樊寅斌，李 兵

（1.中國(guó)工程物理研究院計(jì)量測(cè)試中心，四川 綿陽(yáng) 621900;2.西安交通大學(xué) 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

0 引 言

國(guó)內(nèi)外針對(duì)孔徑測(cè)量的研究主要面向高準(zhǔn)確度、高效率、通用型的綜合量?jī)x的研制，目前主要有接觸式和非接觸式兩種測(cè)量方式，測(cè)量設(shè)備如塞規(guī)、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光學(xué)量?jī)x、氣動(dòng)量?jī)x等[1]。

接觸式測(cè)量是通過(guò)測(cè)頭與孔壁接觸來(lái)獲取孔的坐標(biāo)值從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔徑的測(cè)量。其中塞規(guī)只能判斷被測(cè)孔徑是否合格，不能得到具體孔徑尺寸[2]。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量范圍較廣，通孔或盲孔均可測(cè)量，但是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)測(cè)量環(huán)境要求較高，只適合進(jìn)行線下抽檢。光學(xué)測(cè)量是利用激光掃描或數(shù)字圖像技術(shù)等進(jìn)行孔徑測(cè)量[3]，其具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，但對(duì)測(cè)量環(huán)境要求較高。

氣動(dòng)量?jī)x是將高壓氣體通過(guò)氣測(cè)頭噴出，由于孔與測(cè)頭之間間隙的變化，引起氣壓改變，通過(guò)氣電轉(zhuǎn)換裝置將氣壓變化量轉(zhuǎn)換成電壓變化量，得到孔內(nèi)徑尺寸以及變化量[4]。氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究始于第二次工業(yè)革命，先后發(fā)展出水柱式氣動(dòng)量?jī)x、差動(dòng)氣路氣動(dòng)量?jī)x、浮標(biāo)式氣動(dòng)測(cè)量?jī)x和電子式氣動(dòng)量?jī)x[5]。目前美國(guó)Edmond公司、日本TOSOK、德國(guó)mahr、瑞士TESA等在氣動(dòng)精密測(cè)量技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)思科博、中原量?jī)x等的氣動(dòng)量?jī)x產(chǎn)品，數(shù)顯分辨率均在亞微米級(jí)，在國(guó)內(nèi)氣動(dòng)測(cè)量產(chǎn)品中處于第一梯隊(duì)。國(guó)內(nèi)高校主要針對(duì)自動(dòng)化氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究。哈工大的程保良[6]設(shè)計(jì)了一種氣動(dòng)測(cè)量塞規(guī)，測(cè)量精度能達(dá)到1 μm，但其線性測(cè)量范圍較小，無(wú)法應(yīng)用于孔徑尺寸公差較大的零件。鄭州輕工業(yè)大學(xué)的陳曉雷[7]研究了基于嵌入式SPC的氣動(dòng)量?jī)x系統(tǒng)，在生產(chǎn)線上對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析及控制，大大提高了對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。

氣動(dòng)測(cè)量可以減輕測(cè)量過(guò)程中零件的損傷，在一定程度上氣流可以清潔被測(cè)表面，而且抗干擾能力好，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，但是現(xiàn)有氣動(dòng)量?jī)x產(chǎn)品多是人工操作的手持式、浮標(biāo)式的氣動(dòng)量?jī)x，為半自動(dòng)化測(cè)量，不適應(yīng)零件自動(dòng)化生產(chǎn)線。難以應(yīng)用在行星架大批量生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線上。本文針對(duì)RV減速器行星架圓周孔孔徑測(cè)量，提出一種基于差壓式氣動(dòng)測(cè)量的孔徑比較式測(cè)量方案，設(shè)計(jì)了氣機(jī)電結(jié)合的高準(zhǔn)確度孔徑自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)化和測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)高效率和高準(zhǔn)確度的孔徑測(cè)量。

