汽車發動機缸蓋鋼球孔氣密性檢測系統分析

盧錦河，劉全凱

（沈陽航天三菱汽車發動機制造有限公司，遼寧 沈陽 110179）

由于汽車生產線新增型號的缸蓋鋼球孔位置與現有機型鋼球孔位置沖突，無法在原有的氣密性檢測機上檢測，故需重新設計制造一臺滿足新型號缸蓋鋼球孔氣密性檢測的設備，滿足汽車新型號缸蓋生產的需要。氣密性檢測也稱泄漏檢測，密封件的氣密性能是影響產品質量的重要因素之一，因此，氣密性檢測是發動機缸體、缸蓋生產過程中的一個必檢項目，可見氣密性檢測在汽車發動機生產過程中的重要性。

針對上述汽車生產線新增型號的缸蓋鋼球孔位置無法在原有的氣密性檢測機上檢測問題，本論文提供一種汽車發動機缸蓋鋼球孔氣密性檢測機系統：采用差壓式試漏儀為氣密性檢測儀器，PLC與觸摸屏為控制載體，以串口通信為數據傳輸協議，利用氣缸、電磁閥為主要執行部件，完成發動機缸蓋鋼球氣密性檢測工作。

1 控制系統的技術方案

本論文提出的技術方案為：一種汽車發動機缸蓋鋼球孔氣密性檢測系統，其特征在于：包括裝檢測裝置、控制系統和機械定位系統；其中檢測裝置采用差壓式試漏儀，用于缸蓋八個鋼球孔的氣密性檢測；控制系統包括控制單元CPU和通信模塊，PLC系統配置的通信模塊與試漏儀RS232串口相連，通過RS232串口通信協議將試漏儀的泄漏數據上傳至CPU并在觸摸屏中顯示。機械定位系統主要包括定位裝置、封堵壓頭、輥道和傳感器，其定位裝置由缸蓋定位結構和缸蓋鋼球孔定位結構構成，實現對缸蓋的定位和鋼球孔的封堵。檢測裝置配有兩臺差壓式試漏儀，可多通道同時進行檢測，采用美國CTS公司的I-24系列的差壓式試漏儀。所述觸摸屏采用三菱GT12系列觸摸屏，通過其串口與PLC的CPU相連，利用觸摸屏上操作界面的各功能按鈕,實現檢測機手動/自動/調試三種工作模式選擇。

所述缸蓋定位結構包括止停氣缸、側向定位氣缸和舉升定位氣缸，其中止停氣缸固定在龍門支架的側端，側向定位氣缸固定在龍門支架下側面，舉升定位氣缸安裝在底板下面，止停氣缸和側向定位氣缸使缸蓋在水平位置完全定位，舉升定位氣缸的向上運動使缸蓋壓緊在龍門架的下平面上，在空間上將缸蓋完全定位。

所述缸蓋鋼球孔定位結構由6套帶封堵壓頭氣缸構成，其中側向定位氣缸固定在龍門支架側面，龍門支架上側前端帶3個壓頭氣缸，舉升定位壓頭氣缸安裝在龍門支架下面，所述各氣缸的封堵壓頭與缸蓋上八個鋼球孔一一對應，實現準確封堵。

2 該技術的具體實施方法

該系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

如圖1所示，為檢測系統結構圖。它是一種汽車發動機缸蓋球孔氣密性檢測系統，包括裝在控制柜中的檢測裝置、控制系統和機械定位系統；其中檢測裝置采用差壓式試漏儀，用于缸蓋八個鋼球孔的氣密性檢測；控制系統包括控制單元CPU和通信模塊，PLC系統配置的通信模塊與試漏儀RS232串口相連，通過RS232串口通信協議將試漏儀的泄漏數據上傳至CPU并在觸摸屏中顯示；機械定位系統主要包括定位裝置、輥道12和傳感器，其定位裝置由缸蓋定位結構和缸蓋鋼球孔定位結構構成，實現對缸蓋的定位和鋼球孔的封堵。

所述差壓式試漏儀采用美國CTS公司的I-24系列的差壓式試漏儀。

所述PLC的CPU采用三菱Q02系列，CPU作為檢測機系統的控制主體，通信模塊采用三菱QJ71C24N-R2型號，PLC系統配置的通信模塊與試漏儀RS232串口相連，通過RS232串口通信協議將試漏儀的泄漏數據上傳給CPU并在觸摸屏中顯示。

所述觸摸屏采用三菱GT12系列觸摸屏，通過其串口與PLC的CPU相連，利用觸摸屏上的操作界面實現檢測機手動/自動/調試三種工作模式，對檢測過程實時監控、泄漏數據顯示，并根據設備故障進行相應的報警提示。

圖2所示為機械定位裝置主視圖、右視圖和俯視圖。所述定位裝置由側向定位氣缸、舉升定位氣缸、止停氣缸、鋼球孔封堵壓頭氣缸和龍門支架共同構成機械定位裝置。其定位裝置由缸蓋定位結構和缸蓋鋼球孔定位結構構成，實現對缸蓋的定位和鋼球孔的封堵。

