發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭墊片厚度自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)

羅勝藍(lán)（江南大學(xué)　機(jī)械工程學(xué)院，江蘇　無(wú)錫　214122）

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭墊片厚度自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)

羅勝藍(lán)
（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122）

研究擬設(shè)計(jì)一種發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭墊片厚度自動(dòng)檢測(cè)機(jī)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭墊片厚度自動(dòng)快速檢測(cè)，以及檢測(cè)后合格品和正、負(fù)超差品的物料分選。在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器檢測(cè)元件、物料分選裝置以及觸摸屏操作元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)選用，克服了市場(chǎng)上一般厚度檢測(cè)機(jī)的一些弊端，具有精度高，分檢速度快，可靠性好等特點(diǎn)。

汽缸頭墊片；厚度檢測(cè)；傳感器；觸摸屏；物料分選

0　引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，它的工作效率決定了汽車的動(dòng)力性能，而其氣缸頭墊片的厚度在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)確定，保證氣缸頭墊片厚度的準(zhǔn)確性，保障了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壓縮比和發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作效率，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有關(guān)鍵影響。因此對(duì)廠家生產(chǎn)的氣缸頭墊片厚度合格與否的檢測(cè)十分重要，雖然市場(chǎng)上也有一般墊片厚度檢測(cè)分選機(jī)，但汽缸頭墊片的厚度檢測(cè)精度較高，且要避免檢測(cè)給墊片造成劃傷，普通方法的墊片厚度檢測(cè)并不能達(dá)到它的精度要求，不能有效地分選，而且可能對(duì)墊片造成損失，可靠性低。通過設(shè)計(jì)一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭墊片專用的高精度厚度檢測(cè)裝置，能夠有效的解決這些問題。

1　設(shè)計(jì)指標(biāo)和總體方案

墊片厚度的檢測(cè)要求精度較高，且能有效地分組，具有良好的可靠性。為保證高效，準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)，要求在理料、送料、檢測(cè)、分料的機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以確保其具有較好適應(yīng)性。同時(shí)，檢測(cè)時(shí)需要保證墊片處于水平位置，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，并且影響到系統(tǒng)的正常工作。機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)分料也有相當(dāng)高的要求，需要做到每個(gè)墊片的檢測(cè)不相互影響，保證系統(tǒng)程序的編寫適應(yīng)分料的要求，要求時(shí)間和信號(hào)處理準(zhǔn)確無(wú)誤，并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和操作性提出更進(jìn)一步的功能，有手動(dòng)/自動(dòng)檢測(cè)、單步/連續(xù)檢測(cè)、有卡料和故障報(bào)警等功能。其設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)各部分元件進(jìn)行設(shè)計(jì)選用。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩較低，傳動(dòng)元件采用90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能保證檢測(cè)平面的水平。物料分選裝置只需頂起質(zhì)量很輕的托盤，小功率的氣缸即可實(shí)現(xiàn)，從質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)角度選擇SMC自由安裝型氣缸，氣缸分選能防止墊片兩面劃傷，同時(shí)設(shè)有滑道避免墊片運(yùn)送時(shí)的損傷。鑒于到達(dá)位置時(shí)發(fā)生信號(hào)為電信號(hào)，采用電磁控制。同時(shí)，系統(tǒng)分料要求精度并不高，而檢測(cè)精度要求較高，可通過提高檢測(cè)元件和機(jī)床本身精度來實(shí)現(xiàn)，故系統(tǒng)的控制無(wú)需復(fù)雜，采用開環(huán)系統(tǒng)和單片機(jī)控制。檢測(cè)元件，使用HZ891型電渦流位移傳感器檢測(cè)厚度以滿足高精度要求。操作元件，選用SIMATIC 177系列面板作為通用面板觸摸屏來進(jìn)行設(shè)備操作，SIMATIC 177面板靈活性高，操作及設(shè)置簡(jiǎn)易，同時(shí)具有報(bào)警功能，能保證操作安全并監(jiān)控整個(gè)操作流程，使設(shè)備在最佳狀況下運(yùn)行。

表1　設(shè)計(jì)指標(biāo)Tab.1 Design index

圖1　系統(tǒng)流程圖Fig.1 System frame

2　分選裝置的設(shè)計(jì)及動(dòng)作

分選裝置實(shí)現(xiàn)理料、送料、檢測(cè)和分料的功能，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)直接會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性和可靠性。本裝置集上料、檢測(cè)、分組、下料為一體，共12個(gè)工位環(huán)形分布，每個(gè)工位30°，分為一個(gè)上料工位，一個(gè)檢測(cè)工位和十個(gè)分組下料工位。采用帶傳動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)振動(dòng)理料機(jī)，即純機(jī)械的方式進(jìn)行理料，這是現(xiàn)在使用較為普遍的方法，具有動(dòng)作快，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，只要把墊片放一起就能將其分離。上料部分放在機(jī)器的左上側(cè)，轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，其上的撥齒將疊起的墊片分離并傳送到檢測(cè)位置，保證兩個(gè)墊片之間的距離能夠使墊片在檢測(cè)位置順利挨個(gè)檢測(cè)。這種理料直接將墊片送到檢測(cè)位置，省去了專門的送料裝置，用分料裝置上的撥齒直接完成，降低了設(shè)計(jì)和制作成本，提高了檢測(cè)效率。分料和檢測(cè)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)送料裝置約1秒送進(jìn)一個(gè)墊片，保證檢測(cè)速度將進(jìn)入的墊片，檢測(cè)工位將墊片按格分開檢測(cè)，并記住分組的位置，預(yù)先位置的記錄可由單片機(jī)內(nèi)部查表單元功能實(shí)現(xiàn)。墊片到達(dá)所在分組的位置時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)使氣缸動(dòng)作，墊片順著滑梯滑下，達(dá)到分檢的效果。從信號(hào)發(fā)送到氣缸動(dòng)作需在1s內(nèi)完成，從而保證轉(zhuǎn)盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)和墊片在底盤面上的正常運(yùn)動(dòng)。氣缸動(dòng)作完后，墊片由于重力的作用會(huì)從滑梯滑下，于是完成了檢測(cè)和分料的過程。