1 測(cè)量方法研究

1.1 被測(cè)零件分析

行星架作為RV減速器的核心精密零件，為整個(gè)RV減速器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其圓周孔是精密軸承和偏心軸安裝的關(guān)鍵部位。在實(shí)際加工過(guò)程中，由于生產(chǎn)手段和工藝等因素的限制，將不可避免地出現(xiàn)孔徑尺寸的加工誤差，而孔徑的加工誤差對(duì)減速器的性能有著直接的影響。行星架圓周孔的加工精度直接影響減速器運(yùn)行中的載荷分布、傳動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)也對(duì)RV減速器裝配精度、傳動(dòng)精度以及使用壽命有重要的影響[8]，因此必須通過(guò)檢測(cè)剔除加工誤差較大的零件，同時(shí)只有全檢才能保證其加工效果。本文針對(duì)某型RV減速器320 E的行星架孔徑測(cè)量進(jìn)行研究，如圖1所示，行星架被測(cè)孔為圓周均布孔，分上下孔，公差為0.008 mm，由上下零件裝配后整體磨削加工而成，因此測(cè)量時(shí)上下孔必須同時(shí)測(cè)量。

圖1 行星架（單位：mm）

1.2 孔徑測(cè)量原理

本文提出一種基于差壓式氣動(dòng)測(cè)量的孔徑比較式測(cè)量方案，首先通過(guò)測(cè)量雙標(biāo)定規(guī)得到氣動(dòng)系統(tǒng)的線性參數(shù)，再根據(jù)氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)原理進(jìn)行被測(cè)件孔徑測(cè)量。氣動(dòng)測(cè)量原理如圖2所示，以壓縮空氣為介質(zhì)，氣動(dòng)測(cè)頭外徑與被測(cè)零件內(nèi)工作面存在一定的微小間隙δ，高壓噴嘴將高壓氣流噴入空腔，利用空氣在空腔中的壓差與間隙尺寸的微小變化成線性關(guān)系的特點(diǎn)，用空氣流量或者系統(tǒng)中的背壓來(lái)表征測(cè)頭與孔內(nèi)表面之間的間隙大小[9]。

圖2 氣動(dòng)測(cè)量原理示意圖

根據(jù)氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)原理，測(cè)量時(shí)的氣壓變化與孔的尺寸變化成線性關(guān)系，孔內(nèi)徑的直徑可以通過(guò)公式計(jì)算得出：

式中：p——測(cè)量時(shí)的壓力值，kPa；

k、b——?dú)鈩?dòng)測(cè)頭氣壓與距離線性關(guān)系的斜率和截距。

本文采用雙標(biāo)定規(guī)對(duì)氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，其孔徑已知且視為理想尺寸。通過(guò)氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量雙標(biāo)定規(guī)，即可求出氣動(dòng)系統(tǒng)的線性參數(shù)。

其中 p1、p2分別為上限標(biāo)準(zhǔn)規(guī)和下限標(biāo)準(zhǔn)規(guī)標(biāo)定時(shí)的氣壓值。

氣動(dòng)方案選擇差壓式氣動(dòng)測(cè)量，如圖3所示，當(dāng)空氣經(jīng)過(guò)空壓機(jī)進(jìn)行壓縮，并通過(guò)過(guò)濾器、進(jìn)氣閥和減壓閥后保持恒定的壓力pc，然后分兩路流動(dòng)：一路經(jīng)主噴嘴和測(cè)量噴嘴，從噴嘴擋板機(jī)構(gòu)流入大氣，另一路流入差壓式傳感器的高氣壓輸入端。最后，差壓式壓力傳感器所獲得的值是輸入的恒定壓力pc與測(cè)量腔壓力px的差值。測(cè)量前，預(yù)先調(diào)好減壓閥使pc為恒定的常數(shù)，當(dāng)孔與測(cè)頭之間間隙為0 mm時(shí)，p1等于pc；當(dāng)孔與測(cè)頭之間間隙不為0 mm時(shí)，p2等于px。所以有dmax–dmin=k（pc–px），即S=dmax–dmin=k（pc–px）=k·Δp，即S與pc與px的壓力差Δp呈線性函數(shù)關(guān)系。當(dāng)氣動(dòng)測(cè)頭固定不動(dòng)時(shí)，Δp的變化量即反映間隙S的變化量，從而得到工件尺寸（孔內(nèi)徑）的變化。

圖3 孔徑測(cè)量氣路原理

2 自動(dòng)測(cè)量方案研究

要完成孔徑的在線自動(dòng)測(cè)量，必須自主實(shí)現(xiàn)測(cè)頭噴氣的啟停、氣動(dòng)測(cè)頭相對(duì)于孔軸線的直線運(yùn)動(dòng)和被測(cè)零件的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。本文氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)由氣路系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及氣電轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)三部分組成，運(yùn)動(dòng)方案如圖4所示。

