在線檢測技術在發動機生產制造中的應用
1、在線檢測技術的重要性
汽車工業近年來的發展非常迅速，尤其是轎車工業可以說是日新月異。汽車工業發展得這樣快，毫無疑問應歸功于改革開放、引進先進技術的結果。而在這引進的先進技術中，在線檢測技術可以說是一顆璀璨的明珠。
一臺發動機由幾百個零部件組裝而成，每個零件，即便是一顆螺絲釘都將直接影響發動機整機的質量。因而，對這些零部件在生產制造中加工質量的檢測與控制的好壞，也就決定了發動機質量，也就成了能否達到設計所要求的技術性能指標的關鍵。而對這些零件在生產制造中的檢測與控制，完全靠人工在生產線外的手動進行，顯然存在以下弊端。
a.檢測結果會因為操作者的熟悉程度、疲勞程度、責任心等帶來不同程度的附加誤差。
b.增加了操作者的勞動強度。
c.只能對加工后的質量進行“被動”檢測，而不能實現對加工的質量進行“主動”的檢測和控制。故雖然能檢測出超差的零件，但加工中造成的廢品卻無法避免，尤其是位于自動生產線前端或中間加工的尺寸，等到出線端才能進行人工檢測，而此時所檢測出來的超差，在生產線內卻已有若干臺超差件，造成了廢品的增加。
而在線檢測技術的引人，不僅解決了上述的弊端，且較大地提高了發動機的質量和生產率，降低了整機成本。
2、在線量儀的主要類型、結構及特點
2.1主要類型、結構
在線檢測技術在生產中應用的主要結構形式是，由測量系統與相應部件及系統構成的在線量儀。在線量儀的分類方法有多種，若按在測量過程中人工參與的程度，可分為手動量儀和自動量儀；而若按其在測量過程中對工藝過程的干預程度，又可分為主動量儀和被動量儀。
在線量儀的基本結構如圖1.圖1中A、B2個虛框分別為測量裝置（即通常所說的測量頭）和測量儀表（或者說是測量電箱），這兩者是量儀的主體。
2.2主要特點和區別
2.2.1自動量儀和手動量儀
a.自動量儀和手動量儀的測量頭對工件的測量，分別是由機床自動驅動和人工手動進行的，如圖1中，自動驅動（或手動）框。
b.自動量儀在其結構中必須有測量頭的自動驅動裝置，手動量儀則不需要。
c.自動量儀的測量結果自動生成對機床控制系統產生影響的信號，而手動量儀則沒有此功能。
2.2.2主動量儀和被動量儀
a.主動量儀的測量是在工件的加工過程中實時進行的，而被動量儀則是在工件加工完成后，對加工的結果進行測量的。
b.主動量儀在測量過程中，不僅能實時顯示被測工件的尺寸和狀態，還可根據測量狀況隨時發出不同的控制信號，用以控制刀具減緩進刀、停止進刀或刀具退回。而被動量儀只能顯示被測工件最終的尺寸和狀態，并發出狀態（合格、超差、接近超差）的控制信號。
c.主動量儀的設置與工件的加工均在同一工位，而被動量儀的設置通常在工件加工的后序工位。
d.被動量儀既有手動測量的，又有自動測量的，而主動量儀基本上都是自動測量的。
鑒于上述，顯然是主動量儀的功能更為完善優異。但主動量儀的應用還有一定的局限性，目前僅較為廣泛地應用于磨削和珩磨類的機械加工中。由于主動測量是在工件加工中的動態測量，受多方面因素的影響，而被動測量是在工件加工完成后的靜態測量，影響的因素較小，因而實際測量的準確度后者高于前者。且近年來由于自動補調系統的日臻完善，使配有自動補調系統的被動量儀的應用日益廣泛。其主要工作過程是，首先是對加工完成后的工件尺寸進行檢測，當發現達到或超出某一設定的范圍（接近超差）時即發出信號，并對加工系統（主要是刀具）
做相應的調整，用以修正或補償所出現的偏差。
3、我廠在線量儀的應用概況
