無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統

張旭東 孫奇 張娟

摘要：發動機連桿尺寸精度高、形位公差多，傳統的檢測方法需要多種檢測工具測量。為了解決此問題，設計并制造了一套發動機連桿檢測裝置，通過該裝置可以實現快速檢測發動機連桿尺寸，并能實現數據分析功能。

Abstract： The engine connecting rod has high dimensional accuracy and many form and position tolerances，Traditional detection methods need a variety of detection tools.In order to solve this problem， a set of engine connecting rod detection device is designed and manufactured，Through this device， the size of engine connecting rod can be detected quickly and the function of data analysis can be realized.

關鍵詞：連桿;發動機;檢測

Key words： connecting rod;engine;detection

中圖分類號：V263.42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0137-02

0? 引言

無人機用發動機連桿相對一般地面用發動機在強度、精度、尺寸一致性、重量、可靠性等諸多方面有更高的要求。傳統檢測與控制方法中對連桿孔的尺寸公差、形位公差、位置公差[1，2]分別用多種通用量具或多個檢測工裝進行測量[3]，過程復雜，周期長、工作效率低。已有的一些采用相對測量方式的檢測裝置，由于只提供了工具末端，檢測結果只能由人工判斷出圓度、同軸度和圓孔的垂直度各個獨立的單項值是否落在公差帶范圍內，雖集成了圓度、同軸度和垂直度規的功能，但不能檢測出具體數值。同時也不能檢測各個孔具體直徑、兩個圓孔中心距和兩個圓孔平行度等重要數據。而且檢測結果不能有效的進行閉環回饋指導后續生產制造過程的改進與提高。

為了克服現有檢測工作存在的上述技術問題，采用自動測量多個尺寸方式[4]，設計一種小型無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統[5]。該系統采用自動機械定位與壓緊方式，利用多個觸電側頭采集數據傳輸給計算機處理，計算出所需的測量數據，并進行統計分析[6]。

1? 檢測與數據分析系統的設計

整套檢測裝置和數據分析功能模塊包括控制和數據處理單元[7]、機械運動單元[8-10]、測量及數據采集單元和數據顯示單元。可編程控制器通過電磁閥控制氣缸運動，測量基塊上設有多組電感傳感器測頭，電感側頭采集檢測數據，并傳輸給可編程控制器處理，檢測結果通過觸摸屏顯示器顯示。整套檢測與數據分析系統原理圖如圖1所示。

根據設計原理，小型無人機發動機連桿綜合檢測與工藝分析系統由基座1、平臺2、定位塊3、大柱體4、上壓緊塊5、支架6、上氣缸7、托板8、小柱體9、電感傳感器10、觸點測頭11、檢測按鈕12、校對按鈕13、下氣缸14、計算機、顯示器、信號采集模塊和標準件組成，如圖2所示。

基座1為各部件提供支撐。平臺2安裝在基座1上，平臺2上部以中心垂線兩側分別設置有大沉孔和小沉孔，大柱體4與定位塊3配合緊固在平臺2上大沉孔中，小柱體9固定在平臺2上小沉孔中。大柱體中軸線和小柱體中軸線與平臺中心垂線位于平臺中軸線上。大柱體4和小柱體9上開有安裝孔，多個電感傳感器10分別嵌入在大柱體4和小柱體9的安裝孔內，電感傳感器10端部裝有觸點測頭11，觸點測頭11與被測工件的檢測點接觸。

大柱體4和小柱體9上分別加工有八個安裝孔，十六個電感傳感器10分別安裝在大柱體4、小柱體9上的安裝孔中;電感傳感器10端部分別裝有觸點測頭11，觸點測頭11直接接觸被測工件的檢測點。

支架6垂直安裝在基座1上位于平臺2后側，支架中軸線與大柱體中軸線位于同一垂直平面內。上氣缸7固定在支架6上端部，上壓緊塊5與上氣缸活塞桿連接，上壓緊塊5位于大柱體4上方，上壓緊塊5用于壓緊被測工件。托板8為長方形，托板兩端開有U形凹槽，且托板兩端U形凹槽寬度分別大于大柱體4直徑和小柱體9直徑。托板8與下氣缸活塞桿連接，托板8用于帶動被測工件進入或脫離檢測工位。下氣缸14固定在基座1內;檢測按鈕12和校對按鈕13分別安裝在基座1上位于平臺2側端部，并通過連線與計算機連接。