圖4 孔徑測(cè)量方案示意圖

2.1 氣路系統(tǒng)方案

氣路系統(tǒng)包括氣動(dòng)測(cè)頭和氣路結(jié)構(gòu)兩部分。根據(jù)行星架圓周等分孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和公差要求，設(shè)計(jì)氣動(dòng)測(cè)頭。本文設(shè)計(jì)了單截面四向噴嘴，對(duì)徑兩噴嘴共用一支氣路，單截面共兩支氣路，測(cè)量時(shí)得到截面兩垂直方向的直徑，取平均值作為該截面的測(cè)量值。由于行星架有上下兩組通孔需要測(cè)量，因此氣測(cè)頭設(shè)計(jì)雙截面八噴嘴結(jié)構(gòu)。根據(jù)氣動(dòng)測(cè)頭設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保噴嘴在測(cè)量時(shí)處于線性段范圍內(nèi)，噴嘴類型選擇圓噴嘴[10]。其氣動(dòng)測(cè)頭噴嘴數(shù)量與布置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 氣動(dòng)測(cè)頭噴嘴布置圖（單位：mm）

同時(shí)氣動(dòng)測(cè)量屬于比較式測(cè)量，需要用已知的基準(zhǔn)量進(jìn)行標(biāo)定處理。行星架氣動(dòng)測(cè)頭為雙截面八噴嘴設(shè)計(jì)，因此行星架雙標(biāo)定規(guī)采用加厚設(shè)計(jì)，使氣動(dòng)測(cè)頭兩截面噴嘴能夠同時(shí)完成標(biāo)定。本文采用經(jīng)機(jī)械工業(yè)洛陽(yáng)計(jì)測(cè)中心檢定合格的雙標(biāo)定規(guī)系統(tǒng)，其上下限尺寸分別為 Φ58.004 0 mm、Φ57.996 0 mm。綜上完成行星架的氣動(dòng)測(cè)頭設(shè)計(jì)和雙標(biāo)定規(guī)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)分別如圖6、圖7所示。

圖6 八噴嘴氣動(dòng)測(cè)頭

圖7 加厚雙標(biāo)定規(guī)

2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案

根據(jù)內(nèi)徑測(cè)量方案，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和精密回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，如圖8所示，氣動(dòng)測(cè)頭安裝于直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)測(cè)頭在豎直方向的上下運(yùn)動(dòng)，使氣動(dòng)測(cè)頭噴嘴到達(dá)測(cè)量位進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)被測(cè)件固定于圓周回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，氣動(dòng)測(cè)頭軸線與零件圓周等分孔基準(zhǔn)圓相切，保證了氣動(dòng)測(cè)頭能安全進(jìn)入測(cè)量位。

圖8 行星架孔徑測(cè)量部

常規(guī)氣動(dòng)量?jī)x通常是手持式氣測(cè)頭，無(wú)法在生產(chǎn)線上完成自動(dòng)測(cè)量，因此本文設(shè)計(jì)了氣動(dòng)測(cè)頭直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證氣測(cè)頭能夠快速準(zhǔn)確進(jìn)入測(cè)量位，完成自動(dòng)測(cè)量。直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由氣缸、直線導(dǎo)軌、立柱、限位裝置、安裝座和浮動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖9所示。為避免氣動(dòng)測(cè)頭進(jìn)入被測(cè)孔發(fā)生剛性碰撞，設(shè)計(jì)了浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，其刨面圖如圖10所示，氣動(dòng)測(cè)頭固定于安裝板上，保持架上的滾動(dòng)鋼珠使氣動(dòng)測(cè)頭可在上下兩安裝板之間徑向存在微小的運(yùn)動(dòng)自由度，同時(shí)限位套和4個(gè)圓周限位螺釘使其浮動(dòng)距離保持在1 mm內(nèi)，避免了氣動(dòng)測(cè)頭與零件孔壁的剛性碰撞。

圖9 直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖10 浮動(dòng)機(jī)構(gòu)

