為有效提高氣缸氣密性的檢測精度和檢測效率，該文在充分考慮設備便利性、硬件穩(wěn)定性和軟件可靠性的基礎上，設計研發(fā)出一套氣缸氣密性檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件主體設計包括工作臺、檢測儀和人機界面模塊，系統(tǒng)軟件主要包括工作臺和檢測儀主控PLC 的設計和人機交互模塊的設計。經(jīng)現(xiàn)場實驗驗證，結果表明，該檢測臺軟件和硬件運行可靠，在保證檢測精度的同時取得了較滿意的檢測效率：可將缸徑φ20-φ100 氣缸檢測時間縮短至60s/只以內(nèi)，可滿足使用需求。

　　氣缸，作為最普遍的氣動執(zhí)行元件，其氣密性能直接關系到產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保、質量提升和工業(yè)現(xiàn)場的安全性。氣缸氣密性檢測水平的高低直接影響到生產(chǎn)效率、操作人員的勞動強度以及產(chǎn)品的質量。因此，研發(fā)氣缸氣密性檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)快速、準確的泄漏檢測具有重大的現(xiàn)實意義和實用價值。本文在充分考慮機械設計的便利性、氣缸硬件的高可靠性和軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎上，設計研發(fā)了一套氣缸氣密性檢測系統(tǒng)，在保證檢測精度的同時，極大地提高了檢測效率。

1、檢測系統(tǒng)硬件設計

　　檢測系統(tǒng)的硬件主體分為三部分：工作臺、檢測儀和人機界面模塊，其各模塊的硬件結構和功能如圖1所示。其中工作臺模塊主要由工作臺PLC 及其控制的自動裝夾模塊、信號燈、數(shù)字壓力顯示器和繼電器構成，可為氣缸檢測提供包括裝夾、壓力顯示、伸縮狀態(tài)控制等功能。檢測儀模塊主要由檢測儀主控PLC 及其所控電磁閥、差壓傳感器、電缸校正器和相應的氣動元件組成，該模塊為氣缸氣密性檢測的主體，具體測量氣缸的高壓和低壓情況下的內(nèi)漏和外漏。人機界面模塊主要由觸摸屏構成，可滿足用戶的參數(shù)輸入和氣密性檢測結果的輸出。工作臺主控PLC、檢測儀PLC 和觸摸屏間通過485 通訊傳輸數(shù)據(jù)和指令，以使用戶可實時更新檢測參數(shù)，并使得檢測的結果或報警信息直觀顯示在相應界面上。

圖1 硬件結構功能圖

1.1、工作臺的結構和功能設計

　　該檢測臺可滿足常見的Φ20~Φ100 范圍的標準氣缸的檢測。圖2 為工作臺實物圖。該工作臺分為上下兩個工位，可同時獨立對氣缸進行氣密性檢測，因此進一步提高了檢測的效率。圖3 為工作臺的自動裝夾模塊，通過選擇工作臺面上的“下壓”、“夾緊”和“釋放”可以分別控制夾緊氣缸的上提、下壓和排氣狀態(tài)。夾緊氣缸安裝于滑軌上，并可以自由改變兩氣缸的距離以適應不同待測氣缸的尺寸。夾緊氣缸端部通過丁腈橡膠壓頭對氣缸的進氣口和排氣口進行密封，同時其內(nèi)部為空氣的流道，可以保證正常的進氣和排氣。

圖2 工作臺實物圖　　圖3 自動裝夾模塊

1.2、檢測儀結構和功能設計

　　檢測儀為完成氣密性檢測的核心儀器，其結構和功能決定氣密性檢測的精度和快速性。氣缸的氣密性檢測需分別測量有桿腔和無桿腔兩腔的泄漏，而每個容腔需完成低壓內(nèi)漏、低壓外漏、高壓內(nèi)漏、高壓外漏，故共需完成8 項泄漏檢測。測試過程中，檢測儀PLC 通過485 通訊接收工作臺PLC 傳輸?shù)闹噶�，以進入相應的測量模式(如內(nèi)漏或外漏，低壓或高壓)。隨后，檢測臺PLC 通過控制“高低壓選擇電磁閥”的狀態(tài)完成測量壓力選擇，通過控制“充排氣電磁閥”的狀態(tài)完成待測腔和標準腔的充氣和放氣的動作。當測量完成時，檢測儀PLC 通過485 通訊將相應的測量結果(合格不合格)傳輸給工作臺PLC 和觸摸屏，相應的測量結果顯示在觸摸屏上，以有利于工人查找泄漏處。檢測儀實物圖見圖4。

