1. 概述

  非接觸氣動(dòng)測(cè)量心軸測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔孔徑，可避免劃傷珩磨后的精加工內(nèi)孔。測(cè)量系統(tǒng)由氣電轉(zhuǎn)換器將氣壓測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，計(jì)算機(jī)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，并顯示工件合格與否。

  被測(cè)缸體定位后，測(cè)量心軸由液壓滑板帶動(dòng)，以被測(cè)孔為導(dǎo)向進(jìn)入缸孔內(nèi)指定截面測(cè)量。測(cè)量心軸與測(cè)量滑板連接面裝有平面軸承，測(cè)量心軸可在被測(cè)孔徑方向作平行移動(dòng)（浮動(dòng)心軸），圖1 為缸孔測(cè)量裝置示意圖。

圖1 缸孔測(cè)量裝置
1. 缸體升降液壓缸 2、11 定位銷 3. 缸孔測(cè)量心軸
4. 行程開(kāi)關(guān) 5. 滑板導(dǎo)向柱 6. 滑板升降液壓缸
7、11 直線軸承 8. 滑板 12. 定位銷升降機(jī)構(gòu)

  氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括空氣凈化和穩(wěn)壓系統(tǒng)（測(cè)量氣源）、缸孔氣動(dòng)測(cè)量心軸、差壓式測(cè)量回路、氣電轉(zhuǎn)換器（由硅敏式壓力元件和信號(hào)放大器等組成）等。

2. 測(cè)量氣源

  壓力穩(wěn)定、干燥、清潔的測(cè)量氣源是保證測(cè)量精度的基礎(chǔ)。工廠提供的壓縮空氣內(nèi)含有的油、水和灰塵容易使氣路系統(tǒng)中的節(jié)流孔堵塞或積垢，導(dǎo)致測(cè)量零位偏移，產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度，降低量?jī)x使用壽命。測(cè)量前必須對(duì)工廠氣源進(jìn)行過(guò)濾、干燥和穩(wěn)壓處理，用風(fēng)冷式干燥器和多級(jí)過(guò)濾器使測(cè)量用空氣的干燥
精度達(dá)99.9％、過(guò)濾精度達(dá)；經(jīng)過(guò)多級(jí)穩(wěn)壓和各獨(dú)立測(cè)量回路精密穩(wěn)壓，使測(cè)量氣源的壓差變化。

3. 氣動(dòng)測(cè)量回路

該系統(tǒng)采用差壓式氣動(dòng)測(cè)量回路，其氣動(dòng)測(cè)量原理如圖2 所示。測(cè)量回路由回路1 和回路2 兩個(gè)背壓回路組成。測(cè)量時(shí)兩個(gè)背壓回路處于相同的壓力和環(huán)境溫度下，使外界環(huán)境（溫度、濕度等）對(duì)測(cè)量的影響降到最小，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好。

 圖2 差壓式氣動(dòng)測(cè)量原理圖

穩(wěn)壓器的調(diào)定壓力為，測(cè)量時(shí)通過(guò)兩直徑相同的節(jié)流孔同時(shí)向兩個(gè)回路輸入相同壓力的氣體。回路1中是測(cè)量壓力，當(dāng)測(cè)量心軸噴嘴與被測(cè)量孔間隙發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量回路1 中的壓力隨之變化；回路2 中是平衡壓力，利用調(diào)零閥調(diào)定壓力值。回路2 中的平衡壓力基本穩(wěn)定不變，它僅受輸入壓力波動(dòng)的微量影響。連接在回路! 和回路# 之間的壓力變送器采集測(cè)量壓力與平衡壓力的差值作為測(cè)量信號(hào)量，經(jīng)放大后輸出。

4. 確定測(cè)量的工作區(qū)域

理論的氣路背壓曲線并非全程線性，只有選用曲線的線性段作為工作區(qū)域才能減小測(cè)量誤差。背壓特性曲線的確定與穩(wěn)壓器調(diào)定壓力、進(jìn)氣節(jié)流孔孔徑、測(cè)量噴嘴直徑，測(cè)量初始間隙等有關(guān)系，幾者必須匹配才能擬合出適宜的測(cè)量線性段。壓力一定時(shí)，選用不同節(jié)流孔徑，對(duì)應(yīng)的（壓力- 間隙）背壓曲線不同，節(jié)流孔越小，系統(tǒng)的倍率越大。節(jié)流孔徑一定，工作壓力越大，系統(tǒng)的倍率越大。倍率越大，測(cè)量系統(tǒng)的線性范圍相應(yīng)減小。