精密回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖11所示，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、精密主軸、圓光柵與回轉(zhuǎn)定位臺(tái)組成，負(fù)責(zé)零件完成特定角度的旋轉(zhuǎn)與定位。圓光柵在主軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將位置信息實(shí)時(shí)反饋給系統(tǒng)，以控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與啟停。

圖11 精密回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.3 電氣系統(tǒng)方案

本文采用模塊化進(jìn)行電氣系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化和數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)化?？偪刂颇K通過(guò)總線向運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊傳送指令，運(yùn)動(dòng)控制模塊可控制氣動(dòng)測(cè)頭的豎直運(yùn)動(dòng)、圓周回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)及整機(jī)的啟停與急停，數(shù)據(jù)采集模塊可實(shí)現(xiàn)各測(cè)量部傳感器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，電氣系統(tǒng)工作原理見圖12。

圖12 電氣系統(tǒng)工作原理

利用高集成度的工控機(jī)配合運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡、氣電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電箱等硬件模塊，控制伺服電機(jī)和氣缸的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作以及傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。數(shù)據(jù)采集模塊主要用于采集氣動(dòng)測(cè)頭的測(cè)量數(shù)據(jù)，將氣動(dòng)測(cè)頭的壓差信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電箱濾波放大后傳輸給工控機(jī)，參與數(shù)據(jù)處理。采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)，工控機(jī)通過(guò)PCI總線模式發(fā)出指令信號(hào)給運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)信號(hào)處理和響應(yīng)，將數(shù)字量信號(hào)發(fā)送至端子板，進(jìn)而控制伺服電機(jī)與氣缸等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)測(cè)頭直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓周回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制，完成自動(dòng)化測(cè)量過(guò)程，同時(shí)，圓周回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置信號(hào)由圓光柵進(jìn)行反饋，控制伺服電機(jī)的啟停。

3 系統(tǒng)誤差分析

本文研制的孔徑在線測(cè)量?jī)x面向零件自動(dòng)化生產(chǎn)線，生產(chǎn)一線存在振動(dòng)、溫度漂移、灰塵油污等多種因素影響測(cè)量準(zhǔn)確度，同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)與裝配精度也不可避免地給系統(tǒng)引入誤差。

3.1 結(jié)構(gòu)誤差

理想狀態(tài)下，測(cè)量時(shí)氣動(dòng)測(cè)頭軸線和被測(cè)孔軸線完全重合，而當(dāng)測(cè)頭存在安裝誤差或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誤差時(shí)，氣動(dòng)測(cè)頭軸線較理想軸線位置產(chǎn)生平移或傾斜，使氣動(dòng)測(cè)頭噴嘴與被測(cè)孔壁間隙發(fā)生變化，因此引入測(cè)量誤差。當(dāng)氣動(dòng)測(cè)頭軸線較理想軸線位置產(chǎn)生平移時(shí)，氣動(dòng)測(cè)頭與被測(cè)孔壁之間的間隙在徑向呈不均等分布，如圖13為軸線發(fā)生最大位移S時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差最大。

圖13 氣動(dòng)測(cè)頭平移狀態(tài)

由于實(shí)際測(cè)量軸線與理想軸線平行，上下兩截面產(chǎn)生的測(cè)量誤差相同，僅需對(duì)單截面測(cè)量誤差進(jìn)行分析，根據(jù)氣動(dòng)測(cè)頭單截面噴嘴布置方案，氣動(dòng)測(cè)頭存在兩極限位置，如圖14、圖15所示。

圖14 氣動(dòng)測(cè)頭平移位置Ⅰ

圖15 氣動(dòng)測(cè)頭平移位置Ⅱ

視單截面對(duì)徑兩噴嘴連線方向的孔壁距離為實(shí)際測(cè)量值，當(dāng)氣動(dòng)測(cè)頭處于位置Ⅰ時(shí)，噴嘴1、2測(cè)量值為D，噴嘴3、4測(cè)量值為 A1B1，此時(shí)得到的測(cè)量值為：

當(dāng)氣動(dòng)測(cè)頭軸線較理想軸線位置產(chǎn)生傾斜時(shí)，測(cè)頭與被測(cè)孔壁之間的間隙在徑向和軸向呈不均等分布，如圖16為軸線發(fā)生傾斜 θ時(shí)測(cè)頭位置。

