后由測頭內的傳感器輸出，送人測控儀表5。測控儀表一方面由其面板上的表頭顯示出偏差值，另一方面把此偏差（若偏差量超過(guò)允許值）的開(kāi)關(guān)信號送入機床控制系統，機床控制系統按此偏差的相反方向驅動(dòng)執行機構8，帶動(dòng)凸輪軸向減小偏差的方向移動(dòng)，且在這移動(dòng)過(guò)程中，位置檢測測頭1跟隨檢測其偏差量，直至偏差減小到允許的范圍內，測控儀表5又發(fā)出開(kāi)關(guān)接點(diǎn)信號送入機床控制系統，使其控制執行機構8停止運動(dòng)，并發(fā)出信號給砂輪架驅動(dòng)機構9，帶動(dòng)砂輪架11進(jìn)入磨削工作。

上述系統可以在一定的范圍內實(shí)現軸向的準確定位，由于通常均以某一端面為檢測的基準，故通常稱(chēng)為端面定位。

上面介紹的端面定位測頭是屬單測點(diǎn)單傳感器型的。

4.1.2具有錐度檢測的主動(dòng)量?jì)x

主動(dòng)測量也已成功地用于軸類(lèi)零件的錐度控制，并對提高產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。圖2所示的對凸輪軸磨削加工中所應用的主動(dòng)量?jì)x，就是一種具有端面定位并對工件的外徑和錐度予以檢測的主動(dòng)測量系統，它與機床控制系統相結合，除了完成對軸類(lèi)工件外徑加工的控制外，還能實(shí)現對軸類(lèi)工件外徑錐度加工的控制。它適合于多砂輪切入式加工的高效磨床，即采取多個(gè)砂輪同時(shí)對凸輪軸（或曲軸）的全部軸頸進(jìn)行一次磨削加工。用這種方式在對軸類(lèi)零件的全長(cháng)上加工時(shí)，由于環(huán)境溫度等的變化，各主軸頸可能產(chǎn)生錐度。為了把這項形狀誤差壓縮到最小，對機床床身采用了熱對稱(chēng)設計，而同時(shí)設置的多功能主動(dòng)測量系統則具有更積極的作用。確切地講，這套系統不同于一般的主動(dòng)測量?jì)x，應該稱(chēng)之為“具有錐度自動(dòng)修正功能的外徑尺寸測量裝置”。從圖2可見(jiàn)，與凸輪軸兩端的主軸頸相對應，磨床上設置了2套直徑測量裝置3和6（分別由油缸4和7驅動(dòng)）。另外，在砂輪架一側，又安裝有執行校正功能的伺服電機10。當在加工進(jìn)行中，若被測的2個(gè)主軸頸產(chǎn)生錐度，2個(gè)外徑測量裝置3和6的輸出信號必然有差值，此差值在測控儀表5中進(jìn)行比較處理后，并根據測量裝置3和6的大�。ㄆ洳钪颠_到或超過(guò)某一設定值），發(fā)出具有方向的錐度修正信號（如3>6某一信號有效，而3<6則另一信號有效）.機床控制系統接收到此信號后，便發(fā)出信號，驅動(dòng)伺服電機10，向減小錐度方向移動(dòng)砂輪架11。從圖2可見(jiàn)，伺服電機10是安裝在砂輪架11軸向一側的端點(diǎn)，伺服電機的動(dòng)作會(huì )改變砂輪架的軸向位置，因而這是一種采用調整砂輪軸的位置來(lái)進(jìn)行修正錐度的方式。

若加工中無(wú)錐度或錐度很小，未達到設定值，則測控儀表中的此部分電路不動(dòng)作，也即無(wú)錐度修正信號輸出。

4.2主動(dòng)測量技術(shù)在珩磨加工中的應用

珩磨是一種精加工方法，它能經(jīng)濟而有效地加工出精度高、表面質(zhì)量好的孔。珩磨在汽車(chē)制造業(yè)中用得很廣泛。發(fā)動(dòng)機主要零件的孔，如缸體中的缸孔和連桿大、小頭孔的最后一道工序都是珩磨（我廠(chǎng)就是如此）。從理論上講，珩磨機可以配置不同原理、不同結構的測量頭，然而受到此種加工方式特點(diǎn)的限制，用接觸式的機械機構組成的檢測頭基本上已絕跡，當前珩磨自動(dòng)測量一般均采用非接觸式氣動(dòng)測量裝置。

4.2.1珩磨主動(dòng)測量基本系統的構成

盡管我廠(chǎng)的珩磨主動(dòng)測量分別用于缸體中的缸孔和連桿的大、小頭孔，但其測量系統的基本結構還是相同的，所以在此僅以珩磨主動(dòng)測量系統為題進(jìn)、行介紹。

珩磨主動(dòng)測量的系統由旋轉密封裝置、珩磨測量頭、壓力型氣／電轉換器、放大處理電路、電磁閥等部分構成（如圖3大虛框中所示），而用于珩磨測量采用的均為氣動(dòng)測頭。