一汽轎車公司二發廠在線量儀的應用較為廣泛，主要是由于我廠的主要設備和生產線均是從國外（主要是美國）引進的，在線量儀也大多隨設備和生產線同時引進，且基本上都是自動的，其中主動量儀和被動量儀均有，數目也均不少。投人生產后，又進行了一些改進和擴展，故現在我廠在線量儀的種類和數量均具有一定的規模。
3.1主動量儀的應用概況
a.磨削加工：主要是對曲軸的主軸徑和連桿軸徑、連桿的主軸徑和中間軸軸徑等軸類工件的磨削加工過程中的尺寸進行測量，計15臺（測量頭17個）。
b.珩磨加工：主要是對缸體的缸孔和連桿的大小頭孔等孔類的珩磨加工過程中的尺寸進行測量，計2臺（測量頭8個），且配有工控機。
3.2被動量儀的應用概況
被動量儀主要應用于孔類工件的測量，并重點用于下述2個工件。
a.缸體：主要是對缸體上的主軸承孔和中間軸孔加工完成后的測量及缸孔的測量分級，計2臺（測量頭6個），且配有工控機。
b.缸蓋：主要是對一缸蓋上的氣門座孔、氣門導管孔、氣門調節器孔和凸輪軸孔加工完成后的測量，計3臺（測量頭17個）且配有工控機。3.3配有自動補調系統的在線量儀的應用概況
a.鏜加工：主要是對缸體的缸孔、連桿上的大小頭孔加工完成后的測量，并進行自動補調，計2臺（測量頭12個），且配有工控機。
b.車加工：主要是對曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度等加工過程中的尺寸測量，并進行自動補調，計1臺（測量頭2個），且配有工控機。
4、在線量儀在我廠的應用實例
4.1主動測量技術在軸類磨削加工中的應用
軸類零件的磨削加工在汽車制造過程中占有很重要的地位，尤其在發動機、變速器和橋總成中，這類零件占的比例很大。鑒于被加工件自身的差別很大，工藝上提出的要求也各不相同，出現了眾多類型的外圓磨主動測量儀。如:
a.對曲軸中連桿軸徑的測量，其測量頭的厚度只有8mm;
b.對曲軸中連桿軸徑和主軸徑磨加工前的定位測量，分別采用單點固定式和雙點可調式測量頭；C.對曲軸和凸輪軸的主軸徑磨加工，不僅有軸徑尺寸和定位的測量，還有軸徑錐度的測量、等。下面僅以凸輪軸主軸徑磨削加工的主動量儀為例作以簡介。
4.1.1具有軸向定位的主動量儀
在對凸輪軸主軸徑的磨削加工前，首先要對工件的軸向進行定位。具體方法是對其軸向某一端面進行測量后，通知機床控制系統，校正工件在機床上的軸向位置，然后再對工件進行磨削加工（這對于曲軸、凸輪軸之類的軸類零件中的磨削工序是必須的）.這時采用的機床都是具有端面定位功能的外圓磨床。圖2即為用于凸輪軸主軸徑多砂輪磨床的工作示意圖。由圖2可見，在磨床的與工件垂直方向設置了一套位置檢測測頭1(由油缸2驅動），用于測量由工藝確定的軸向位置的偏差量（以圖2所示的端面為基準），然后由測頭內的傳感器輸出，送人測控儀表5。測控儀表一方面由其面板上的表頭顯示出偏差值，另一方面把此偏差（若偏差量超過允許值）的開關信號送入機床控制系統，機床控制系統按此偏差的相反方向驅動執行機構8，帶動凸輪軸向減小偏差的方向移動，且在這移動過程中，位置檢測測頭1跟隨檢測其偏差量，直至偏差減小到允許的范圍內，測控儀表5又發出開關接點信號送入機床控制系統，使其控制執行機構8停止運動，并發出信號給砂輪架驅動機構9，帶動砂輪架11進入磨削工作。
上述系統可以在一定的范圍內實現軸向的準確定位，由于通常均以某一端面為檢測的基準，故通常稱為端面定位。
上面介紹的端面定位測頭是屬單測點單傳感器型的。