標準件為獨立元件（圖3），用于每班次校對清零位。

2? 檢測與數據分析系統的操作

檢測時，首先放入標準件，按下校對按鈕13，自動完成當前班次的零位標定，消除系統漂移誤差。將被測工件放置在托板8上，按啟檢測按鈕12，托板8在下氣缸14帶動下自動下降使托板8上被測工件依靠自重在大柱體4和小柱體9的導引下自動進入測量工位，上氣缸7推動上壓緊塊5下降壓緊被測工件進行定位。

上氣缸7和下氣缸14通過與計算機連接的電磁閥控制，信號采集模塊安裝在計算機內并通過連線與電感傳感器10連接，信號采集模塊通過多個觸點測頭11同時采集數據并將采樣值傳輸給計算機處理，在顯示器上顯示連桿大端孔和小端孔的尺寸精度、圓柱度、平行度、垂直度和兩個端孔的中心距測量的數值和公差帶偏離值，給出是否合格結論。同時，電磁閥控制上氣缸7拉動上壓緊塊5抬起，下氣缸14推動托板8上升將被測工件送離檢測工位，操作人員取走工件。

計算機對采集數據統計處理并進行統計分析，計算出標準偏差S、工序能力指數Cp值，工序能力指數偏差CpK值，繪制X-R曲線，操作人員依據數據分析結果對后續加工給出數據修正，形成閉環檢測過程。

3? 檢測與數據分析系統的實現

按照上述設計方案，制造出了無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統（圖4），在系統上進行了發動機連桿的檢測與數據處理，實現了發動機連桿一次裝夾，檢測多個數據并將結果進行處理的功能。

4? 結論

無人機用發動機連桿檢測與數據分析系統采用計算機控制，具備對公差帶進行調整或修改而不需加工標準件，以及在標準件校對時設置相對零位和絕對零位功能。一次裝夾同時完成了連桿大端孔和小端孔的尺寸精度、兩個端孔的圓柱度、平行度、同軸度、垂直度及兩個端孔的中心距的自動檢測與合格與否的判定，得出合格與否的判定，給出各個被測要素的具體數值，并對數據并進行SPC統計分析計算出標準偏差S、工序能力指數Cp值，工序能力指數偏差CpK值以及繪制X-R曲線，對后續加工給出指導和數據修正，形成閉環檢測過程。而且采用計算機系統的數據采集與處理和自動裝夾工件定位，減少了人工操作和判定隨機誤差及人為失誤，并且工作效率高。數據的自動記錄、跟蹤以及統計分析功能解決質量控制分析問題，實現了發動機連桿綜合檢測與工藝分析數字化，檢測過程便捷。

參考文獻：

[1]黃福蕓，廖念釗編.形狀誤差測量[J].北京：計量出版社，1986.

[2]朱正德.連桿的工序間綜合檢測[J].柴油機設計與制造，2003（4）：23-26.

[3]高曉婧，崔建英.連桿幾何參數測量方法綜述[J].儀器儀表學報，2008，29（4增刊）：330-335.

[4]袁小江，武彩霞.連桿綜合測量及SPC統計分析[J].機電工程技術，2009，38（2）：64-67.

[5]孫奇，王小兵，張旭東，等.一種小型無人機發動機連桿綜合檢測與工藝分析系統：CN 107246839A[P].2017.10.13.

[6]蔡瑾，周洋.利用Minitab軟件分析連桿測量數據[J].內燃機與配件，2018（24）：40-44.

[7]李壯云主編.中國機械設計大典第5卷機械控制系統設計[M].南昌：江西科學技術出版社，2002.

[8]濮良貴，紀名剛主編.機械設計[M].七版.北京：高等教育出版社，2001.

[9]成大先主編.機械設計手冊.常用設計資料[M].北京：化學工業出版社，2004.

[10]王三民.機械設計計算手冊[M].北京：化學工業出版社，2009.