羅勝藍（江南大學　機械工程學院，江蘇　無錫　214122）

發(fā)動機氣缸頭墊片厚度自動檢測機的設計

羅勝藍
（江南大學機械工程學院，江蘇無錫214122）

研究擬設計一種發(fā)動機氣缸頭墊片厚度自動檢測機，用于發(fā)動機氣缸頭墊片厚度自動快速檢測，以及檢測后合格品和正、負超差品的物料分選。在總體設計的基礎上，針對單片機控制系統(tǒng)、傳感器檢測元件、物料分選裝置以及觸摸屏操作元件進行了設計選用，克服了市場上一般厚度檢測機的一些弊端，具有精度高，分檢速度快，可靠性好等特點。

汽缸頭墊片；厚度檢測；傳感器；觸摸屏；物料分選

0　引言

汽車發(fā)動機作為汽車的動力機構(gòu)，它的工作效率決定了汽車的動力性能，而其氣缸頭墊片的厚度在發(fā)動機設計時確定，保證氣缸頭墊片厚度的準確性，保障了發(fā)動機氣缸的壓縮比和發(fā)動機的正常工作效率，對發(fā)動機性能具有關鍵影響。因此對廠家生產(chǎn)的氣缸頭墊片厚度合格與否的檢測十分重要，雖然市場上也有一般墊片厚度檢測分選機，但汽缸頭墊片的厚度檢測精度較高，且要避免檢測給墊片造成劃傷，普通方法的墊片厚度檢測并不能達到它的精度要求，不能有效地分選，而且可能對墊片造成損失，可靠性低。通過設計一種汽車發(fā)動機汽缸頭墊片專用的高精度厚度檢測裝置，能夠有效的解決這些問題。

1　設計指標和總體方案

墊片厚度的檢測要求精度較高，且能有效地分組，具有良好的可靠性。為保證高效，準確地進行檢測，要求在理料、送料、檢測、分料的機械結(jié)構(gòu)上進行改良設計，以確保其具有較好適應性。同時，檢測時需要保證墊片處于水平位置，否則會出現(xiàn)嚴重錯誤，并且影響到系統(tǒng)的正常工作。機械結(jié)構(gòu)上對分料也有相當高的要求，需要做到每個墊片的檢測不相互影響，保證系統(tǒng)程序的編寫適應分料的要求，要求時間和信號處理準確無誤，并根據(jù)應用場合和操作性提出更進一步的功能，有手動/自動檢測、單步/連續(xù)檢測、有卡料和故障報警等功能。其設計指標如表1所示。

根據(jù)設計指標對各部分元件進行設計選用。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩較低，傳動元件采用90BF001型三相反應式步進電機直接帶動轉(zhuǎn)盤，運動平穩(wěn)，能保證檢測平面的水平。物料分選裝置只需頂起質(zhì)量很輕的托盤，小功率的氣缸即可實現(xiàn)，從質(zhì)量和經(jīng)濟角度選擇SMC自由安裝型氣缸，氣缸分選能防止墊片兩面劃傷，同時設有滑道避免墊片運送時的損傷。鑒于到達位置時發(fā)生信號為電信號，采用電磁控制。同時，系統(tǒng)分料要求精度并不高，而檢測精度要求較高，可通過提高檢測元件和機床本身精度來實現(xiàn)，故系統(tǒng)的控制無需復雜，采用開環(huán)系統(tǒng)和單片機控制。檢測元件，使用HZ891型電渦流位移傳感器檢測厚度以滿足高精度要求。操作元件，選用SIMATIC 177系列面板作為通用面板觸摸屏來進行設備操作，SIMATIC 177面板靈活性高，操作及設置簡易，同時具有報警功能，能保證操作安全并監(jiān)控整個操作流程，使設備在最佳狀況下運行。

