1. 概述

  非接觸氣動測量心軸測量發(fā)動機缸孔孔徑，可避免劃傷珩磨后的精加工內(nèi)孔。測量系統(tǒng)由氣電轉(zhuǎn)換器將氣壓測量信號轉(zhuǎn)換為電信號，計算機顯示測量數(shù)據(jù)，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(nèi)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(guān) 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(gòu)

  氣動測量系統(tǒng)包括空氣凈化和穩(wěn)壓系統(tǒng)（測量氣源）、缸孔氣動測量心軸、差壓式測量回路、氣電轉(zhuǎn)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(wěn)定、干燥、清潔的測量氣源是保證測量精度的基礎(chǔ)。工廠提供的壓縮空氣內(nèi)含有的油、水和灰塵容易使氣路系統(tǒng)中的節(jié)流孔堵塞或積垢，導致測量零位偏移，產(chǎn)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(wěn)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(jīng)過多級穩(wěn)壓和各獨立測量回路精密穩(wěn)壓，使測量氣源的壓差變化。

3. 氣動測量回路

該系統(tǒng)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(huán)境溫度下，使外界環(huán)境（溫度、濕度等）對測量的影響降到最小，測量精度高，穩(wěn)定性好。

 圖2 差壓式氣動測量原理圖

穩(wěn)壓器的調(diào)定壓力為，測量時通過兩直徑相同的節(jié)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(fā)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(diào)零閥調(diào)定壓力值。回路2 中的平衡壓力基本穩(wěn)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(jīng)放大后輸出。

4. 確定測量的工作區(qū)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(qū)域才能減小測量誤差。背壓特性曲線的確定與穩(wěn)壓器調(diào)定壓力、進氣節(jié)流孔孔徑、測量噴嘴直徑，測量初始間隙等有關(guān)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(jié)流孔徑，對應的（壓力- 間隙）背壓曲線不同，節(jié)流孔越小，系統(tǒng)的倍率越大。節(jié)流孔徑一定，工作壓力越大，系統(tǒng)的倍率越大。倍率越大，測量系統(tǒng)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(qū)域， 但此區(qū)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(jīng)計算機線性補償后， 誤差減小到0.0005mm， 可以滿足本系統(tǒng)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(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖

 （2）測量心軸結(jié)構(gòu)如圖4 所示，測量心軸的測量噴嘴A、B 對向設(shè)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(nèi)徑間產(chǎn)生的間隙可能會不均等，。噴嘴A與內(nèi)孔間隙為，產(chǎn)生壓力；相反方向的噴嘴B 與孔間隙為，產(chǎn)生壓力。將A、B 兩個噴嘴設(shè)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(shù)值相等。
（3）測量心軸設(shè)計設(shè)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(shù)的設(shè)定。

  ①測量噴嘴。噴嘴直徑根據(jù)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(shù)值是保證測量精度的關(guān)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(jīng)是與測量間隙無關(guān)的常數(shù)，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(chǎn)生粘性區(qū)，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(shè)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(jié)論

該測量系統(tǒng)具有氣源質(zhì)量可靠、差壓測量回路性能穩(wěn)定、測量心軸測量精度高等特點，能夠滿足發(fā)動機缸孔在線測量要求，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場，具有推廣應用前景。