炮用象限儀示值誤差的檢定與調(diào)修

王　偉　吳　麗　陳金剛

(中國兵器江南機(jī)器集團(tuán)有限公司，湘潭 411207)

0　引言

炮用象限儀是兵器制造行業(yè)對產(chǎn)品靶場試驗的主要測量儀器，用來測量炮身、炮架與水平面的夾角，從而保證彈丸飛行軌跡的正確無誤。由于該設(shè)備具有體積小、便于攜帶、操作方便和測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，深受工廠、部隊的歡迎。使用中的炮用象限儀由于磨損、磕碰等原因很容易失準(zhǔn)，必須對其示值誤差進(jìn)行定期檢定、調(diào)修。

對于炮用象限儀示值誤差的周期檢定工作，我國尚未制定檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范。各使用單位計量室均參照儀器生產(chǎn)制造廠《成品質(zhì)量檢驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1]進(jìn)行，由于無專用檢測臺，無三角專用檢驗鐵，只能采用近似方法檢定。對綜合誤差的檢定，因條件有限只能放棄不檢。由于該《成品質(zhì)量檢驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》選擇的受檢點(diǎn)只是幾個特殊角度，不能全面反映儀器精度，炮用象限儀在使用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、兩臺合格儀器出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)矛盾的現(xiàn)象。本文介紹用光學(xué)分度頭全面檢定炮用象限儀的示值誤差，克服了上述不足，對儀器的示值誤差檢定、調(diào)修十分方便。

1　炮用象限儀的結(jié)構(gòu)原理

我國目前使用最多的炮用象限儀，一直是按照原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)ГOCT3299—46《象限儀技術(shù)條件》[2]生產(chǎn)制造的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。炮位象限儀的示值是用“密位”作單位來表示角度值的，常用的1密位=1∕6000圓周角(也有少數(shù)用1密位=1/6400圓周角，需參照該炮位象限儀的使用說明書。“密位”是非法定計量單位，但是根據(jù)戰(zhàn)爭環(huán)境需要，在炮、槍、火箭發(fā)射裝置等兵器裝備上，仍普遍使用。)。

1.帶有兩個支持平面的象限儀框；2.帶有兩面分劃的齒弧，分劃刻度值為25密；3.帶有精確分劃的定向弧，其最小分劃值為0.5密位；4.游標(biāo)；5.水準(zhǔn)器

2　炮用象限儀生產(chǎn)制造廠和使用單位現(xiàn)狀

2.1　生產(chǎn)制造廠質(zhì)量控制主要內(nèi)容

1)定向弧精度的檢驗。在測試臺上進(jìn)行。將水泡座移動到刻線分別對準(zhǔn)0-05，0-10，0-15，0-20，0-25密位位置，轉(zhuǎn)動測試臺分度盤，記錄水泡移動偏移零位的數(shù)值，要求≤±1格。

2)齒弧精度的檢驗。使用三角專用檢驗墊鐵和水平平板。在齒弧的刻線1-00，2-00，3-00，4-00，5-00，6-00，7-25、7-50位置，將炮用象限儀放在與之對應(yīng)的6°、12°、18°、24°、30°、36°、43.5°、45°三角專用檢驗墊鐵上并定位于水平平板上，記錄水泡移動偏移零位的數(shù)值，要求≤±1.7格。

3)綜合精度的檢驗。使用三角專用檢驗墊鐵和水平平板，分別在定向弧誤差最大處和齒弧誤差最大處，將象限儀放在相應(yīng)角度塊上，記錄水泡移動偏移零位的值，要求≤±1.7格。

2.2　炮用象限儀使用單位現(xiàn)狀

炮用象限儀的使用單位在周期檢定時，由于沒有專用檢測臺，也不可能制造一套與齒弧各角度相對應(yīng)的三角形專用墊鐵。具了解，各使用單位計量室只能根據(jù)自身現(xiàn)有的計量檢測設(shè)備，采用與生產(chǎn)制造廠家接近的檢測方法來檢定[3-4]。我單位計量室也不例外，在檢定炮用象限儀定向弧精度、齒弧精度時，用正弦尺與量塊組組合成相應(yīng)的角度來代替三角形專用墊鐵，此方法在檢測角度≥30o時，操作難度加大、檢測數(shù)據(jù)的誤差也增大。對于象限儀示值的綜合誤差和儀器在45°～90°區(qū)間的示值誤差等項目，由于無專用檢具，只能放棄不檢。