4.2.2珩磨主動(dòng)測量系統的工作過(guò)程

　在珩磨開(kāi)始時(shí)，機床控制電路發(fā)出控制信號給執行機構，帶動(dòng)珩磨頭進(jìn)入被珩工件孔內，珩磨開(kāi)始。與此同時(shí)，由穩定氣源輸人的壓縮空氣，通過(guò)電磁閥和旋轉密封裝置后進(jìn)入珩磨測量頭，再經(jīng)位于磨頭中部徑向2個(gè)互為180°的測量噴嘴與被加工件孔壁之間的間隙流入大氣，隨著(zhù)工件尺寸的逐漸增大，測量間隙發(fā)生相應的變化，從而引起測量壓力的變化，此變化經(jīng)氣／電轉換器轉換為相應的電量變化，再經(jīng)過(guò)放大處理電路后，分別送人顯示儀表和機床控制電路，顯示儀表顯示出測量值，機床控制電路根據測量值與設定值相比較，若達到設定值，即刻發(fā)出信號給執行機構，帶動(dòng)珩磨頭退回，結束本次珩磨，即完成了主動(dòng)測量的全過(guò)程。

4.3帶有自動(dòng)補調的在線(xiàn)測量技術(shù)的應用

　帶有自動(dòng)補調的在線(xiàn)測量技術(shù)在我廠(chǎng)主要應用于鏜孔和車(chē)削的加工測量中，兩者采用的系統雖然不一樣，但它們的原理及控制方式基本相同，故而在此僅舉一個(gè)車(chē)削加工的例子，這就是曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度的測量補調儀，該測量補調儀于2001年國產(chǎn)化改造成功，并投入使用。

4.3.1測量補調系統的基本構成

　測量補調儀的構成如圖4所示。圖4中1工位為加工工位，車(chē)曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度。該工位設置有軸徑調刀機構3和步進(jìn)電機4，徑寬調刀機構2和步進(jìn)電機1。2工位為空工位。3工位設置有軸徑測量及其驅動(dòng)裝置6和徑寬測量及其驅動(dòng)裝置5。測量和控制信號均送往和來(lái)自測量電箱7和機床控制系統。

4.3.2測量補調的工作過(guò)程

　曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度在1工位加工完成后，由輸送帶（圖中未畫(huà)）送到3工位進(jìn)行測量，由各自的測量頭（6和5）測得的軸徑和徑寬分別送往測量電箱7，在電箱內部設置的A／D轉換器把這兩個(gè)尺寸信號轉換成數字信號后，送到CPU（微處理器）中與設定值進(jìn)行比較，若其中有1個(gè)（或2個(gè)）尺寸達到或超過(guò)設定的補償范圍，即發(fā)出相應的補償指令信號（和顯示信號），送往機床控制系統。機床控制系統接收到測量系統發(fā)出的補償指令后，并不立即發(fā)出調整刀具指令，而是等到加工完成刀具退回原位（即收到刀具原位信號）后，再發(fā)出相應的調整刀具的允許指令，給相應的步進(jìn)電機控制系統（在測量電箱內），步進(jìn)電機即根據控制系統發(fā)出的脈沖數旋轉，帶動(dòng)調刀機構動(dòng)作，完成相應的調刀操作。

4.3.3測量補調系統的基本配置

帶有自動(dòng)補調的在線(xiàn)量?jì)x的電路原理結構框圖如圖5.各部分的配置如下。

a.測量頭中的位移傳感器，采用的是差動(dòng)式電感，測尖采用人造金剛石。

b.信號放大和振蕩信號源，采用中原量?jì)x廠(chǎng)的標準放大板和振蕩信號板。

c.工控機采用臺灣研華IPC-610工控機，其基本配置為586DX/133,16M內存、1G硬幾盤(pán)，雙高軟驅?zhuān)瑱C箱采用全鋼加固型結構，并配有250W高可靠工業(yè)用開(kāi)關(guān)電源。

d.A/D轉換器、開(kāi)關(guān)量輸入輸出口、步進(jìn)電機控制卡均選用了與工控機配套的標準板卡，而步進(jìn)電機驅動(dòng)器則為日本樂(lè )孜公司的可進(jìn)行500步細分的標準產(chǎn)品。

e．顯示與報警采用了兩種形式。其一是采用355.6mm彩顯，用于對測量結果的全部數據、統計圖表、單項測量結果的狀態(tài)（優(yōu)等、補調、超差）等方面的顯示。其二是為使操作者對總體測量結果的狀態(tài)達到醒目的效果，在量?jì)x電箱頂部又設置了綠、黃、紅三色一體的柱狀指示燈，分別代表優(yōu)等、補調和超差3種狀態(tài)。

4.3.4國產(chǎn)化改造的成果

　在對該在線(xiàn)量?jì)x進(jìn)行改造的開(kāi)始，就瞄準了當代世界上的先進(jìn)水平，采用了當前世界上的先進(jìn)技術(shù)，所以無(wú)論是功能、測量精度還是穩定性等各方面均不低于當今國外的先進(jìn)在線(xiàn)量?jì)x，而其價(jià)格約為國外同等量?jì)x的1/4（總費用18.5萬(wàn)元人民幣，而同等功能和配置的國外產(chǎn)品最低為8.5萬(wàn)美元）。自2001年5月投入生產(chǎn)以來(lái)，一直穩定運行，未曾發(fā)生過(guò)任何故障。

5、結束語(yǔ)

　事實(shí)證明，在線(xiàn)檢測技術(shù)的應用，有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了勞動(dòng)強度。因而，它在降低產(chǎn)品的成本、提高企業(yè)和產(chǎn)品的信譽(yù)、提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競爭力等方面都起到了積極的作用�？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)在線(xiàn)檢測技術(shù)越來(lái)越廣泛的應用，將會(huì )給企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟效益和競爭力。