4.1.2具有錐度檢測的主動量儀
主動測量也已成功地用于軸類零件的錐度控制，并對提高產品質量發揮了重要作用。圖2所示的對凸輪軸磨削加工中所應用的主動量儀，就是一種具有端面定位并對工件的外徑和錐度予以檢測的主動測量系統，它與機床控制系統相結合，除了完成對軸類工件外徑加工的控制外，還能實現對軸類工件外徑錐度加工的控制。它適合于多砂輪切入式加工的高效磨床，即采取多個砂輪同時對凸輪軸（或曲軸）的全部軸頸進行一次磨削加工。用這種方式在對軸類零件的全長上加工時，由于環境溫度等的變化，各主軸頸可能產生錐度。為了把這項形狀誤差壓縮到最小，對機床床身采用了熱對稱設計，而同時設置的多功能主動測量系統則具有更積極的作用。確切地講，這套系統不同于一般的主動測量儀，應該稱之為“具有錐度自動修正功能的外徑尺寸測量裝置”。從圖2可見，與凸輪軸兩端的主軸頸相對應，磨床上設置了2套直徑測量裝置3和6（分別由油缸4和7驅動）。另外，在砂輪架一側，又安裝有執行校正功能的伺服電機10。當在加工進行中，若被測的2個主軸頸產生錐度，2個外徑測量裝置3和6的輸出信號必然有差值，此差值在測控儀表5中進行比較處理后，并根據測量裝置3和6的大?。ㄆ洳钪颠_到或超過某一設定值），發出具有方向的錐度修正信號（如3>6某一信號有效，而3<6則另一信號有效）.機床控制系統接收到此信號后，便發出信號，驅動伺服電機10，向減小錐度方向移動砂輪架11。從圖2可見，伺服電機10是安裝在砂輪架11軸向一側的端點，伺服電機的動作會改變砂輪架的軸向位置，因而這是一種采用調整砂輪軸的位置來進行修正錐度的方式。
若加工中無錐度或錐度很小，未達到設定值，則測控儀表中的此部分電路不動作，也即無錐度修正信號輸出。
4.2主動測量技術在珩磨加工中的應用
珩磨是一種精加工方法，它能經濟而有效地加工出精度高、表面質量好的孔。珩磨在汽車制造業中用得很廣泛。發動機主要零件的孔，如缸體中的缸孔和連桿大、小頭孔的最后一道工序都是珩磨（我廠就是如此）。從理論上講，珩磨機可以配置不同原理、不同結構的測量頭，然而受到此種加工方式特點的限制，用接觸式的機械機構組成的檢測頭基本上已絕跡，當前珩磨自動測量一般均采用非接觸式氣動測量裝置。
4.2.1珩磨主動測量基本系統的構成
盡管我廠的珩磨主動測量分別用于缸體中的缸孔和連桿的大、小頭孔，但其測量系統的基本結構還是相同的，所以在此僅以珩磨主動測量系統為題進、行介紹。
珩磨主動測量的系統由旋轉密封裝置、珩磨測量頭、壓力型氣／電轉換器、放大處理電路、電磁閥等部分構成（如圖3大虛框中所示），而用于珩磨測量采用的均為氣動測頭。
4.2.2珩磨主動測量系統的工作過程
在珩磨開始時，機床控制電路發出控制信號給執行機構，帶動珩磨頭進入被珩工件孔內，珩磨開始。與此同時，由穩定氣源輸人的壓縮空氣，通過電磁閥和旋轉密封裝置后進入珩磨測量頭，再經位于磨頭中部徑向2個互為180°的測量噴嘴與被加工件孔壁之間的間隙流入大氣，隨著工件尺寸的逐漸增大，測量間隙發生相應的變化，從而引起測量壓力的變化，此變化經氣／電轉換器轉換為相應的電量變化，再經過放大處理電路后，分別送人顯示儀表和機床控制電路，顯示儀表顯示出測量值，機床控制電路根據測量值與設定值相比較，若達到設定值，即刻發出信號給執行機構，帶動珩磨頭退回，結束本次珩磨，即完成了主動測量的全過程。
4.3帶有自動補調的在線測量技術的應用
