無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

無人機(jī)10086

2021年6月22日 10:20

張旭東①ZHANG Xu-dong；孫奇①SUN Qi；張娟②ZHANG Juan

（①西北工業(yè)大學(xué)365 所，西安710065；②西安航空制動(dòng)科技有限公司，西安710065）

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)連桿尺寸精度高、形位公差多，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要多種檢測(cè)工具測(cè)量。為了解決此問題，設(shè)計(jì)并制造了一套發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)裝置，通過該裝置可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿尺寸，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能。

關(guān)鍵詞：連桿；發(fā)動(dòng)機(jī)；檢測(cè)

0 引言

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿相對(duì)一般地面用發(fā)動(dòng)機(jī)在強(qiáng)度、精度、尺寸一致性、重量、可靠性等諸多方面有更高的要求。傳統(tǒng)檢測(cè)與控制方法中對(duì)連桿孔的尺寸公差、形位公差、位置公差[1，2]分別用多種通用量具或多個(gè)檢測(cè)工裝進(jìn)行測(cè)量[3]，過程復(fù)雜，周期長(zhǎng)、工作效率低。已有的一些采用相對(duì)測(cè)量方式的檢測(cè)裝置，由于只提供了工具末端，檢測(cè)結(jié)果只能由人工判斷出圓度、同軸度和圓孔的垂直度各個(gè)獨(dú)立的單項(xiàng)值是否落在公差帶范圍內(nèi)，雖集成了圓度、同軸度和垂直度規(guī)的功能，但不能檢測(cè)出具體數(shù)值。同時(shí)也不能檢測(cè)各個(gè)孔具體直徑、兩個(gè)圓孔中心距和兩個(gè)圓孔平行度等重要數(shù)據(jù)。而且檢測(cè)結(jié)果不能有效的進(jìn)行閉環(huán)回饋指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)制造過程的改進(jìn)與提高。

為了克服現(xiàn)有檢測(cè)工作存在的上述技術(shù)問題，采用自動(dòng)測(cè)量多個(gè)尺寸方式[4]，設(shè)計(jì)一種小型無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)采用自動(dòng)機(jī)械定位與壓緊方式，利用多個(gè)觸電側(cè)頭采集數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算出所需的測(cè)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[6]。

1 檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整套檢測(cè)裝置和數(shù)據(jù)分析功能模塊包括控制和數(shù)據(jù)處理單元[7]、機(jī)械運(yùn)動(dòng)單元[8-10]、測(cè)量及數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)顯示單元。可編程控制器通過電磁閥控制氣缸運(yùn)動(dòng)，測(cè)量基塊上設(shè)有多組電感傳感器測(cè)頭，電感側(cè)頭采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，并傳輸給可編程控制器處理，檢測(cè)結(jié)果通過觸摸屏顯示器顯示。整套檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的圖1

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿綜合檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)原理圖

根據(jù)設(shè)計(jì)原理，小型無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿綜合檢測(cè)與工藝分析系統(tǒng)由基座1、平臺(tái)2、定位塊3、大柱體4、上壓緊塊5、支架6、上氣缸7、托板8、小柱體9、電感傳感器10、觸點(diǎn)測(cè)頭11、檢測(cè)按鈕12、校對(duì)按鈕13、下氣缸14、計(jì)算機(jī)、顯示器、信號(hào)采集模塊和標(biāo)準(zhǔn)件組成，如圖2 所示。

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的圖2

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿綜合檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)示意圖

基座1 為各部件提供支撐。平臺(tái)2 安裝在基座1上，平臺(tái)2 上部以中心垂線兩側(cè)分別設(shè)置有大沉孔和小沉孔，大柱體4 與定位塊3 配合緊固在平臺(tái)2 上大沉孔中，小柱體9 固定在平臺(tái)2 上小沉孔中。大柱體中軸線和小柱體中軸線與平臺(tái)中心垂線位于平臺(tái)中軸線上。大柱體4 和小柱體9 上開有安裝孔，多個(gè)電感傳感器10分別嵌入在大柱體4 和小柱體9 的安裝孔內(nèi)，電感傳感器10 端部裝有觸點(diǎn)測(cè)頭11，觸點(diǎn)測(cè)頭11 與被測(cè)工件的檢測(cè)點(diǎn)接觸。

大柱體4 和小柱體9 上分別加工有八個(gè)安裝孔，十六個(gè)電感傳感器10 分別安裝在大柱體4、小柱體9 上的安裝孔中；電感傳感器10 端部分別裝有觸點(diǎn)測(cè)頭11，觸點(diǎn)測(cè)頭11 直接接觸被測(cè)工件的檢測(cè)點(diǎn)。

