平面度检测气动测头的设计

　　0 引言

　　刹车片刚背平面度是影响刚背产品质量的一个重要的形位误差因素，它直接关系到汽车的行驶安全。目前，工厂对刚背产品平面度的检测多采用百分表手工测量。这种方法不够科学且工人劳动强度大，若能设计一种简单耐用、价格低廉的平面度在线检测系统，便能极大地节省人力物力，提高工作效率。可用于平面度检测的方法主要有坐标测量机法、光学法和气动测量法等。坐标测量机不易实现在线检测，光学法成本较高，相比之下，气动测量以压缩空气为媒介，将尺寸等几何量的变化量转换成流量、压力等的变化量，精度高，可实现非接触测量并具有自洁能力，易于搭建快速在线检测系统，且造价较低。基于此，笔者采用气动差压测量方法设计了一种用于刚背产品平面度检测的气动测头，以期为刹车片刚背平面度的在线检测提供技术参考。

　　1 气动差压测量原理

　　气动测量的气路一般分为流量式和压力式两种。流量式气路的代表即浮标式气动量仪，这种量仪性能稳定，应用广泛，然而不易实现数字化的信号采集，常用于离线测量。压力式气路可将被测参数的变化转变为压力的变化，压力传感器又可将压力值的变化转换成电量的变化，从而实现数字化的信号采集。压力式气路又可分为背压式和差压式两种。气动主喷嘴与测量喷嘴间气室中气流的压力px称为“背压”，研究表明，背压px与喷嘴到被测工件之间的距离s呈一一对应的函数关系[1]。因此，可由测得的背压值px来获知被测参数s。差压式气路相当于两路背压的复合，差压传感器指示的两路背压之差为Δp=pc-px，通过Δp可求被测参数s。其优点是可减小由于稳压器输出工作压力pc的变动而引起的测量误差，使测量更加精确和稳定。

　　差压式气路如图1所示。

　　由图1可见，压缩空气由气源输出，经过滤稳压后，成为较为纯净、干燥的气体，工作压力pc，一路经主喷嘴Ⅰ输入差压传感器高端气压输入端H，一路进入气动测头的主喷嘴Ⅱ(主喷嘴Ⅱ与主喷嘴Ⅰ孔径相同)，经测量喷嘴和被测工件的间隙流入大气，此时气室中的压力即为背压px。px经取压口送给差压传感器的低端输入端L，差压传感器测得pc与px之间的差压Δp，多个测头经多路传感器可测得平面上多个点的差压值，差压传感器将差压值转换为电压值，由数据采集卡采集后送入计算机进行数据处理，得到平面度误差。最小二乘法评定平面度误差从数理统计分析角度来看，能够准确、充分地处理原始观测数据所提供的信息，较客观地评定平面度误差[2]，因此，文中采用最小二乘法进行数据处理，以实现对刚背产品平面度的评定。