圖4 檢測儀實物圖

2、檢測系統(tǒng)軟件設計

　　該檢測系統(tǒng)軟件主要包括工作臺和檢測儀主控PLC 的設計和人機交互模塊的設計。針對氣缸氣密性檢測的程序具有以下特點：①以硬件接口為基礎，實用性強；②充分考慮現(xiàn)場工況，抗干擾能力強；③充分考慮氣缸參數(shù)和結構差異，適應性強。

2.1、工作臺和測量儀PLC 程序的設計

　　工作臺PLC 程序主要具有下功能：

　　1)工作臺狀態(tài)自檢

　　自檢的內(nèi)容包括氣源壓力是否合格，以防氣源壓力過低，導致后續(xù)的氣密性檢測壓力無法滿足；工作臺減壓閥功能是否良好，輸出壓力是否正常；工作臺和檢測臺密封性是否良好，以防氣動管道或裝夾處出現(xiàn)泄漏，導致測量結果不可靠。若自檢狀態(tài)合格，真空技術網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認為設備運轉正常，檢測結果可靠。

　　2)氣缸裝夾動作控制

　　按下“上提”或“釋放”按鈕，工作臺PLC 自動切換電磁閥氣路，完成夾緊氣缸指定容腔的充氣和放氣操作。

　　3)待測氣缸氣密性檢測前預動作控制

　　氣密性檢測前需向待測氣缸有桿腔和無桿腔交替通入公稱壓力，使氣缸活塞桿伸出縮回3~5 次，以達到較好的潤滑和密封效果。

　　4)待測氣缸氣密性檢測指令發(fā)送和檢測結果接受。完成上述操作后，工作臺PLC 需按照測量流程，依次向檢測儀PLC 發(fā)送8 項泄漏檢測指令，并等待檢測儀完成檢測后，將檢測結果反饋回工作臺PLC。

　　5)報警操作

　　當檢測過程中遭遇非正常情況時，如氣源壓力過低、急停按鈕被按下、工人將手臂伸進工作臺，報警燈鳴響，同時檢測過程終止。檢測儀PLC 主要完成如下功能：

　　(1)接收工作臺檢測指令，并將檢測結果反饋回觸摸屏；

　　(2)自動完成氣缸的有桿腔和無桿腔的高低壓的內(nèi)外漏的檢測，共8 項；

　　(3)通過485 通訊，接收觸摸屏上測量參數(shù)的更新。

　　如圖5 所示即為檢測系統(tǒng)從開機至完成某型號氣缸氣密性檢測的軟件流程圖。

圖5 軟件流程圖

2.2、人機交互軟件設計

　　人機交互軟件需完成以下兩項主要內(nèi)容： 檢測狀態(tài)查詢和檢測參數(shù)配置。界面設計時需充分考慮用戶的使用習慣，并兼具人性化和美觀的特點。本項目中觸摸屏界面通過組態(tài)軟件設計，并可實現(xiàn)同工作臺PLC和檢測儀PLC 的實時通訊。

　　1)檢測狀態(tài)查詢

　　圖6 為檢測狀態(tài)查詢界面，檢測狀態(tài)包括氣缸的動作狀態(tài)和氣密性檢測的結果。其中動作狀態(tài)為氣缸活塞桿的伸出或縮回的狀態(tài)，通過查詢該狀態(tài)可以判斷氣缸動作是否正確，氣缸運行時，該檢測界面的氣缸動作和實際動作一致。氣密性檢測結果共8 項，分別列于“有桿腔”和“無桿腔”兩側，為低壓內(nèi)泄漏、低壓外泄漏、高壓內(nèi)泄漏、高壓外泄漏，各4 項。紅色表示該檢測項不合格，即泄漏量大于規(guī)定值，綠色表示檢測項合格。