表1　設計指標Tab.1 Design index

圖1　系統(tǒng)流程圖Fig.1 System frame

2　分選裝置的設計及動作

分選裝置實現(xiàn)理料、送料、檢測和分料的功能，機械結(jié)構(gòu)部分的設計直接會影響到整個系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性和可靠性。本裝置集上料、檢測、分組、下料為一體，共12個工位環(huán)形分布，每個工位30°，分為一個上料工位，一個檢測工位和十個分組下料工位。采用帶傳動的方式驅(qū)動振動理料機，即純機械的方式進行理料，這是現(xiàn)在使用較為普遍的方法，具有動作快，操作方便的優(yōu)點，只要把墊片放一起就能將其分離。上料部分放在機器的左上側(cè)，轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動的過程中，其上的撥齒將疊起的墊片分離并傳送到檢測位置，保證兩個墊片之間的距離能夠使墊片在檢測位置順利挨個檢測。這種理料直接將墊片送到檢測位置，省去了專門的送料裝置，用分料裝置上的撥齒直接完成，降低了設計和制作成本，提高了檢測效率。分料和檢測時，步進電機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，同時送料裝置約1秒送進一個墊片，保證檢測速度將進入的墊片，檢測工位將墊片按格分開檢測，并記住分組的位置，預先位置的記錄可由單片機內(nèi)部查表單元功能實現(xiàn)。墊片到達所在分組的位置時，控制器發(fā)出信號使氣缸動作，墊片順著滑梯滑下，達到分檢的效果。從信號發(fā)送到氣缸動作需在1s內(nèi)完成，從而保證轉(zhuǎn)盤連續(xù)轉(zhuǎn)動和墊片在底盤面上的正常運動。氣缸動作完后，墊片由于重力的作用會從滑梯滑下，于是完成了檢測和分料的過程。

需要注意的是，上料裝置氣缸桿伸出后會頂起托盤，使分料板轉(zhuǎn)動。墊片因為重力的作用向下滑動至滑梯，氣缸就會馬上縮回并復位，其他組墊片也在分料盤上水平滑動，故需要保證分料板和底盤平行，墊片才能連續(xù)地被分選。

圖2　分選裝置三維示意圖Fig.2 Graphic model of sorting mechanism

3　傳感器檢測元件的選用和操作元件的功能設置

電渦流位移傳感器是精密微小位移量和距離檢測中常用的檢測元件，電渦流檢測技術(shù)是采用正弦頻率激勵線圈，檢測方法選用高頻反射式渦流檢測法，檢測量為幅值，這種方法測量不會受到傳動時上下抖動的影響，能夠設備運行狀態(tài)下的測量精度。出于設計指標以及經(jīng)濟性考慮，HZ891型電渦流位移傳感器的靈敏度、分辨率、動態(tài)特性以及工作穩(wěn)定性均能滿足要求。

選用SIMATIC 177系列面板進行設備操作，除開其高靈活性和易操作性的優(yōu)點，此外，它不同于微型面板，功能過于簡單，難以滿足設計需求，且相對于純按鍵面板更加直觀，是同時具有觸摸屏與鍵盤的通用面板，使用之前需要對其面板進行功能設置，按鍵設計參考基本功能需要，在主面板上設置自動、手動、停止、急停、復位5個按鍵。按下手動按鍵時，跳轉(zhuǎn)至手動模式分面板，設置理料、步進電機、檢測、急停、停止、返回以及各個下料氣缸電磁閥按鈕，控制方式為點動。同時面板上有紅、綠LED指示燈，可以結(jié)合蜂鳴器，通過軟件進行設置實現(xiàn)報警功能。

4　電氣控制原理

控制單片機選用MCS-51系列的8051單片機，通過光電耦合器驅(qū)動電機，隔離高、低頻電路，防止高頻電路對控制電路的干擾，差分運放電路對檢測傳感器的信號進行處理，轉(zhuǎn)換為單片機所需信號。每個氣缸有兩個限位傳感器，輸出動作由電磁閥控制。傳動帶電機由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)脈沖來控制。此外根據(jù)電渦流傳感器的原理，其連線也應當和電氣原理圖一致。

圖3　電氣控制流程圖Fig.3 Electrical control flow chart

5　結(jié)束語

本文通過給定設計指標，在精度，工作效率，可靠性上都較一般墊片厚度檢測分選機有所提高，而且避免了分選過程中墊片的損傷。同時單片機控制以及通過觸摸屏，成本有所節(jié)約，操作亦簡便，達到了設計預期要求。

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Design for the Automatic Thickness Detection Machine of Automobiles'Cylinder Head Gaskets

LUO Sheng-Lan
（Jiangnan University，Wuxi Jiangsu 214122，China）

The study intended to design an automatic detection machine for the thickness of automobiles'cylinder head gaskets，which requires fast detection rate and accurate sorting of qualified products and defective products.On the basis of overall design，the selection and design have been made for the SCM control system、sensor detector、sorting mechanism and touch panel.This machine has overcame a few shortcomings of regular thickness detection productions，carries the advantages of high precision，rapid sorting and high reliability.

cylinder head gasket；thickness detection；sensor；touch screen；material sorting

TH-39

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.043

1002-6673（2015）05-116-02

2015-06-17

羅勝藍（1995-），男，湖南長沙人，本科，研究方向：機電一體化專業(yè)。