制動鉗負壓氣密性檢測設備研發

盧其志，余文濤，黃小林，鄭增雄

（1.廣西威翔機械有限公司，廣西 柳州 545006；2.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

近年來，在大規模、大批量的汽車零部件工業生產中，氣密性檢測正日益受到很多企業的關注和重視，已經被作為一項影響產品質量的重要技術指標。制動鉗作為汽車制動系統的關鍵零部件，其性能是直接影響車輛行駛安全的重要因素之一，如果密封性不好而導致泄漏，就會引起車輛在行駛中出現異常、制動效率降低等問題，嚴重的還會引起行車安全事故的發生，因此對制動鉗的檢測提出了更加苛刻的要求。

氣密性檢測是保證零部件質量及生產制造質量的重要手段[1]。如圖1為某車型的制動鉗總成，由于在裝配線上基于人工的傳統目視檢測方法，主要是采用氣泡法和涂抹法[2]進行氣密性的試漏檢測，方法既不嚴謹也不科學，質量得不到保證，常常因泄漏而引起一系列質量問題，造成返修成本很高。因此，通過深入研究產品特性及氣密性檢測技術，有針對性地自主研發氣密性檢測設備，是解決問題的有效途徑。

圖1 某車型制動鉗裝配總成

1 檢測項目及技術要求

檢測的項目及相關的技術要求如表1所列。

表1 檢測項目及技術要求

2 檢測原理與泄漏量換算

2.1 檢測原理

負壓檢測原理：實質是差壓檢測，即抽被測物（工件）內腔的真空度，測量其內部真空度的壓力變化從而檢測出是否有泄漏的測試方式。

差壓法進行檢測（如圖2），需使用高精度的差壓傳感器，采用標準品與測試品相比較的測試方法，首先準備好無泄漏的標準品，給被測物和標準品同時抽真空，然后停止抽氣，通過高靈敏度差壓傳感器（DPS）測出因泄漏導致的內部壓力變化，即被測物與標準品之間的差壓。測試時，在標準品與被測工件兩邊先同時充入相同壓力的空氣，使差壓傳感器兩端平衡，如果被測工件有泄漏，即使是微小的泄漏，差壓傳感器兩端也會失去平衡，從而檢測出兩端因泄漏而產生的差壓。因檢測過程中兩端的外部環境狀態完全一樣，所以這種測試方法可以消除溫度、震動等環境因素的影響，測試精度高，抗干擾能力強。

圖2 差壓檢測工作原理

2.2 泄漏量換算

根據Boyle-Charle定律，在一定的溫度條件下氣體的壓力與體積的積是一定的。即：PV=一定（P為絕對壓力）。

根據理想氣體狀態平衡方程和熱力學原理，可以推斷出泄漏率和壓力差之間的關系方程公式[3]：

其中：Q為泄漏量（mL/min）；Patm為標準大氣壓；△P為單位時間內產品因泄露產生的壓差（Pa）；Ve為產品的等效內容積（mL）；t為測試時間（s）。

等效內容積（Ve）指測出的內容積中包含了因容積變化等引起的差壓后的容積。在泄漏量的換算中等效內容積（Ve）作為系數使用。

測試儀使用標準大氣來進行計算。如果測試時的大氣壓是標準大氣壓，即1.013×105Pa，氣溫是標準的20℃，則可算出單位時間內的泄漏流量。

3 設備的構建

3.1 設備構成

氣密性檢測也稱泄漏檢測，主要用于測試密閉容器的氣密性狀態，是為了保證容器、零部件等裝配后無泄漏，防止設備故障，確保人員和設備安全，保證產品滿足泄漏要求的工藝過程。研發的制動鉗負壓密封性能檢測設備（圖3）主要由框架、電器柜、真空泵、COSMO檢測儀器、檢測管路和精密減壓閥、控制按扭、上下限數顯壓力表等零部件所組成。

圖3 制動鉗負壓密封性能檢測設備構成示意圖

3.2 檢測儀的選型

COSMO計器公司是日本一家致力于研究開發高精度的空氣測漏儀（圖4），檢測設備采用COSMO的LS-1863X檢測儀進行檢測，該檢測儀是一款輕巧高精度的差壓式空氣測漏儀，具有先進的誤差修正功能以及多頻道功能，能對應多品種測試并以流量單位顯示泄漏量，容易管理及操作，能滿足用戶在不同要求下的自動測漏，從而減輕勞動強度。

圖4 COSMO的LS-1863X檢測儀

3.3 封堵充氣結構

如圖5和圖6為制動鉗負壓氣密性檢測設備的封堵充氣結構和實物圖，通過定位制動軟管口的六角型接頭，氣缸帶動密封圈實現制動軟管接口的自動封堵，為測試制動鉗總成的密封性做準備。

