高精度內(nèi)孔測量系統(tǒng)的改善研究

谷春春

摘要：隨著產(chǎn)品精度的不斷提高，對于測量系統(tǒng)有了更高的要求。通過對測量系統(tǒng)的MSA分析，判定測量系統(tǒng)是否滿足產(chǎn)品的檢測要求。通過對于測量系統(tǒng)關(guān)鍵影響因素的改善，最大程度的提升測量系統(tǒng)的測量能力。

關(guān)鍵詞：內(nèi)孔;直徑;測量系統(tǒng);MSA

某零件內(nèi)孔要求（詳見圖1所示）mm，最大實體補(bǔ)償后直線度要求0。為了可以更加精準(zhǔn)的檢測評價孔的真實狀態(tài)，三坐標(biāo)檢測的時候不是簡單的檢測一段圓，也不是擬合的圓柱，而是在加工可能變形或者圓度比較差的地方取4段截圓作為檢測位置，見圖1所示，一般的孔檢測使用的都是LSQ最小二乘法來評價孔徑值，但是該零件要求使用最大圓和最小圓來評價，直徑按最大最小圓的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，當(dāng)于一個零件最終需要輸出8個直徑檢測結(jié)果，必須全部在公差范圍內(nèi)才符合要求。

高精度的尺寸要求和零件的特殊結(jié)構(gòu)，對于三坐標(biāo)檢測設(shè)備和方法也提出了更高的要求。零件內(nèi)孔直線度0.002-0.004mm，為了保證最大實體補(bǔ)償后直線度為0，這樣孔徑要求控制在0.005mm以內(nèi)，一般三坐標(biāo)的檢測精度都大于0.001mm，通過MSA分析之后，檢測很難滿足要求。

首先需要對于檢測所用的測量系統(tǒng)進(jìn)行MSA分析。通過測量實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，對測量系統(tǒng)的分辨率和誤差進(jìn)行分析，以判斷測量系統(tǒng)是否有效，是否可以用于尺寸的檢測和數(shù)據(jù)的收集，并可以分析確定測量系統(tǒng)誤差的主要影響方面。由于孔徑需要控制在0.005mm以內(nèi)。對于整個測量系統(tǒng)提出了很高的檢測要求。目前我們使用的三坐標(biāo)的精度為0.0018mm，而客戶使用的三坐標(biāo)精度為0.001mm，客戶進(jìn)行MSA分析，MSA滿足要求。我們內(nèi)部檢測，重復(fù)檢測誤差基本都有0.002mm，和客戶做檢測對比誤差29%，雖然小于30%，但是由于可以控制的公差只有0.005mm。所以孔徑測量系統(tǒng)必須改善。

因為測量是系統(tǒng)性的。通過大量的檢測對比試驗和分析，識別出了3個主要因素進(jìn)行分析改善。①零件檢測前狀態(tài);②檢測設(shè)備精度;③三坐標(biāo)檢測程序。

針對這個3個方面，我們進(jìn)行了研究和分析改善。

①零件檢測前狀態(tài)，主要是零件內(nèi)孔清潔度和零件溫度，零件檢測前已經(jīng)做過清洗處理，檢測時使用絲綢擦拭內(nèi)孔，發(fā)現(xiàn)絲綢上面有時會有細(xì)微鐵末或者其他細(xì)小雜質(zhì)。為了保證檢測的有效性，檢測前用清潔劑再進(jìn)行一次內(nèi)孔清潔，清潔后的內(nèi)孔再用干燥后的壓縮空氣吹干。同一個零件，從35度左右的車間拿到三坐標(biāo)檢測室立即檢測和零件溫度降至20度時的檢測相差0.002mm左右。為了解決該問題，送檢的零件必須放到三坐標(biāo)檢測室超過60分鐘后，待表面溫度低于25度時才可以檢測。同時，也增加了CMM的溫度補(bǔ)償功能。

將2個零件按原有的方式檢測完后，將零件內(nèi)孔二次清潔、放三坐標(biāo)室60分鐘后進(jìn)行復(fù)測，檢測結(jié)果如表1所示。

從表1的數(shù)據(jù)可以很明顯的看出，檢測前再清潔一次+零件溫度接近檢測室溫度時，發(fā)現(xiàn)檢測誤差明顯降低。

②檢測設(shè)備精度，檢測設(shè)備精度設(shè)備本身已經(jīng)決定了，我們只能通過對比檢測的方式，盡可能的降低設(shè)備精度帶來的檢測誤差。首先是對于檢測室的設(shè)備進(jìn)行日常的標(biāo)定和檢驗，使檢測設(shè)備可以發(fā)揮它真實的檢測能力。和客戶進(jìn)行檢測對比，檢測孔徑最大差異可以達(dá)到2.7微米，為了縮小雙方內(nèi)孔的檢測差異，如果大家都用同一個標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行對比測量，根據(jù)測量差異進(jìn)行修正就能有效縮小雙方差異，于是我們想到了用圈規(guī)修正的方法來縮小檢測的差異，圈規(guī)的修正值按照精度1um的CMM實測值（11.9991）進(jìn)行計算。由于內(nèi)孔直徑檢測要求帶有包容原則，需要有最大內(nèi)切圓的計算方式，在對內(nèi)孔4個截圓進(jìn)行圈規(guī)補(bǔ)償后，發(fā)現(xiàn)采用最小二乘法計算的圓直徑可以直接補(bǔ)償修正值，而最大內(nèi)切的方法，圈規(guī)補(bǔ)償后每個截圓的直徑不是按照全部修正值進(jìn)行補(bǔ)償，于是我們從測針半徑補(bǔ)償中修改來修正。通過使用了圈規(guī)修正，雙方檢測差異降低到了1微米，縮小了檢測差異。

③檢測程序，從坐標(biāo)建立到取點(diǎn)檢測位置、掃描圈數(shù)、掃描起末位置、掃描點(diǎn)數(shù)、掃描速度、掃描路徑進(jìn)行了對比分析。發(fā)現(xiàn)和客戶的檢測程序存在不同，特別是掃描檢測，掃描最終輸出的點(diǎn)數(shù)和掃描速度對于高精度孔的檢測影響很大。通過雙方檢測程序的對比，最終雙方對于有差異的地方進(jìn)行驗證修改，達(dá)成了共識。

通過以上3個方面的研究改善，為了驗證內(nèi)孔檢測是否滿足要求，使用同一個零件，用三坐標(biāo)檢測程序，重復(fù)檢測50次，對于實驗結(jié)果利用MINITAB進(jìn)行分析，檢測分析結(jié)果如圖2、圖3所示。研究改進(jìn)后4段內(nèi)孔的CMM準(zhǔn)確精度能力系數(shù)（CGK）結(jié)果，CGK全部大于2.0。測量系統(tǒng)達(dá)到產(chǎn)品的檢測要求。

通過對于測量系統(tǒng)的改善研究及應(yīng)用，基于現(xiàn)有的測量設(shè)備，檢測能力有了顯著的提升，滿足了產(chǎn)品檢測要求，同時也積累了寶貴的數(shù)據(jù)和豐富的經(jīng)驗。

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