程湘敏 巫 鋼 吳 麗

(1.江南機(jī)器集團(tuán)有限公司，湘潭 411207；2.重慶嘉陵益民特種裝備有限公司，榮昌 402463)

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用極坐標(biāo)法測(cè)量柔性圓環(huán)直徑

程湘敏1巫 鋼2吳 麗

(1.江南機(jī)器集團(tuán)有限公司，湘潭 411207；2.重慶嘉陵益民特種裝備有限公司，榮昌 402463)

介紹在萬(wàn)能工具顯微鏡上，用極坐標(biāo)影像法間接測(cè)量柔性圓環(huán)直徑的方法,打破了常規(guī)的直接測(cè)量直徑或通過(guò)多次測(cè)量取平均值來(lái)提高測(cè)量精度的傳統(tǒng)測(cè)量方法的制約。采用極坐標(biāo)影像法測(cè)量等分圓周的各扇形的面積，然后求和計(jì)算出被測(cè)柔性圓的面積，再根據(jù)圓面積求出柔性圓環(huán)正圓直徑。此方法能使圓環(huán)柔性變形產(chǎn)生的誤差互抵、互補(bǔ)，使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

柔性圓環(huán)；萬(wàn)能工具顯微鏡；極坐標(biāo)；影像法；間接測(cè)量

0 引言

用塑料、橡膠等材料制造的密封圈、密封墊、骨架油封和定位套等均屬于柔性圓環(huán)類零件，柔性圓環(huán)零件在加工成形后往往失去了正圓形態(tài)。在自由狀態(tài)下，即使是同一批次零件，也呈現(xiàn)出形態(tài)各異的不規(guī)則形狀，當(dāng)受到外力作用時(shí)，極易產(chǎn)生彈性變形。因此，測(cè)量柔性零件的幾何尺寸只能用非接觸測(cè)量法。柔性圓環(huán)零件的直徑是十分重要的幾何參數(shù)，在產(chǎn)品的零部件互換性與配合中，直徑偏大偏小都會(huì)影響產(chǎn)品的工作性能。因此，準(zhǔn)確測(cè)量柔性圓環(huán)零件的直徑是值得深入探討的問(wèn)題。機(jī)械制造企業(yè)過(guò)去常用的方法有：

1)在萬(wàn)能工具顯微鏡上采用影像法直接測(cè)量柔性圓環(huán)直徑。即測(cè)量縱、橫兩個(gè)方向的直徑尺寸，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。

2)采用放大圖板在投影儀上作比較測(cè)量，即按設(shè)計(jì)尺寸要求的最大、最小極限尺寸繪制一塊同心圓放大圖板，在投影儀上與被測(cè)圓環(huán)放大影像作比較，小心撥動(dòng)被測(cè)圓環(huán)零件，使之盡量處于正圓狀態(tài)，其放大輪廓位于圖板上兩極限圓環(huán)之間，即認(rèn)為被測(cè)件是合格的。

這兩種測(cè)量方法的測(cè)量精度都較低，在適用范圍和測(cè)量設(shè)備選用上都有一定局限性。采用本文介紹的方法，在萬(wàn)能工具顯微鏡上用極坐標(biāo)影像法測(cè)量，較好的解決了柔性圓環(huán)零件直徑精確測(cè)量這一難題。

1 測(cè)量方法

在萬(wàn)能工具顯微鏡上用極坐標(biāo)影像法測(cè)量柔性圓環(huán)直徑，須先按柔性圓環(huán)零件的幾何尺寸制作一個(gè)剛性環(huán)，作為定形工具。若被測(cè)柔性圓環(huán)零件需測(cè)量的直徑是外徑，則剛性圓環(huán)的外徑尺寸約小于被測(cè)件內(nèi)徑的最小極限尺寸1～2mm,以保證被測(cè)柔性圓環(huán)零件套在剛性圓環(huán)上后，接近正圓狀態(tài)，有一定間隙，又不會(huì)產(chǎn)生彈性變形。測(cè)量時(shí)調(diào)整剛性圓環(huán)的中心與萬(wàn)能工具顯微鏡旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心基本重合(同軸度誤差控制在≤0.1mm即可)，見圖1。

圖1 極坐標(biāo)測(cè)量示意圖

采用極坐標(biāo)影像法測(cè)量各等分圓周的極角和極徑值a1、ρ1，a2、ρ2，a3、ρ3，……an、ρn。等分圓周的極角可選擇10°～30°為宜。然后計(jì)算各小扇形的面積并求其和，根據(jù)小扇形面積之和與被測(cè)柔性環(huán)的正圓面積基本相等的性質(zhì)，最后計(jì)算出柔性環(huán)的正圓直徑的測(cè)量值。

2 計(jì)算公式

1)由ρi、ρi-1構(gòu)成的小扇形面積

2)被測(cè)柔性環(huán)的面積

3)被測(cè)柔性環(huán)的正圓直徑d

則

(1)

(2)

3 測(cè)量實(shí)例

采用上述方法對(duì)圖2所示的橡膠密封圈進(jìn)行測(cè)量，定位工具剛性圓環(huán)的外徑尺寸選用φ71mm，內(nèi)徑φ30mm，厚度4mm,測(cè)量時(shí)將圓周分為12等分，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

圖2 密封圈零件圖

由此可見，用極坐標(biāo)影像法測(cè)量柔性圓環(huán)直徑時(shí)，剛性圓環(huán)的中心與萬(wàn)能工具顯微鏡旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心稍有偏移，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響極小。在測(cè)量中稍加調(diào)整，同軸度誤差控制在≤0.1mm，由此引起的測(cè)量誤差可忽略不計(jì)。同時(shí)，按式(1)計(jì)算的結(jié)果與按近似公式(2)計(jì)算的結(jié)果非常接近，一般情況下按近似公式(2)計(jì)算更方便。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，以塑料、橡膠為原材料的元器件應(yīng)用越來(lái)越廣泛，有許多元器件使用在大型高、精、尖儀器設(shè)備及各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝備上，起著關(guān)鍵作用。這些元器件的幾何尺寸要求嚴(yán)格，采用高精度測(cè)量方法解決好柔性零件幾何尺寸的測(cè)量，顯得尤其重要。本文介紹的方法可拓寬測(cè)量思路，起到拋磚引玉的作用。

[1] JJG 56—1996工具顯微鏡，中國(guó)計(jì)量出版社，1996

[2] JB/T 6639—2004滾動(dòng)軸承零件骨架式丁腈橡膠密封圈技術(shù)條件

[3] 機(jī)械密封用V形密封圈的技術(shù)要求.http://www.mfw365.com

[4] JJF 1059—1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示

[5] 熊朝暉.隨機(jī)過(guò)程與計(jì)量不確定度.計(jì)量技術(shù),2007(4)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.3.12