3　用光學(xué)分度頭檢測炮用象限儀示值誤差

我們在10″光學(xué)分度頭上安裝一個簡單夾具(見圖2)，方便的實現(xiàn)了炮用象限儀的檢定、調(diào)修。

圖2　自制專用夾具

具體做法如下：

1)在光學(xué)分頭上，把炮用象限儀緊靠專用夾具的側(cè)面擋塊并固定于其底板上(見圖3);

2)將炮用象限儀調(diào)整到0—00密位，轉(zhuǎn)動光學(xué)分度頭使水準(zhǔn)器氣泡居中。在光學(xué)分度頭上讀取起始零位讀數(shù);

3)依次調(diào)整炮用象限儀至各受檢點(diǎn)，并轉(zhuǎn)動光學(xué)分度頭至各受檢點(diǎn)相應(yīng)角度上，讀取水泡偏移格數(shù)(注：定向弧受檢點(diǎn)為0-05,0-10,0-15,0-20,0-25密位5點(diǎn)，水泡偏移格數(shù)要求≤±1格；齒弧受檢點(diǎn)為0-25,0-50,0-75,1-00,1-25，…7-00，7-25,7-50；然后換另一支持平面取7-50,7-75,8-00,8-25，…,14-75,15-00密位點(diǎn)，水泡偏移格數(shù)要求≤±1.7格);

4)分別找出定向弧和齒弧測得的水泡偏移誤差值中的最大正值(無正值時取0)和最大負(fù)值(無負(fù)值時取0),從而得到炮位象限儀示值的最大綜合誤差，要求≤±1.7格,最大綜合誤差=兩最大正誤差值之和-兩最大負(fù)誤差值之和;

5)儀器調(diào)修人員可根據(jù)測得的誤差值超差或誤差值偏大位置，對定向弧、齒弧相關(guān)部位進(jìn)行維修和校準(zhǔn)。

圖3　檢測炮用象限儀的安裝示意圖

4　實例

編號16040WG 601型炮位象限儀示值誤差檢測(摘錄)。檢測定向弧誤差時，齒弧位置為0-00數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

表1

象限儀校準(zhǔn)點(diǎn)光學(xué)分度頭對初始零位位置讀數(shù)差水準(zhǔn)器讀數(shù)(格)正向反向誤差值(格)0-000°00′00″0　00　10　050-050°18′00″0　00　10　050-100°36′00″0　20　10　150-150°54′00″0　20　20　20-201°12′00″0　30　20　25?0-251°30′00″0　20　20　2

檢測齒弧誤差時，定向弧位置為0-00數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2

象限儀校準(zhǔn)點(diǎn)光學(xué)分度頭對初始零位位置讀數(shù)差水準(zhǔn)器讀數(shù)(格)正向反向誤差值(格)0-000°00′00″0　00　20　10-251°30′00″0　20　30　250-503°00′00″-0　1-0　2-0　15…………………1-257°30′00″0　50　40　45?…………………7-2543°30′00″-0　4-0　3-0　357-5045°00′00″-0　2-0　2-0　2

將炮用象限儀另一支持平面固定于專用夾具的底板上，檢測齒弧7-50至15-00密位誤差。定向弧位置為0-00數(shù)據(jù)記錄如表3所示。

表3

象限儀校準(zhǔn)點(diǎn)光學(xué)分度頭對初始零位位置讀數(shù)差水準(zhǔn)器讀數(shù)(格)正向反向誤差值(格)7-5045°00′00″-0　4-0　4-0　47-7546°30′00″-0　3-0　3-0　38-0048°00′00″0　20　00　1…………………9-0054°00′00″-0　5-0　7-0　6?…………………14-7588°30′00″0　30　10　215-0090°00′00″0　1-0　2-0　05

