机车柴油机轴承孔的圆度自动检测系统设计

　　0引言

　　圆度误差是指回转体在同一正截面上实际被测轮廓相对其理想圆的变动量。圆度误差的存在直接影响着零部件的配合精度、旋转精度、摩擦、振动以及噪声等[1]。机车柴油机轴承孔的圆度误差是衡量其几何精度的关键指标之一,无论是柴油机的制造还是维修,都对其提出了严格要求。

　　目前,对主轴承孔的圆度误差一般采用传统的机械式量表(如内径千分尺)或气动测量仪进行测量,这种方法虽操作简单,但只适合精度要求较低、尺寸较小的场合;对检测精度要求较高、被测孔尺寸较大的柴油机机体来说,若采用上述方法,因空间限制,只能沿特定方位检测,故存在很大的限性。

　　目前国外对孔类零件(如汽车发动机缸体)的检测,多采用主动测量装置[1]。如德国霍梅尔(Hommelwerke)公司、意大利Marposs公司、英国Taylor Hobson公司等生产的自动或半自动缸体精度测量机,可应用于缸体的生产及装配线上。

　　栾芝芸等[2]提出了一种测量深孔圆度的原理和方法,通过高精度传感器和微型计算机数据处理与控制系统可以精确测量深孔全长范围内的圆度;张新义等[3]研究了利用工控机和高精度传感器对孔径进行在线自动测量与分组的工作原理及方法。但这些方法不大适合于机车柴油机轴承孔的圆度检测。

　　本文针对工厂车间环境下,以机车柴油机缸体曲轴孔直径尺寸、圆度测量问题为研究对象,开发设计了一种高精度、高效率、抗干扰性强的在线自动检测系统,该系统将计算机技术与现代测量技术相结合,具有信息自动采集、高精度信号处理与转换、数据处理与运算、逻辑判断与故障诊断,以及自动化操作等功能。

　　1圆度自动检测系统的原理及误差分析

　　1.1圆度测量原理

　　采用电涡流传感器进行非接触检测,以半径法测量孔的圆度和圆柱度误差。测量机构采用一个在圆孔内旋转的非接触位移传感器,通过检测传感器测头与被测孔的距离变化来确定其不圆度[4]。

　　理想情况下,被测圆孔的中心与测量头的回转中心完全重合,则被测孔的圆度误差,即实际检测轮廓轨迹应为同一正截面上有半径差的两同心圆之间的区域[1]。

　　实际测量时,由于测量装置存在安装偏心,会对测量精度产生一定的影响。如图1所示,设被测圆孔的中心为O,半径为r,测量头的回转中心为Ox,Ox到圆孔表面被测点M的距离为rx,OOx的距离(即偏心距)为e,设测头从OOx的连线方向开始旋转,转角为A。此时,被测孔的半径r和测头回转中心到被测点的距离rx之间具有如下矢量关系:

　　由余弦定理,矢量的大小之间有以下关系: