■ 夏俊蕾 李林峰 陳興盛/成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司

對(duì)于幾何量計(jì)量而言,“過(guò)大”和“過(guò)小”尺寸的檢測(cè)都存在問(wèn)題,被測(cè)件或被測(cè)要素已超過(guò)測(cè)量設(shè)備量程,或被測(cè)要素尺寸小于測(cè)量設(shè)備的測(cè)頭,或者準(zhǔn)確度要求已超出設(shè)備的最大精度,測(cè)量都無(wú)法進(jìn)行。因此需要將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為能夠測(cè)量的同等量,這種通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量相等的量,用以代替直接測(cè)量被測(cè)量的方法,稱為間接測(cè)量的替代法[1]。航空產(chǎn)品生產(chǎn)、制造、修理過(guò)程中,時(shí)常會(huì)遇到這類難以測(cè)量的尺寸,如壓氣機(jī)的封嚴(yán)篦齒盤(pán)的內(nèi)凹、渦輪盤(pán)上的榫頭、三級(jí)盤(pán)的內(nèi)圓弧等尺寸等。本文介紹在常見(jiàn)測(cè)量設(shè)備基礎(chǔ)上,如何以一種操作簡(jiǎn)便的間接測(cè)量方法來(lái)解決此類尺寸的測(cè)量。

1 測(cè)量方法介紹

某型三級(jí)盤(pán)外型尺寸龐大,而但其止口圓弧半徑尺寸不超過(guò)2mm,且是內(nèi)圓弧,無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量。常用計(jì)量器具如半徑規(guī)因?yàn)閮?nèi)部不透光,且圓弧短無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量；用于精密測(cè)量的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也由于測(cè)頭無(wú)法有效接觸被測(cè)面而無(wú)法完成測(cè)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(cè)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(chǎng)上的樣膏,選取型號(hào)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(dá)到0.01mm,最大去除殘留為5%,且無(wú)毒性,易附著于各種材質(zhì)表面,成型時(shí)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(wàn)能工具顯微鏡及其使用

選用帶有圖像處理軟件的萬(wàn)能工具顯微鏡,作為該方法所使用的主要測(cè)量設(shè)備[2]。 該類萬(wàn)能工具顯微鏡采用精密光柵系統(tǒng)作為測(cè)量元件,測(cè)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(diǎn),且具有功能強(qiáng)大的圖像處理軟件,能夠采集坐標(biāo)點(diǎn)、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(dòng)識(shí)別輪廓邊界,減少人為差錯(cuò),提高操作效率；采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)處理技術(shù),將光柵數(shù)顯系統(tǒng)采集的信號(hào)實(shí)時(shí)輸入計(jì)算機(jī),由功能強(qiáng)大的二坐標(biāo)測(cè)量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,能高效完成各種復(fù)雜的測(cè)量工作。

表1 數(shù)據(jù)重復(fù)性表

表2 數(shù)據(jù)對(duì)比表

1.3 檢測(cè)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(cè)位置,并將其壓實(shí)壓緊。樣膏的多少根據(jù)被測(cè)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(shí)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(wú)效樣膏切除。

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

3）切割樣膏。采用專用切割裝置對(duì)取出的樣膏模型進(jìn)行樣膏切片,切片時(shí)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(yàn)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(cè)量時(shí)測(cè)量輪廓不真實(shí),太薄容易導(dǎo)致被測(cè)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(cè)量時(shí)部分輪廓跑焦。

4）測(cè)量樣膏。將樣膏切片平放于萬(wàn)能工具顯微鏡的玻璃工作臺(tái)上,選用3倍物鏡,調(diào)整光圈、焦距,直至視野清晰后開(kāi)始測(cè)量。測(cè)量過(guò)程根據(jù)被測(cè)要素的特征選擇采點(diǎn)方式進(jìn)行,測(cè)量圓弧時(shí)選擇自動(dòng)采點(diǎn),應(yīng)在被測(cè)樣膏的光滑圓弧段均勻采點(diǎn)。值得注意的是,如果被測(cè)量的尺寸型面短,應(yīng)在采點(diǎn)時(shí)慎重選取采點(diǎn)范圍,范圍過(guò)大則超出被測(cè)型面,范圍過(guò)小所測(cè)量的尺寸會(huì)產(chǎn)生較大偏差。同時(shí),對(duì)型面短小的被測(cè)量面應(yīng)盡可能地多采點(diǎn)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1）重復(fù)性

為了驗(yàn)證本文討論方法的有效性,對(duì)某機(jī)型止口R進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量。對(duì)被測(cè)樣膏進(jìn)行切樣,隨機(jī)選取編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#樣膏,分別進(jìn)行9次測(cè)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(jìn)行計(jì)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(cè)量的重復(fù)性較好。

2）數(shù)據(jù)比對(duì)

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文所述方法,以某三級(jí)盤(pán)前止口新品作為被測(cè)量的對(duì)象與設(shè)計(jì)圖紙尺寸進(jìn)行比較[4]。對(duì)該三級(jí)盤(pán)前止口進(jìn)行均勻打樣和取樣,在均勻分布的10個(gè)位置進(jìn)行樣膏切片。對(duì)這10個(gè)被測(cè)樣膏分別進(jìn)行三次測(cè)量,得出的數(shù)據(jù)如表2所示。

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

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了通過(guò)用樣膏替代被測(cè)量,與數(shù)顯萬(wàn)工顯相結(jié)合實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量的方法,并將此方法用于某機(jī)型止口復(fù)雜位置R尺寸的測(cè)量,進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,測(cè)量重復(fù)性在0.010~0.015mm范圍內(nèi),且測(cè)量結(jié)果對(duì)比試驗(yàn)均在被測(cè)尺寸的公差范圍內(nèi)。說(shuō)明該方法切實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)了不可直接測(cè)量復(fù)雜位置尺寸的測(cè)量。且該方法操作簡(jiǎn)單,檢測(cè)成本低,適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)。

[1] 劉大響,陳光.航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)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(cè)量的萬(wàn)能工具顯微鏡[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,13(5)：47-49.

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

[4] 吳世功.測(cè)量數(shù)據(jù)分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1988.