圖5 制動鉗負壓氣密性檢測設備封堵充氣結構示意圖

圖6 制動鉗負壓氣密性檢測設備封堵充氣結構實物圖

3.4 儀器的設定及檢測過程

通過對COSMO儀器模式的設定（如圖7），檢測過程需要經過五個階段：

（1）準備階段：被測物封堵后輸入啟動信號。

（2）增壓階段：截止測漏儀內部的排氣閥、打開充氣閥、控制閥，給被測物和標準品同時施加壓力的行程（通過壓力傳感器測出極大泄漏的量程）。

（3）穩壓階段：截止測漏儀內部的充氣閥，測出被測物和標準品之間的壓差（通過壓力傳感器測出大泄漏的量程）。

（4）保壓檢測階段：截止控制閥，通過壓差傳感器測出小泄漏值。

（5）卸壓階段：輸出判斷信號，排氣閥排出被測物內的氣體。

在整個檢測周期里，需要較長的穩壓時間才能進行工件檢測，穩壓時間還會隨溫度升高等因素加長，而且測試系統管路存在微泄漏，會導致系統不能達到預定的檢測壓力值。

圖7 COSMO模式的設定流程

3.5 檢測氣路圖

圖8 差壓氣密檢測儀基本回路

3.6 人機操作界面

制動鉗負壓氣密性檢測設備通過COSMO的LS-1863X檢測儀器的模擬量輸出端口與NI數據采集卡、I/O擴展模塊、PLC之間的端口通訊，構成一個實時顯示檢測系統，并通過自主開發的LABVIEW軟件編程人機操作界面在觸摸屏上顯示，把產品的實時檢測數據等顯示在工控一體機上動態顯示記錄下來，實現系統的多功能一體化，界面主要有以下功能：

（1）數據實時顯示畫面：以時間為橫坐標，壓力為縱坐標顯示測量曲線；輸出：合格信號和不合格信號、中止信號和結束信號，并保存曲線畫面，并實現追溯。

（2）數據回放查詢畫面：可根據時間查詢出每天生產數量、合格數、不合格數，也可以將某一時間段內的檢測曲線數據以excel格式導出。

（3）參數設置畫面，兩個傳感器增益倍數（0.1～10）和零點（清零）調整功能，原始值和校正后的值都能實時顯示。

（4）與PLC通過RS-485通訊，讀取控制I/O點狀態。

3.7 檢測結果為負值的原因

正常檢測時，被測件壓力值都會略小于平衡端壓力值，但由于被測件端的溫度高于檢測氣體的溫度，或被測件端的容積減小，造成被測件端氣體壓力值升高，這個時候被測件端壓力值就會略大于平衡端壓力值，從而出現負值。

3.8 避免負值產生的方法

（1）通過對測量的結果統計分析，每班開班前先檢測10～20次，可使儀器檢測內部的溫度與室溫一致（即與檢測氣體、被測工件的溫度一致），后面的檢測結果就會得到趨于穩定的正值。

（2）被測工件溫度為室溫，且最好不是潮濕件。

（3）封堵氣缸工作氣源壓力穩定，氣源輸入前端安裝氣罐以穩定氣源。

（4）封堵機構滑動零件每隔一定時間周期，可使用潤滑油進行潤滑，避免卡阻現象，確保封堵密封有效。

3.9 設備優點

制動鉗負壓氣密性檢測設備采用了動態監測，為產品的質量追溯以及工藝優化提供確切的數據支持，如圖9和圖10，與傳統的檢測方法相比，具有如下優點：

（1）檢測成本低，可操作性強。

（2）能耗低。

（3）檢測結果穩定，不受人為的干擾和影響。

（4）工作環境好，降低勞動強度。

（5）可以定量檢測，對泄漏或泄漏率的評定精準，提高產品的檢測精度。

（6）檢測周期短，自動化程度高。

圖9 制動鉗負壓密封性檢測設備

圖10 某車型制動鉗負壓檢測合格品

4 結束語

制動鉗負壓密封性檢測設備的成功研發，不僅提高了產品的質量和合格率，還提升了企業產品的競爭力。隨著壓差與流量傳感檢測技術的不斷進步，自動化控制技術的不斷發展，氣密性檢測越來越廣泛地應用于各類工業生產線中。由于采用差壓法進行檢測的方法具有檢測速度快、結果準確可靠、不污染工件等優點，因而可實現產品在生產線上100%泄漏檢測，并已廣泛應用于汽車行業的生產過程中。