1. 概述

  非接觸氣動測量心軸測量發動機缸孔孔徑，可避免劃傷珩磨后的精加工內孔。測量系統由氣電轉換器將氣壓測量信號轉換為電信號，計算機顯示測量數據，并顯示工件合格與否。

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

圖1 缸孔測量裝置
1. 缸體升降液壓缸 2、11 定位銷 3. 缸孔測量心軸
4. 行程開關 5. 滑板導向柱 6. 滑板升降液壓缸
7、11 直線軸承 8. 滑板 12. 定位銷升降機構

  氣動測量系統包括空氣凈化和穩壓系統（測量氣源）、缸孔氣動測量心軸、差壓式測量回路、氣電轉換器（由硅敏式壓力元件和信號放大器等組成）等。

2. 測量氣源

  壓力穩定、干燥、清潔的測量氣源是保證測量精度的基礎。工廠提供的壓縮空氣內含有的油、水和灰塵容易使氣路系統中的節流孔堵塞或積垢，導致測量零位偏移，產生測量誤差，影響測量精度，降低量儀使用壽命。測量前必須對工廠氣源進行過濾、干燥和穩壓處理，用風冷式干燥器和多級過濾器使測量用空氣的干燥
精度達99.9％、過濾精度達；經過多級穩壓和各獨立測量回路精密穩壓，使測量氣源的壓差變化。

3. 氣動測量回路

該系統采用差壓式氣動測量回路，其氣動測量原理如圖2 所示。測量回路由回路1 和回路2 兩個背壓回路組成。測量時兩個背壓回路處于相同的壓力和環境溫度下，使外界環境（溫度、濕度等）對測量的影響降到最小，測量精度高，穩定性好。

 圖2 差壓式氣動測量原理圖

穩壓器的調定壓力為，測量時通過兩直徑相同的節流孔同時向兩個回路輸入相同壓力的氣體。回路1中是測量壓力，當測量心軸噴嘴與被測量孔間隙發生變化時，測量回路1 中的壓力隨之變化；回路2 中是平衡壓力，利用調零閥調定壓力值。回路2 中的平衡壓力基本穩定不變，它僅受輸入壓力波動的微量影響。連接在回路! 和回路# 之間的壓力變送器采集測量壓力與平衡壓力的差值作為測量信號量，經放大后輸出。

4. 確定測量的工作區域

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域才能減小測量誤差。背壓特性曲線的確定與穩壓器調定壓力、進氣節流孔孔徑、測量噴嘴直徑，測量初始間隙等有關系，幾者必須匹配才能擬合出適宜的測量線性段。壓力一定時，選用不同節流孔徑，對應的（壓力- 間隙）背壓曲線不同，節流孔越小，系統的倍率越大。節流孔徑一定，工作壓力越大，系統的倍率越大。倍率越大，測量系統的線性范圍相應減小。

圖3 時的背壓曲線圖

圖3 為測量心軸噴嘴直徑， 工作壓力 時的背壓曲線圖。從圖中可以看出：
（1） 當時， 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#分頁標題#e#
（2） 當 時， 背壓曲線近似直線， 可以作為工作區域， 但此區域也存在非線性誤差， 其誤差值隨測量范圍和初始間隙的不同選擇而不同。
（3） 當時， 能獲得較好的線性度， 非線性誤差為0.001mm， 經計算機線性補償后， 誤差減小到0.0005mm， 可以滿足本系統的工作量程及測量精度要求。

5. 測量心軸

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

圖4 缸孔測量心軸結構示意圖

 （2）測量心軸結構如圖4 所示，測量心軸的測量噴嘴A、B 對向設置。測量時，測量心軸進入被測孔后，測量心軸上兩個噴嘴與工件內徑間產生的間隙可能會不均等，。噴嘴A與內孔間隙為，產生壓力；相反方向的噴嘴B 與孔間隙為，產生壓力。將A、B 兩個噴嘴設計在同一個氣路上，測量壓力始終為，測量總背壓 與兩噴嘴距工件距離相同時測得的數值相等。
（3）測量心軸設計設計測量心軸主要應該考慮測量心軸直徑、測量噴嘴直徑、測量噴嘴下沉量C等參數的設定。

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

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

  ③測量間隙。非接觸測量對測量間隙同樣有較高的要求。測量心軸與被測孔間隙過大或過小，都會引起測量非線性誤差。正確選擇測量心軸各參數值是保證測量精度的關鍵。

  測量直徑的大小決定測量間隙，最大、最小測量間隙都需要嚴格控制。如圖3 背壓曲線圖所示，當測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，曲線呈水平段，背壓值已經是與測量間隙無關的常數，根本無法使用。測量間隙過小時，則空氣流量會受空氣流動的粘性影響，在背壓曲線上產生粘性區，背壓曲線在這一段呈明顯的上凸非線性段，也不能使用。

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

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

6 結論

該測量系統具有氣源質量可靠、差壓測量回路性能穩定、測量心軸測量精度高等特點，能夠滿足發動機缸孔在線測量要求，適用于生產現場，具有推廣應用前景。