圖3 時(shí)的背壓曲線圖

圖3 為測(cè)量心軸噴嘴直徑， 工作壓力 時(shí)的背壓曲線圖。從圖中可以看出：
（1） 當(dāng)時(shí)， 受空氣粘性的影響曲線呈明顯的上凸， 非線性很大， 不能使用。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
（2） 當(dāng) 時(shí)， 背壓曲線近似直線， 可以作為工作區(qū)域， 但此區(qū)域也存在非線性誤差， 其誤差值隨測(cè)量范圍和初始間隙的不同選擇而不同。
（3） 當(dāng)時(shí)， 能獲得較好的線性度， 非線性誤差為0.001mm， 經(jīng)計(jì)算機(jī)線性補(bǔ)償后， 誤差減小到0.0005mm， 可以滿足本系統(tǒng)的工作量程及測(cè)量精度要求。

5. 測(cè)量心軸

（1）測(cè)量原理測(cè)量心軸插入被測(cè)孔中，壓縮空氣由直徑為 的測(cè)量噴嘴噴出，噴嘴與相對(duì)的被測(cè)孔內(nèi)表面有一定間隙S，氣體從此間隙進(jìn)入大氣，被測(cè)間隙不同，則測(cè)得的壓力不同。

圖4 缸孔測(cè)量心軸結(jié)構(gòu)示意圖

 （2）測(cè)量心軸結(jié)構(gòu)如圖4 所示，測(cè)量心軸的測(cè)量噴嘴A、B 對(duì)向設(shè)置。測(cè)量時(shí)，測(cè)量心軸進(jìn)入被測(cè)孔后，測(cè)量心軸上兩個(gè)噴嘴與工件內(nèi)徑間產(chǎn)生的間隙可能會(huì)不均等，。噴嘴A與內(nèi)孔間隙為，產(chǎn)生壓力；相反方向的噴嘴B 與孔間隙為，產(chǎn)生壓力。將A、B 兩個(gè)噴嘴設(shè)計(jì)在同一個(gè)氣路上，測(cè)量壓力始終為，測(cè)量總背壓 與兩噴嘴距工件距離相同時(shí)測(cè)得的數(shù)值相等。
（3）測(cè)量心軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)測(cè)量心軸主要應(yīng)該考慮測(cè)量心軸直徑、測(cè)量噴嘴直徑、測(cè)量噴嘴下沉量C等參數(shù)的設(shè)定。

  ①測(cè)量噴嘴。噴嘴直徑根據(jù)測(cè)量面積選擇，測(cè)量面積大，噴嘴孔徑可選得大些，噴嘴孔徑越大，測(cè)量倍率越大，但空氣的消耗量也隨之增大。

  ②測(cè)量心軸直徑。測(cè)量心軸的直徑分為導(dǎo)向直徑和測(cè)量直徑兩部分。導(dǎo)向直徑比測(cè)量直徑小0.01~0.02mm，起測(cè)量引導(dǎo)作用，導(dǎo)向直徑愈小，測(cè)量心軸插入愈方便，但將引起測(cè)量心軸相對(duì)位置誤差的增大。

  ③測(cè)量間隙。非接觸測(cè)量對(duì)測(cè)量間隙同樣有較高的要求。測(cè)量心軸與被測(cè)孔間隙過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)引起測(cè)量非線性誤差。正確選擇測(cè)量心軸各參數(shù)值是保證測(cè)量精度的關(guān)鍵。

  測(cè)量直徑的大小決定測(cè)量間隙，最大、最小測(cè)量間隙都需要嚴(yán)格控制。如圖3 背壓曲線圖所示，當(dāng)測(cè)量間隙大于某一定值后，背壓曲線呈下凹非線性段，間隙更大時(shí)，曲線呈水平段，背壓值已經(jīng)是與測(cè)量間隙無(wú)關(guān)的常數(shù)，根本無(wú)法使用。測(cè)量間隙過(guò)小時(shí)，則空氣流量會(huì)受空氣流動(dòng)的粘性影響，在背壓曲線上產(chǎn)生粘性區(qū)，背壓曲線在這一段呈明顯的上凸非線性段，也不能使用。

  最大測(cè)量間隙= 心軸最大導(dǎo)向間隙+孔徑公差+噴嘴A、B兩處下沉量
  最小測(cè)量間隙= 心軸最小導(dǎo)向間隙+ 噴嘴A、B 兩處下沉量

 ④噴嘴下沉量。測(cè)量心軸都設(shè)計(jì)有噴嘴下沉量，下沉量是噴嘴端面與測(cè)量心軸測(cè)量面之間的距離，下沉的噴嘴可以避免測(cè)量噴嘴磨損。下沉量的大小決定測(cè)量背壓曲線的初始間隙，對(duì)初始間隙值的合理選擇，可避免使用上凸非線性段。

6 結(jié)論

該測(cè)量系統(tǒng)具有氣源質(zhì)量可靠、差壓測(cè)量回路性能穩(wěn)定、測(cè)量心軸測(cè)量精度高等特點(diǎn)，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔在線測(cè)量要求，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，具有推廣應(yīng)用前景。