支架6 垂直安裝在基座1 上位于平臺(tái)2 后側(cè)，支架中軸線與大柱體中軸線位于同一垂直平面內(nèi)。上氣缸7 固定在支架6 上端部，上壓緊塊5 與上氣缸活塞桿連接，上壓緊塊5 位于大柱體4 上方，上壓緊塊5 用于壓緊被測(cè)工件。托板8 為長(zhǎng)方形，托板兩端開有U 形凹槽，且托板兩端U 形凹槽寬度分別大于大柱體4 直徑和小柱體9 直徑。托板8 與下氣缸活塞桿連接，托板8 用于帶動(dòng)被測(cè)工件進(jìn)入或脫離檢測(cè)工位。下氣缸14 固定在基座1 內(nèi)；檢測(cè)按鈕12 和校對(duì)按鈕13 分別安裝在基座1 上位于平臺(tái)2側(cè)端部，并通過連線與計(jì)算機(jī)連接。

標(biāo)準(zhǔn)件為獨(dú)立元件（圖3），用于每班次校對(duì)清零位。

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的圖3

圖3 標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)示意圖

2 檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的操作

檢測(cè)時(shí)，首先放入標(biāo)準(zhǔn)件，按下校對(duì)按鈕13，自動(dòng)完成當(dāng)前班次的零位標(biāo)定，消除系統(tǒng)漂移誤差。將被測(cè)工件放置在托板8 上，按啟檢測(cè)按鈕12，托板8 在下氣缸14帶動(dòng)下自動(dòng)下降使托板8 上被測(cè)工件依靠自重在大柱體4 和小柱體9 的導(dǎo)引下自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量工位，上氣缸7 推動(dòng)上壓緊塊5 下降壓緊被測(cè)工件進(jìn)行定位。

上氣缸7 和下氣缸14 通過與計(jì)算機(jī)連接的電磁閥控制，信號(hào)采集模塊安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)并通過連線與電感傳感器10 連接，信號(hào)采集模塊通過多個(gè)觸點(diǎn)測(cè)頭11 同時(shí)采集數(shù)據(jù)并將采樣值傳輸給計(jì)算機(jī)處理，在顯示器上顯示連桿大端孔和小端孔的尺寸精度、圓柱度、平行度、垂直度和兩個(gè)端孔的中心距測(cè)量的數(shù)值和公差帶偏離值，給出是否合格結(jié)論。同時(shí)，電磁閥控制上氣缸7 拉動(dòng)上壓緊塊5 抬起，下氣缸14 推動(dòng)托板8 上升將被測(cè)工件送離檢測(cè)工位，操作人員取走工件。

計(jì)算機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差S、工序能力指數(shù)Cp 值，工序能力指數(shù)偏差CpK值，繪制X-R 曲線，操作人員依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)后續(xù)加工給出數(shù)據(jù)修正，形成閉環(huán)檢測(cè)過程。

3 檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

按照上述設(shè)計(jì)方案，制造出了無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)（圖4），在系統(tǒng)上進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)連桿一次裝夾，檢測(cè)多個(gè)數(shù)據(jù)并將結(jié)果進(jìn)行處理的功能。

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的圖4

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實(shí)物圖

4 結(jié)論

無人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)連桿檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，具備對(duì)公差帶進(jìn)行調(diào)整或修改而不需加工標(biāo)準(zhǔn)件，以及在標(biāo)準(zhǔn)件校對(duì)時(shí)設(shè)置相對(duì)零位和絕對(duì)零位功能。一次裝夾同時(shí)完成了連桿大端孔和小端孔的尺寸精度、兩個(gè)端孔的圓柱度、平行度、同軸度、垂直度及兩個(gè)端孔的中心距的自動(dòng)檢測(cè)與合格與否的判定，得出合格與否的判定，給出各個(gè)被測(cè)要素的具體數(shù)值，并對(duì)數(shù)據(jù)并進(jìn)行SPC統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差S、工序能力指數(shù)Cp 值，工序能力指數(shù)偏差CpK 值以及繪制X-R 曲線，對(duì)后續(xù)加工給出指導(dǎo)和數(shù)據(jù)修正，形成閉環(huán)檢測(cè)過程。而且采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理和自動(dòng)裝夾工件定位，減少了人工操作和判定隨機(jī)誤差及人為失誤，并且工作效率高。數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、跟蹤以及統(tǒng)計(jì)分析功能解決質(zhì)量控制分析問題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)連桿綜合檢測(cè)與工藝分析數(shù)字化，檢測(cè)過程便捷。

參考文獻(xiàn)：

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Engine Connecting Rod Detection and Data Analysis System for UAV

（①Institute of 365，Northwestern Polytechnic University，Xi'an 710065，China；②Xi'an Aviation Brake Technology Co.，Ltd.，Xi'an 710065，China）

Abstract: The engine connecting rod has high dimensional accuracy and many form and position tolerances,Traditional detection methods need a variety of detection tools.In order to solve this problem, a set of engine connecting rod detection device is designed and manufactured,Through this device, the size of engine connecting rod can be detected quickly and the function of data analysis can be realized.

Key words: connecting rod；engine；detection

中圖分類號(hào)：V263.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0137-02

作者簡(jiǎn)介：張旭東（1978-），男，陜西興平人，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事無人機(jī)制造及質(zhì)量方面工作。

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