需要注意的是，上料裝置氣缸桿伸出后會(huì)頂起托盤，使分料板轉(zhuǎn)動(dòng)。墊片因?yàn)橹亓Φ淖饔孟蛳禄瑒?dòng)至滑梯，氣缸就會(huì)馬上縮回并復(fù)位，其他組墊片也在分料盤上水平滑動(dòng)，故需要保證分料板和底盤平行，墊片才能連續(xù)地被分選。

圖2　分選裝置三維示意圖Fig.2 Graphic model of sorting mechanism

3　傳感器檢測(cè)元件的選用和操作元件的功能設(shè)置

電渦流位移傳感器是精密微小位移量和距離檢測(cè)中常用的檢測(cè)元件，電渦流檢測(cè)技術(shù)是采用正弦頻率激勵(lì)線圈，檢測(cè)方法選用高頻反射式渦流檢測(cè)法，檢測(cè)量為幅值，這種方法測(cè)量不會(huì)受到傳動(dòng)時(shí)上下抖動(dòng)的影響，能夠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的測(cè)量精度。出于設(shè)計(jì)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性考慮，HZ891型電渦流位移傳感器的靈敏度、分辨率、動(dòng)態(tài)特性以及工作穩(wěn)定性均能滿足要求。

選用SIMATIC 177系列面板進(jìn)行設(shè)備操作，除開其高靈活性和易操作性的優(yōu)點(diǎn)，此外，它不同于微型面板，功能過于簡(jiǎn)單，難以滿足設(shè)計(jì)需求，且相對(duì)于純按鍵面板更加直觀，是同時(shí)具有觸摸屏與鍵盤的通用面板，使用之前需要對(duì)其面板進(jìn)行功能設(shè)置，按鍵設(shè)計(jì)參考基本功能需要，在主面板上設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、停止、急停、復(fù)位5個(gè)按鍵。按下手動(dòng)按鍵時(shí)，跳轉(zhuǎn)至手動(dòng)模式分面板，設(shè)置理料、步進(jìn)電機(jī)、檢測(cè)、急停、停止、返回以及各個(gè)下料氣缸電磁閥按鈕，控制方式為點(diǎn)動(dòng)。同時(shí)面板上有紅、綠LED指示燈，可以結(jié)合蜂鳴器，通過軟件進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

4　電氣控制原理

控制單片機(jī)選用MCS-51系列的8051單片機(jī)，通過光電耦合器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，隔離高、低頻電路，防止高頻電路對(duì)控制電路的干擾，差分運(yùn)放電路對(duì)檢測(cè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需信號(hào)。每個(gè)氣缸有兩個(gè)限位傳感器，輸出動(dòng)作由電磁閥控制。傳動(dòng)帶電機(jī)由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)脈沖來控制。此外根據(jù)電渦流傳感器的原理，其連線也應(yīng)當(dāng)和電氣原理圖一致。

圖3　電氣控制流程圖Fig.3 Electrical control flow chart

5　結(jié)束語(yǔ)

本文通過給定設(shè)計(jì)指標(biāo)，在精度，工作效率，可靠性上都較一般墊片厚度檢測(cè)分選機(jī)有所提高，而且避免了分選過程中墊片的損傷。同時(shí)單片機(jī)控制以及通過觸摸屏，成本有所節(jié)約，操作亦簡(jiǎn)便，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期要求。

［1］陳鼎南.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)［M］.清華大學(xué)出版社，2013.

［2］張震.脈沖渦流測(cè)厚技術(shù)研究［D］.西安理工大學(xué)，2007.

［3］楊賓峰，羅飛路.脈沖渦流檢無(wú)損測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2004，8.

［4］王亞妮，盧軍黨.微小質(zhì)量片狀物料自動(dòng)重量分選機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.包裝與食品機(jī)械，2012，3.

［5］張迎新.單片機(jī)初級(jí)教程-單片機(jī)基礎(chǔ)［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［6］張道德.單片機(jī)接口技術(shù)（C51版）［M］.中國(guó)水利水電出版社，2007.

Design for the Automatic Thickness Detection Machine of Automobiles'Cylinder Head Gaskets

LUO Sheng-Lan
（Jiangnan University，Wuxi Jiangsu 214122，China）

The study intended to design an automatic detection machine for the thickness of automobiles'cylinder head gaskets，which requires fast detection rate and accurate sorting of qualified products and defective products.On the basis of overall design，the selection and design have been made for the SCM control system、sensor detector、sorting mechanism and touch panel.This machine has overcame a few shortcomings of regular thickness detection productions，carries the advantages of high precision，rapid sorting and high reliability.

cylinder head gasket；thickness detection；sensor；touch screen；material sorting

TH-39

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.043

1002-6673（2015）05-116-02

2015-06-17

羅勝藍(lán)（1995-），男，湖南長(zhǎng)沙人，本科，研究方向：機(jī)電一體化專業(yè)。