帶有自動補調的在線測量技術在我廠主要應用于鏜孔和車削的加工測量中，兩者采用的系統雖然不一樣，但它們的原理及控制方式基本相同，故而在此僅舉一個車削加工的例子，這就是曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度的測量補調儀，該測量補調儀于2001年國產化改造成功，并投入使用。
4.3.1測量補調系統的基本構成
測量補調儀的構成如圖4所示。圖4中1工位為加工工位，車曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度。該工位設置有軸徑調刀機構3和步進電機4，徑寬調刀機構2和步進電機1。2工位為空工位。3工位設置有軸徑測量及其驅動裝置6和徑寬測量及其驅動裝置5。測量和控制信號均送往和來自測量電箱7和機床控制系統。
4.3.2測量補調的工作過程
曲軸的導向軸徑和第三主軸徑寬度在1工位加工完成后，由輸送帶（圖中未畫）送到3工位進行測量，由各自的測量頭（6和5）測得的軸徑和徑寬分別送往測量電箱7，在電箱內部設置的A／D轉換器把這兩個尺寸信號轉換成數字信號后，送到CPU（微處理器）中與設定值進行比較，若其中有1個（或2個）尺寸達到或超過設定的補償范圍，即發出相應的補償指令信號（和顯示信號），送往機床控制系統。機床控制系統接收到測量系統發出的補償指令后，并不立即發出調整刀具指令，而是等到加工完成刀具退回原位（即收到刀具原位信號）后，再發出相應的調整刀具的允許指令，給相應的步進電機控制系統（在測量電箱內），步進電機即根據控制系統發出的脈沖數旋轉，帶動調刀機構動作，完成相應的調刀操作。
4.3.3測量補調系統的基本配置
帶有自動補調的在線量儀的電路原理結構框圖如圖5.各部分的配置如下。
a.測量頭中的位移傳感器，采用的是差動式電感，測尖采用人造金剛石。
b.信號放大和振蕩信號源，采用中原量儀廠的標準放大板和振蕩信號板。
c.工控機采用臺灣研華IPC-610工控機，其基本配置為586DX/133,16M內存、1G硬幾盤，雙高軟驅，機箱采用全鋼加固型結構，并配有250W高可靠工業用開關電源。
d.A/D轉換器、開關量輸入輸出口、步進電機控制卡均選用了與工控機配套的標準板卡，而步進電機驅動器則為日本樂孜公司的可進行500步細分的標準產品。
e．顯示與報警采用了兩種形式。其一是采用355.6mm彩顯，用于對測量結果的全部數據、統計圖表、單項測量結果的狀態（優等、補調、超差）等方面的顯示。其二是為使操作者對總體測量結果的狀態達到醒目的效果，在量儀電箱頂部又設置了綠、黃、紅三色一體的柱狀指示燈，分別代表優等、補調和超差3種狀態。
4.3.4國產化改造的成果
在對該在線量儀進行改造的開始，就瞄準了當代世界上的先進水平，采用了當前世界上的先進技術，所以無論是功能、測量精度還是穩定性等各方面均不低于當今國外的先進在線量儀，而其價格約為國外同等量儀的1/4（總費用18.5萬元人民幣，而同等功能和配置的國外產品最低為8.5萬美元）。自2001年5月投入生產以來，一直穩定運行，未曾發生過任何故障。
5、結束語
事實證明，在線檢測技術的應用，有效地提高了產品質量和勞動生產率，降低了勞動強度。因而，它在降低產品的成本、提高企業和產品的信譽、提高產品在市場上的競爭力等方面都起到了積極的作用?？梢灶A見，隨著在線檢測技術越來越廣泛的應用，將會給企業帶來更大的經濟效益和競爭力。
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