結(jié)論:1)定向弧在0-00至0-25密位區(qū)間，示值誤差=0.25-0=0.25(格);2)炮用象限儀全行程0-00至15-00密位(0°～90°)，示值最大綜合誤差=(0.25+0.45)-[0+(-0.6)]=1.3(格)(角度值1′18″約0.4密位)。

5　檢定方法的誤差分析

檢定方法的誤差來源主要有如下幾項：

1)作為角度標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)分度頭，度盤刻度、度盤偏心和分度頭主軸間隙等帶來的誤差均表現(xiàn)在光學(xué)分度頭的極限示值誤差內(nèi)，本文采用取光學(xué)分度頭正、反兩次讀數(shù)的均值為誤差值消除了分度頭的回程誤差，10″光學(xué)分度頭極限示值誤差Δ1≤20″；

2)炮用象限儀水準(zhǔn)器引起的誤差Δ2≤10″；

3)炮用象限儀兩基準(zhǔn)面垂直度引起的誤差Δ3≤10″；

4)炮用象限儀指標(biāo)鉗口與齒弧嚙合不穩(wěn)定引起的誤差Δ4≤10″；

5)檢定過程中初始零位對準(zhǔn)Δ5≤6″，各檢測點(diǎn)讀數(shù)引起的誤差Δ6≤6″，檢定方法的不確定度

≈28″(約0.13密位)

該炮用象限儀允許誤差為1′48″(0.5密位)，檢定方法的不確定度U99≈28″，由此可見，該檢定方法可行。

6　結(jié)束語

用光學(xué)分度頭全面檢定炮用象限儀的示值誤差有如下優(yōu)點(diǎn)：

光學(xué)分度頭是機(jī)械行業(yè)工廠必備的檢測設(shè)備，它的分度精度很高，示值的不確定度極小。例如分度值1″的光學(xué)分度頭不確定度U99≤2″，分度值5″的光學(xué)分度頭不確定度U99≤10″，我們采用的10″光學(xué)分度頭其不確定度U99≤20″(見JJG 57—1999光學(xué)、數(shù)顯分度頭檢定規(guī)程[5])，遠(yuǎn)小于炮用象限儀示值允差的1/5，符合量傳關(guān)系。

炮用象限儀在光學(xué)分度頭上一次性裝夾，可完成0-00到7-50密位工作段各項示值誤差的檢測，避免了用多個三角形專用墊鐵或者正弦尺與量塊組組合，多次裝夾帶來的測量誤差，減少了操作難度。由于齒弧的每一位置使用時，數(shù)值都是獨(dú)立的沒有疊加等概念，原方法因選擇受檢點(diǎn)過少，而不能全面反映炮位象限儀精度。本文介紹的方法，可對0-00至15-00密位(0°～90°)全行程每一齒的精度進(jìn)行檢測，全面反映出炮用象限儀各點(diǎn)的誤差。

儀器調(diào)修人員，可使用整形后的細(xì)小油石，分別對誤差值超差或誤差值偏大位置的定向弧、齒弧相關(guān)部位進(jìn)行輕微的修銼，即可使該象限儀具有滿意的精度結(jié)果。從實例中可以看出，炮用象限儀定向弧和齒弧的綜合誤差、最大綜合誤差均可通過數(shù)據(jù)處理而得到。

本方法也適用于89-PXY[博測]小型象限儀示值誤差的檢定。

[1]上海精密水平儀器有限公司.炮位象限儀《成品質(zhì)量檢驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》.2002

[2]原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn).ГOCT3299—46《象限儀技術(shù)條件》

[3]劉福才.用正弦規(guī)和量塊檢定炮用象限儀示值誤差.計量技術(shù),1993(8)

[4]余文卿.試述炮位象限儀的校驗方法.計量與測試技術(shù),1995(1)

[5]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJG 57—1999光學(xué)、數(shù)顯分度頭檢定規(guī)程,1999

[6]孫自強(qiáng).精密量儀檢定與調(diào)修.中國計量出版社，2003