所述缸蓋定位結構包括止停氣缸1，側向定位氣缸5和舉升定位氣缸7，舉升定位氣缸7安裝在底板11下面，止停氣缸1和側向定位氣缸5使工件在水平位置完全定位，舉升定位氣缸7的向上運動使工件壓緊在龍門架的下平面上，在空間上將工件完全定位。

圖2 機械定位裝置結構主視圖、右視圖和俯視圖

所述缸蓋鋼球孔定位結構由6套帶封堵壓頭氣缸構成，所述缸蓋鋼球孔定位結構由6套帶封堵壓頭氣缸2～4、6、8、9構成，其側向定位氣缸3、9固定在龍門支架10側面，龍門支架上側前端帶3個壓頭氣缸6，舉升定位壓頭氣缸8安裝在龍門支架10下面，所述各氣缸的封堵壓頭與缸蓋上八個鋼球孔一一對應，實現準確封堵。

本系統中所述6套帶封堵壓頭的氣缸，其中在龍門支架上端安裝封堵壓頭氣缸2，其龍門支架上正負45度角分別安裝封堵壓頭氣缸4、3，其上垂直角度安裝封堵壓頭氣缸8，其上側尾端安裝封堵壓頭氣缸9和其上側前端安裝帶3個封堵壓頭氣缸6。

缸蓋上八個鋼球孔，其中側面四個孔，端面一個孔，上面一個，另外兩個斜孔分別位于棱邊處；由于八個鋼球孔中有三個鋼球孔結構緊湊，一個鋼球孔不能由一個氣缸帶壓頭進行封堵，容易引起干涉，所以在機械設計上采用有一個氣缸帶三個壓頭進行封堵，指封堵壓頭氣缸6，這樣既減少了成本，又縮小了空間。

如圖3、4所示，為該控制系統操作觸摸板和操作站平面圖和部分功能流程圖。具體操作流程及工作原理如下：操作者將待檢測的缸蓋放至圖1中左側的輥道上，控制輥道電機傳送工件進入檢測區，缸蓋進入到位后，操作者按啟動按鈕，側向定位氣缸5開始運動，使缸蓋在水平位置完全定位。缸蓋水平定位后，舉升定位氣缸7向上運動使缸蓋壓緊在龍門架的下平面上，在空間上將缸蓋完全定位。缸蓋定位后，進行缸蓋鋼球孔定位機構和缸蓋的八個鋼球孔的準確封堵，氣缸封堵到位后，兩臺試漏儀A、B同時開始進行缸蓋鋼球孔的氣密性檢測和數據通信，每臺試漏儀負責4個鋼球孔的氣密檢測工作。如果試漏儀A、 B檢測的結果不合格，試漏儀將對4個鋼球孔分別進行檢測，如果試漏儀檢測的結果是合格，試漏儀將結束氣密性檢測，進入缸蓋八個鋼球孔的氣缸壓頭封堵退。封堵退到位后，舉升定位氣缸7向下運動使工件落到輥道平面上，如果工件氣密性檢測合格，工件自動放行，如果工件氣密性檢測不合格，控制系統報警，按操作站上的復位按鈕將工件放行，輥道電機13將工件送出檢測區，操作者從圖1中右側的輥道上取走檢測完成的缸蓋，這樣就完成了一次對汽車發動機缸蓋鋼球孔氣密性檢測的工作。

圖3 觸摸屏和操作站平面圖

4 結語

本文介紹了一種汽車發動機缸蓋鋼球氣密檢測系統，該系統包括裝在控制柜中的檢測裝置、控制系統和機械定位系統，其中檢測裝置采用差壓式試漏儀，用于缸蓋八個鋼球孔的氣密性檢測；輥道電機負責工件傳送，由徑向定位氣缸、舉升定位氣缸、止停氣缸、鋼球孔封堵壓頭氣缸和龍門架共同構成機械定位裝置，并配有接近開關和傳感器進行工件和氣缸到位信號檢測；PLC采用三菱Q02系列高性能的CPU，利用串口通信模塊將試漏儀的泄漏數據上傳到CPU；觸摸屏和操作站進行檢測過程的實時監控、泄漏數據顯示、報警處理以及人機交互功能，實現發動機缸蓋鋼球氣密性全自動檢測。它的優點及效果如下。

圖4 控制系統功能流程圖

（1）本系統實現安全加工，操作簡單。通過觸摸屏對檢測過程實時監控、泄漏數據顯示，并根據設備故障進行相應的報警提示，實現試漏儀檢測準確，不漏檢，發現不合格工件及時報警。

（2）本檢測系統結構緊湊，占用空間小，減少了制造成本。檢測工位的輥道采用自動傳送方式，避免了操作者在放入和取出工件時，手進入檢測工位內，防止設備誤操作或失控時，會對操作者造成傷害，進一步增加了設備的安全性。

（3）本系統由于采用試漏儀可多通道同時進行檢測，不合格狀態下可分別檢測，確認泄漏位置，所有參數設置可以通過USB 接口備份；設備操作方便，檢測準確。