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光学测量技术在发动机制造中的应用
来源: 作者:神龙汽车 叶宗茂 浏览次数:0
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    光学测量技术近年来随着汽车工业的高速发展获得了长足的进步,以其高速、高效、高柔性的卓越品质正在发动机制造现场发挥着巨大作用,为发动机制造工艺保驾护航,为发动机产品质量开门把关,表现出了强大生命力,代表着发动机制造现场最新检测技术应用发展方向。
光学非接触式轴类零件测量系统在发动机曲轴、凸轮轴制造现场的应用
    发动机五大核心部件的曲轴、凸轮轴的在线工序间综合多参数的检测,目前大多数发动机制造企业采用的综合检测设备的测量技术为气动、电感及气电综合测量技术等等,这些专用检测设备结构都比较复杂,维修困难,价格昂贵,柔性较差,近年来在新建的曲轴或凸轮轴生产线出现了一种以光学扫描测量技术为原理的光学轴类零件综合测量机,如图1为光学式曲轴综合测量机测量示意图,如图2为光学式凸轮轴综合测量机测量示意图,结构简单,测量速度快,柔性强,效率高,如测量一支四缸曲轴产品的50多个几何参数仅需10秒钟即可完成,很好地实现不同工序间零件的综合测量,无需进行任何调整,直接选择相应的测量程序即可开始快速测量。
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图1光学式曲轴综合测量机测量示意图 图2光学式凸轮轴综合测量机测量示意图
光学非接触式轴类零件测量系统采用光学投影原理,配置了高分辨度的摄像系统,主要的测量单元包括光源、透镜组、CCD传感器,从光源发出的光线经过透镜组后被转成平行光线,平行光线被零件部分遮挡后在CCD传感器上形成等尺寸、等比例的阴影,测量单元可以沿曲轴的轴向移动,扫描整个零件后就得到了曲轴完整的轮廓阴影,通过对阴影的检测就可以评定出曲轴的尺寸和形位误差。光学非接触式轴类零件测量系统是一种绝对测量的设备,精度依靠测量单元、轴向移动的光栅尺、周向旋转的编码器保证。其测量精度为:直径示值误差可达(2+D[mm]/100)μm,长度示值误差可达(5+L[mm]/100)μm,直径重复精度为0.5μm,长度重复精度为3μm,可测量的曲轴最大直径是140mm,最大长度1000mm,最大重量75kg。其设备结构非常紧凑,操作舒适而方便,可以通过智能软件和硬件接口简单灵活地将它们联机到生产线上,可以满足轴类零件半精加工的检测要求。
    光学非接触式表面测量技术在发动机缸体、连杆制造现场的应用
    缸体、连杆也是发动机的核心部件,缸体上的缸孔、连杆的大头孔是发动机曲柄连杆机构的重要工作面,其表面质量好坏直接影响到发动机的工作性能及排放,传统的接触式测量设备测量时无法覆盖整个零件表面,也无法提供直观可视的图像以迅速找到问题根源所在。光学非接触式表面测量技术的应用很好的解决了这个测量难题,目前已开始在主流发动机制造企业中应用,仪器工作时一个360°的全方位环形光学传感器移动到孔内,生成内圆面图像,这个图像被CMOS图像传感器连续扫描。由于环形传感器的扫描率高,所以测量传感器能快速移动,测量循环时间短。采用光学非接触式表面测量技术对工件进行100%检测时,经济性好,效率高,公差设定精确,测量时能够识别360°范围内的最小误差。可单机测量或集成到自动线上测量,能全自动运行,经济有效,基于Windows的软件操作简单,评价方便。图3就是利用这一先进检测技术的缸孔全自动表面检测系统,图4是连杆大头孔全自动表面检测系统,图5为缸孔表面网纹角成像检测系统。
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图3缸孔全自动表面检测系统图 4连杆大头孔全自动表面检测系统 图5缸孔表面网纹角成像检测系统
光学干涉3D成像测量技术在发动机缸体、缸盖制造现场的应用
    随着发动机性能的提高,对发动机关键零部件缸体、缸盖结合面表面形貌的检测显得越来越重要,以三坐标测量机作为缸体、缸盖结合面平面度检测为主的测量方法已不能完全满足平面度质量控制的要求了,光学干涉3D成像测量技术,可以提供完整的整体2维/3维表面形貌信息,对缸体、缸盖结合面表面制造工艺过程进行质量控制,通过对加工和制造过程中的实时检测发现产品缺陷从而大幅度地减少废品。目前已被广泛应用在发动机缸体、缸盖生产线的在线检测。
    ShaPix表面侦测仪采用激光全息干涉原理,在一个300X300毫米的视场范围内,生成逾400万个X、Y、Z数据点,一次性的检测可测量整体表面形貌、局部倾斜度及任意相邻局部区域间的倾斜度变化、二维和三维波度信息、孔的位置和直径的存在性,同时还具备多面关系检测,包括平行度、共面度、深度、厚度、倾斜度和垂直度等,虚拟垫片泄露预测分析。测量的信息和结果都以高清晰彩色编码的三维表面形貌信息图像来表述,如图6所示的一个缸体顶平面经过ShaPix表面侦测仪检测后输出的顶平面平面度三维表面形貌信息图像,取代了传统检测设备沿用的大量的数据分析和曲线图表的表述方法。
    ShaPix表面侦测仪完全改变了传统检测设备用预先设定的检测点和走轨迹的方法对表面形貌检测,它是采用对表面形状貌的整体检测,完全避免了质量“漏检”的问题,让制造加工的产品百分百的检验合格。而且软件界面直观可视,清晰显示零件几何尺寸、工艺过程、机床操作情况及产品质量,使得工艺人员可以快速调整工艺过程,减少废品率,降低质保成本,避免零件故障传递至装配线。
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图6缸体顶平面平面度三维表面形貌信息图像
结束语
    光学非接触测量技术是将图像处理技术应用于测量领域的一种新的测量方法,它将被测对象的图像作为信息的载体,从中提取有用的信息来达到测量目的。图像测量方法具有非接触、高速度、动态范围大、信息丰富等优点,受到国内外测量领域的重视,目前已在发动机制造领域得到了广泛的应用,也是汽车制造领域检测技术的一个发展方向。
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