曲轴轴径与径跳测量仪的研制

    0 引 言

    曲轴是发动机的关键部件，其形状复杂，加工制造工艺难度大，服役环境条件差，因此，具有极高的形位公差要求。传统的检测手段是机械定位手工检测，在自动化程度较高的生产线上，传统检测方法已严重影响生产效率［1］。针对重庆某摩托车公司的发动机装配工艺需求，开发出一种基于西门子 S7—200 型 PLC 和 TP170A 触摸屏的智能曲轴测量仪，此系统具备测量速度快、精度高、结构简单、稳定可靠等特点，满足曲轴的在线检测要求。

    1 测量原理

    测量仪的工作原理是: 电感位移传感器将被测工件几何量尺寸的变化量转换为微差动电压信号，经过模拟信号调理电路的相敏整流、滤波放大后，由 AD 采集模块转换为数字信号，送到 PLC 的 CPU 进行数据处理，最后再将需要的数据传入 TP170A 触摸屏显示。

    S7—200 系列 PLC 是西门子公司的小型可编程控制器，其模块丰富功能强大，性价比高。5． 7 in 的 TP170A 触摸屏操作方便、性能优异，便于设置各种被测参数和 I/O 控制等反馈响应 PLC。系统小巧易于集成，加之西门子的高可靠性，使其广泛应用于各种测控领域［2～4］。S7—200PLC 采用 SEP7 编程，开放的编程环境可为用户量身定制测量程序，可随时随地修改程序满足用户不同需求［5］。本系统采用比较法测量，精度达 0． 1 μm，4 h 漂移不大于 1 μm，满足各种在线检测需求。

    2 测量方案

    由于需方工厂的曲轴生产线可生产多种规格的曲轴，根据被测参数要求( 表 1 所示) ，一台检测装置稍加调整，能够满足换型测量，因此，系统采用手动上料、V 型块定位，Σ 型测量单元的电感传感器采集工件尺寸变化量。

    2． 1 机械结构设计

    被测工件采用了无心磨加工工艺，为了使定位基准与加工基准统一，系统采用 V 型块定位方式，限制被测轴径的径向偏移，以两端面的辅助定位块做为第二定位基准来限制被测件的轴向移动［5］。驱动机构由电机和压紧装置构成，工作时，使曲轴正时齿轮与驱动齿轮啮合，压紧装置同时将曲轴压紧，驱动机构带动曲轴在 V 型块上旋转，传感器测量头贴紧被测工件，将被测工件尺寸的变化量以电压信号同步输出。测量机构如图 1。

    2． 2 传感器选择

    Σ 型测量单元是中原精密有限公司生产的高精度电感式位移传感器，其测量精度高、量程范围大，单元模块化设计，稳定可靠，结构简单，无需再设计装卡机构，尤其适合内外径检测。所以，本系统选用 Σ 型测量单元( 图 2) 。电感位移传感器的工作原理是: 工件的微小位移经传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发生相对的变化。