一種基于樣膏的間接測量方法研究

■ 夏俊蕾 李林峰 陳興盛/成都航利（集團）實業(yè)有限公司

對于幾何量計量而言,“過大”和“過小”尺寸的檢測都存在問題,被測件或被測要素已超過測量設(shè)備量程,或被測要素尺寸小于測量設(shè)備的測頭,或者準(zhǔn)確度要求已超出設(shè)備的最大精度,測量都無法進行。因此需要將被測量轉(zhuǎn)化為能夠測量的同等量,這種通過測量與被測量相等的量,用以代替直接測量被測量的方法,稱為間接測量的替代法[1]。航空產(chǎn)品生產(chǎn)、制造、修理過程中,時常會遇到這類難以測量的尺寸,如壓氣機的封嚴(yán)篦齒盤的內(nèi)凹、渦輪盤上的榫頭、三級盤的內(nèi)圓弧等尺寸等。本文介紹在常見測量設(shè)備基礎(chǔ)上,如何以一種操作簡便的間接測量方法來解決此類尺寸的測量。

1 測量方法介紹

某型三級盤外型尺寸龐大,而但其止口圓弧半徑尺寸不超過2mm,且是內(nèi)圓弧,無法實現(xiàn)直接測量。常用計量器具如半徑規(guī)因為內(nèi)部不透光,且圓弧短無法準(zhǔn)確測量；用于精密測量的三坐標(biāo)測量機也由于測頭無法有效接觸被測面而無法完成測量。

圖1 樣膏

圖2 樣膏成型示例圖

1.1 樣膏選取

研究間接測量方式,需要尋找一種能夠有效制模取模的材料。調(diào)研目前市場上的樣膏,選取型號為PLASTIFORM LK-AD的混合型樣膏,如圖1所示,印模的準(zhǔn)確性可以達到0.01mm,最大去除殘留為5%,且無毒性,易附著于各種材質(zhì)表面,成型時間短,不粘連且易于剝落,成型之后形變穩(wěn)定。

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.2 萬能工具顯微鏡及其使用

選用帶有圖像處理軟件的萬能工具顯微鏡,作為該方法所使用的主要測量設(shè)備[2]。 該類萬能工具顯微鏡采用精密光柵系統(tǒng)作為測量元件,測量精度高,具有發(fā)熱量低、抗腐蝕性、耐污染、耐震性好等優(yōu)點,且具有功能強大的圖像處理軟件,能夠采集坐標(biāo)點、線、圓、圓弧等相關(guān)的距離和角度。軟件采用數(shù)碼圖像技術(shù),能夠自動識別輪廓邊界,減少人為差錯,提高操作效率；采用先進計算機處理技術(shù),將光柵數(shù)顯系統(tǒng)采集的信號實時輸入計算機,由功能強大的二坐標(biāo)測量軟件進行數(shù)據(jù)處理,能高效完成各種復(fù)雜的測量工作。

表1 數(shù)據(jù)重復(fù)性表

表2 數(shù)據(jù)對比表

1.3 檢測步驟

將圖1樣膏原料A和樣膏原料B按照一定比例混合攪拌,均勻地將樣膏涂抹于被測位置,并將其壓實壓緊。樣膏的多少根據(jù)被測量的位置和大小而定。大約20分鐘后樣膏固定成型,如圖2所示,便可將模型取出,取出時應(yīng)盡量避免樣膏的損傷、變形等。

具體操作步驟為：

1）將取出的樣膏模型周圍的無效樣膏切除。

2）根據(jù)被測要素的特征進行切割。應(yīng)選取被測樣膏外觀無毛刺、無表面缺陷的直線、平面或圓弧進行切割。若被測尺寸為直線或平面,應(yīng)在被測尺寸法線方向進行切割；若被測尺寸為圓弧,應(yīng)在指向圓弧圓心方向進行切割。

3）切割樣膏。采用專用切割裝置對取出的樣膏模型進行樣膏切片,切片時應(yīng)用力均勻,應(yīng)保持被切割樣膏兩面平行且垂直于樣膏側(cè)面。由試驗得出,切割厚度在1.5～2.0mm范圍內(nèi)較為合適,太厚容易導(dǎo)致光學(xué)測量時測量輪廓不真實,太薄容易導(dǎo)致被測件具有透光性,且容易變形。樣膏切片兩端面不平行,將導(dǎo)致測量時部分輪廓跑焦。

4）測量樣膏。將樣膏切片平放于萬能工具顯微鏡的玻璃工作臺上,選用3倍物鏡,調(diào)整光圈、焦距,直至視野清晰后開始測量。測量過程根據(jù)被測要素的特征選擇采點方式進行,測量圓弧時選擇自動采點,應(yīng)在被測樣膏的光滑圓弧段均勻采點。值得注意的是,如果被測量的尺寸型面短,應(yīng)在采點時慎重選取采點范圍,范圍過大則超出被測型面,范圍過小所測量的尺寸會產(chǎn)生較大偏差。同時,對型面短小的被測量面應(yīng)盡可能地多采點。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

1）重復(fù)性

為了驗證本文討論方法的有效性,對某機型止口R進行重復(fù)性測量。對被測樣膏進行切樣,隨機選取編號為1#、2#、3#、4#、5#樣膏,分別進行9次測量[3],數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

數(shù)據(jù)的重復(fù)性采用貝塞爾公式法進行計算：

得到重復(fù)性數(shù)值最小為9.179×10-3,最大的為15.612×10-3,由此可以看出測量的重復(fù)性較好。

2）數(shù)據(jù)比對

為進一步驗證本文所述方法,以某三級盤前止口新品作為被測量的對象與設(shè)計圖紙尺寸進行比較[4]。對該三級盤前止口進行均勻打樣和取樣,在均勻分布的10個位置進行樣膏切片。對這10個被測樣膏分別進行三次測量,得出的數(shù)據(jù)如表2所示。

十次測量數(shù)據(jù)平均值在1.8950mm到1.9190mm范圍內(nèi),通過對比圖紙尺寸2.00-0.2mm,均在公差范圍內(nèi),測量結(jié)果為合格。

3 結(jié)束語

本文介紹了通過用樣膏替代被測量,與數(shù)顯萬工顯相結(jié)合實現(xiàn)間接測量的方法,并將此方法用于某機型止口復(fù)雜位置R尺寸的測量,進行重復(fù)性試驗和對比試驗。試驗表明,測量重復(fù)性在0.010~0.015mm范圍內(nèi),且測量結(jié)果對比試驗均在被測尺寸的公差范圍內(nèi)。說明該方法切實有效地實現(xiàn)了不可直接測量復(fù)雜位置尺寸的測量。且該方法操作簡單,檢測成本低,適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測。

[1] 劉大響,陳光.航空發(fā)動機飛機的心臟[M].北京：航空工業(yè)出版社,2015.

[2] 劉安章,劉泊,高西寬.基于CCD測量的萬能工具顯微鏡[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報,2008,13(5)：47-49.

[3] 傅成昌,傅曉燕.幾何量公差與技術(shù)測量[M].北京：石油工業(yè)工業(yè)出版社,2013.

[4] 吳世功.測量數(shù)據(jù)分析[M].北京：國防工業(yè)出版社,1988.