　　2)檢測參數(shù)配置

　　氣密性檢測參數(shù)包括自檢泄漏標準、高壓外漏標準、低壓外漏標準、內(nèi)漏標準以及待檢測氣缸的缸徑和行程。對于標準氣缸，通過觸摸屏輸入缸徑和行程，檢測軟件可按照國標自動生成檢測標準。為滿足用戶提高產(chǎn)品檢測質量的需要，也可手動在標準處修改所需標準。

圖6 檢測狀態(tài)查詢界面

3、氣密性檢測系統(tǒng)效率和精度分析

　　為檢驗所設計的氣密性檢測系統(tǒng)硬件和軟件的實用性和穩(wěn)定性，現(xiàn)針對某氣缸生產(chǎn)廠家的部分標準氣缸型號進行測試，記錄該系統(tǒng)的檢測時間，同時將該檢測結果同傳統(tǒng)的水測法相互對比，以驗證該檢測系統(tǒng)的可靠性和準確性，如表1 為檢測結果。

表1 檢測系統(tǒng)實測精度和效率對照表

　　從表1 可以得到，對于缸徑低于φ50 的中小氣缸測試時間約為100s/條，對于φ50～φ100 氣缸檢測時間約為110s/條，考慮到檢測系統(tǒng)可兩工位同時獨立檢測，則單條氣缸的氣密性檢測時間均可控制在60s/條以內(nèi)，優(yōu)于人工檢測效率。

　　實測發(fā)現(xiàn)，共測試9 種型號氣缸，檢測總數(shù)為173，其中人工檢測不合格數(shù)為6 條，檢測臺檢測不合格數(shù)為7 條，且均覆蓋人工檢測不合格氣缸。其中φ100×φ200 存在一低壓內(nèi)漏氣缸，水測判定合格而檢測臺判定不合格的情況，分析該樣品時發(fā)現(xiàn)，該氣缸活塞密封圈處密封效果不理想，雖氣密性檢測前預動作4~5 次，但其密封效果仍有缺陷，導致氣缸在檢測開始后一段時間內(nèi)仍然存在輕微泄漏，隨著密封圈逐漸張緊，泄漏停止，人工檢測時，可主觀延遲一段時間檢測，導致人工檢測和檢測臺測試結果不吻合。檢測φ80×φ100 的氣缸時，人工水測發(fā)現(xiàn)1 條氣缸存在內(nèi)漏，檢測臺檢測發(fā)現(xiàn)存在內(nèi)漏和外漏，分析其原因，在于該氣缸內(nèi)泄漏較劇烈，當測量外泄漏時，會存在因內(nèi)泄漏造成的壓降，導致外泄漏誤報，在以后的研究中將對該泄漏耦合問題進行判斷以消除誤報現(xiàn)象。

　　綜上所述，該氣密性檢測系統(tǒng)硬件和軟件運行狀態(tài)穩(wěn)定，檢測精度可靠，且測試效率優(yōu)于傳統(tǒng)的泄漏檢測，尤其是測量較大型號的氣缸時，該優(yōu)勢更加明顯。因此，該檢測系統(tǒng)可完全替代傳統(tǒng)的水測法或冒泡法完成氣缸的出廠氣密性檢測。

4、結論

　　本文詳述了兩工位氣缸氣密性檢測臺的硬件設計，介紹了該工作臺和測量儀的機械結構和功能實現(xiàn)，并通過PLC 完成了工作臺和測量儀的動作流程和檢測邏輯。基于該檢測臺開展氣缸氣密性快速檢測的實驗驗證，現(xiàn)場使用情況表明，該檢測臺軟件和硬件運行可靠，在保證檢測精度的同時取得了較滿意的檢測效率：可將缸徑φ20-φ100 氣缸檢測時間縮短至60s/只以內(nèi)，可完全滿足使用需求。