胡蓉
摘 要:本文分析了回轉(zhuǎn)體零件角度尺寸的檢測(cè)結(jié)果,通過(guò)計(jì)算對(duì)平臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)和三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行分析,得出:三坐標(biāo)自動(dòng)化檢測(cè)回轉(zhuǎn)體類零件具有較好的可行性;三坐標(biāo)檢測(cè)回轉(zhuǎn)體類零件檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定、精度高、誤差小。
關(guān)鍵詞:角度尺寸;自動(dòng)化檢測(cè);轉(zhuǎn)臺(tái)檢測(cè)
中圖分類號(hào):TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-5168(2018)04-0051-03
Analysis of Uncertainty of Measurement System for
Angle Size of Revolving Parts
HU Rong
(QC Air to Air Missile Research Institute of Quality Inspection,Luoyang Henan 450015)
Abstract: This paper analyzed the detection results of size rotary parts of angle, through the calculation of the detection system and three coordinate measuring system through uncertainty analysis, obtained: three coordinate automatic detection of rotating parts is feasible; three coordinate detection of rotary parts detection was stable, high precision and small error
Keywords: angle dimension;automatic detection;turntable detection
回轉(zhuǎn)類零件一般具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄、尺寸數(shù)繁多且回轉(zhuǎn)類零件不易找正、不能重復(fù)定位的特點(diǎn),是目前的檢測(cè)難點(diǎn),使用具有測(cè)量精度高、重復(fù)性好、自動(dòng)化程度高的三坐標(biāo)進(jìn)行接觸式測(cè)量,能實(shí)現(xiàn)快速全尺寸自動(dòng)化檢測(cè),直接得出測(cè)量結(jié)果,嚴(yán)格區(qū)分合格項(xiàng)和超差項(xiàng),最大限度地提高工作效率。由此,需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性[1]。
1 平臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量不確定性分析
本文以角度尺寸為例,對(duì)平臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的不確定性進(jìn)行分析。
1.1 測(cè)量方法
測(cè)量方法[2]主要涉及以下幾方面內(nèi)容。
①測(cè)量對(duì)象:標(biāo)稱角度為30°的孔。
②測(cè)量條件:溫度20±3℃。
③測(cè)量?jī)x器:平臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)。
④測(cè)量程序:將零件前端環(huán)固定在分度頭三爪卡盤(pán)上,找正前端環(huán)的找正帶的外圓跳動(dòng)值≤0.05mm,后端環(huán)內(nèi)孔選配堵頭保證間隙不大于0.03mm;找正零件,將數(shù)顯控制箱讀數(shù)置零;旋轉(zhuǎn)分度頭測(cè)得第一孔的角度值,讀出數(shù)顯控制箱讀數(shù),旋轉(zhuǎn)分度頭測(cè)得第二孔的角度值,讀出數(shù)顯控制箱讀數(shù),測(cè)得值與標(biāo)稱值之差即為零件工作角度偏差。
1.2 數(shù)學(xué)模型
用分度頭和讀出數(shù)顯控制箱測(cè)量出零件兩孔角度值,測(cè)得值與標(biāo)稱值之差即為零件工作角偏差,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
[Δα=α2-α1-α0] (1)
式(1)中:[Δ]α為工作角角度偏差;α1 為三坐標(biāo)測(cè)量第一個(gè)孔的角度值;α2 為三坐標(biāo)測(cè)量第二個(gè)孔的角度值;α0 為工作角標(biāo)稱角度值。
式(1)是零件兩孔角度偏差被測(cè)量估計(jì)值不確定度的測(cè)量模型。測(cè)量不確定度來(lái)源分析應(yīng)從設(shè)備、人員、環(huán)境、方法及被測(cè)對(duì)象幾個(gè)方面考慮。很明顯,式(1)包括了被測(cè)量估計(jì)值不確定度有主要影響的其他輸入量的不確定度分量,因測(cè)量環(huán)境溫度變化對(duì)角度測(cè)量的影響很小,故可以忽略。影響角度值偏差測(cè)量不確定度的因素主要有以下幾方面。①分度頭引入的不確定度分量[uα1=u1];②數(shù)顯控制箱示值誤差引入的不確定度分量[uα2=u2];③測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[uα3=u3]。
式(1)中,[Δ]α的不確定度取決于α1、α2,兩者互不相關(guān)。
依據(jù)公式[u2cy=?f?x12u2xi],得出被測(cè)量不確定度的測(cè)量函數(shù)為:
[u2Δα=c21u2α1+c22u2α2+c23u2α3] (2)
1.3 輸入量估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
1.3.1 由分度頭引入的不確定度分量[u1]。從儀器說(shuō)明書(shū)可知,分度頭最大間隔分度誤差為±20″,服從均勻分布,[k=3],則
[ua1=203=11.55] (3)
1.3.2 從數(shù)顯控制箱示值誤差引入的不確定度分量[u2]。從儀器說(shuō)明書(shū)可知,數(shù)顯控制箱分辨力為±1″,服從均勻分布,[k=3],則
[ua2=13=0.58] (4)
1.3.3 由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[u3]。對(duì)30°的角度重復(fù)測(cè)量10次,角度測(cè)量結(jié)果如表1所示。
單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為:
[s=v2in-1=0.24] (5)
算數(shù)平均值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:
[u2=0.2410=0.08] (6)
1.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表
分度頭標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如表2所示。
以上各量彼此獨(dú)立,互不相關(guān),故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
[uc=u21+u22+u23=11.552+0.292+0.082=11.55](7)
取k=2,擴(kuò)展不確定度為:
U=k×uc =2×11.55″=23.10″ (8)
2 三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果不確定性分析
本文以角度尺寸為例,對(duì)三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的不確定性進(jìn)行分析。
2.1 測(cè)量方法
①測(cè)量對(duì)象:標(biāo)稱角度為30°的孔。
②測(cè)量條件:溫度20±2℃。
③測(cè)量?jī)x器:三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)WENZEL LH1210。
④測(cè)量程序:將零件擺放在V型塊上,建立好坐標(biāo)系后,調(diào)三坐標(biāo)角度與第一孔軸線方向平行,測(cè)得第一孔的角度值,旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與第一孔角度值重合。調(diào)三坐標(biāo)角度與第二孔軸線方向平行,測(cè)得第二孔的角度值,測(cè)得值與標(biāo)稱值之差即為零件工作角度偏差。
2.2 數(shù)學(xué)模型
用三坐標(biāo)和V型塊組合測(cè)量出零件兩孔角度值,測(cè)得值與標(biāo)稱值之差即為零件工作角偏差,其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:
[Δα=α2-α1-α0] (9)
式(9)是零件兩孔角度偏差被測(cè)量估計(jì)值不確定度的測(cè)量模型。測(cè)量不確定度來(lái)源分析應(yīng)從設(shè)備、人員、環(huán)境、方法及被測(cè)對(duì)象幾個(gè)方面考慮。很明顯,式(9)包括了被測(cè)量估計(jì)值不確定度有主要影響的其他輸入量的不確定度分量,因測(cè)量環(huán)境溫度變化對(duì)角度測(cè)量的影響很小,故可以忽略。V型塊軸向找正在0.02mm內(nèi),對(duì)角度測(cè)量影響很小,故可以忽略。影響角度值偏差測(cè)量不確定度的因素主要有以下幾點(diǎn):①三坐標(biāo)引入的不確定度分量[uα1=u1];②測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[uα2=u2]。
式(9)中,[Δ]α的不確定度取決于α1、α2,兩者互不相關(guān)。
依據(jù)公式[u2cy=?f?xi2u2xi],得被測(cè)量不確定度的測(cè)量函數(shù):
[u2Δα=c21u2α1+c22u2α2] (10)
2.3 輸入量估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
由三坐標(biāo)引入的不確定度分量。
從儀器說(shuō)明書(shū)可知,誤差為±2.3μm+(L/350.0mm)μm,當(dāng)被測(cè)元素外圓直徑尺寸為200mm,角度為30°時(shí),根據(jù)公式,得到角向偏移量為誤差為±0.28″,服從均勻分布,k=[3],則:
[uα1=0.113=0.06] (11)
單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為:
[s=v2in-1=0.22] (12)
算數(shù)平均值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:
[u2=0.2410=0.07] (13)
2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表
三坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如表4所示。
2.5 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
以上各量彼此獨(dú)立,互不相關(guān),故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
[uc=u21+u22=0.162+0.072=0.17] (14)
取k=2,擴(kuò)展不確定度為:
U =k×uc =2×0.17″=0.34″ (15)
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)比三坐標(biāo)和平臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)的不確定度0.34″<23.11″。說(shuō)明三坐標(biāo)測(cè)量質(zhì)量好,測(cè)量結(jié)果分散性小,被測(cè)參數(shù)可能存在的區(qū)間小,測(cè)量結(jié)果更接近零件真實(shí)值。
此外,從上述分析還可以得出以下結(jié)論:①三坐標(biāo)自動(dòng)化檢測(cè)回轉(zhuǎn)體類零件具有較好的可行性;②三坐標(biāo)檢測(cè)回轉(zhuǎn)體類零件檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定、精度高、誤差小。
參考文獻(xiàn):
[1]宋明順.測(cè)量不確定度評(píng)定與數(shù)據(jù)處理[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2000.
[2]中國(guó)人民解放軍總裝備部.測(cè)量不確定度的表示及評(píng)定:GJB 3756—1999[S].北京:國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部,1999.