圖16 氣動(dòng)測(cè)頭傾斜狀態(tài)

同樣視單截面對(duì)徑兩噴嘴連線方向的孔壁距離為實(shí)際測(cè)量值，當(dāng)傾角 θ最大時(shí)，單截面對(duì)徑噴嘴測(cè)量值相同，因此產(chǎn)生的測(cè)量誤差δ3為：

由于θ極小，測(cè)量誤差δ3可簡(jiǎn)化為：

行星架孔深H為98.3 mm，取行星架上極限尺寸58.004 mm和氣動(dòng)測(cè)頭下極限尺寸57.981 mm差值作為氣動(dòng)測(cè)頭與被測(cè)孔間隙，求得氣動(dòng)測(cè)頭測(cè)量軸線傾斜時(shí)所產(chǎn)生的最大誤差為δ3=0.156 μm。

3.2 環(huán)境溫度影響

孔型零件受熱變形量取決于零件的材料、幾何尺寸、受外力情況以及所處的溫度場(chǎng)。本測(cè)量方案為靜態(tài)測(cè)量，排除受外力的情況，傳統(tǒng)的孔型零件內(nèi)徑的受熱變形量的計(jì)算方法通常是利用一個(gè)線性公式[11]，即 D1=D0（1+αΔT）。針對(duì)行星架較復(fù)雜的實(shí)際外形尺寸，為簡(jiǎn)化處理，只考慮圓周3個(gè)均布孔的熱變形情況，設(shè)其初始內(nèi)徑、外徑分別為d0、D0，則零件在溫度變化前體積為：

當(dāng)溫度變化后，孔形零件的兒何尺寸發(fā)生改變，其內(nèi)徑、外徑分別為d1、D1，且D1=D0（1+αΔT），溫度改變后孔的體積為：

行星架外圓直徑尺寸D0約為Φ200 mm，軸承安裝孔的內(nèi)徑為Φ58 mm。其材質(zhì)為GCr15，其在20～100 ℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)約為1.4×10–5/℃[12-14]。假設(shè)零件均處于穩(wěn)態(tài)均勻溫度場(chǎng)中，可計(jì)算得：當(dāng)溫度變化量ΔT為1℃時(shí)，軸承安裝孔內(nèi)徑尺寸變化量約為0.39 μm。

4 測(cè)量試驗(yàn)研究

4.1 溯源驗(yàn)證試驗(yàn)

在實(shí)際測(cè)量之前，需驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度，經(jīng)機(jī)械工業(yè)洛陽(yáng)計(jì)測(cè)中心進(jìn)行溯源，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸為58.002 0 mm的2等標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)對(duì)氣動(dòng)測(cè)量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)，得到10組校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖17所示，得到示值誤差小于0.5 μm，說(shuō)明氣動(dòng)測(cè)頭測(cè)量準(zhǔn)確度滿足要求。

圖17 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 孔徑測(cè)量試驗(yàn)

孔徑測(cè)量試驗(yàn)環(huán)境為行星架生產(chǎn)線恒溫車間，車間溫度恒定在（20±1）℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度為61%，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)提供0.7 MPa的工業(yè)穩(wěn)壓氣源。在測(cè)量之前對(duì)氣動(dòng)測(cè)頭進(jìn)行標(biāo)定，同一批次零件測(cè)量時(shí)只需標(biāo)定一次，標(biāo)定完成后進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。單個(gè)零件測(cè)量節(jié)拍控制在30 s內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)行星架圓周等分孔孔徑在線快速測(cè)量，測(cè)量流程如圖18所示。

圖18 孔徑測(cè)量流程

在相同的試驗(yàn)條件下，對(duì)編號(hào)1809122的行星架零件進(jìn)行重復(fù)測(cè)量試驗(yàn)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)測(cè)量要求，本試驗(yàn)每個(gè)零件每輪進(jìn)行30次重復(fù)測(cè)量，由于行星架屬于上下深孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，測(cè)量時(shí)利用雙截面八噴嘴氣動(dòng)測(cè)頭，可同時(shí)獲得上孔、下孔的孔徑。并使用Leitz Infinity 15.9.7/B4s三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行測(cè)量，獲得圓周Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量值，其在100 mm×100 mm×100 mm空間范圍內(nèi)的任何位置測(cè)量誤差值可達(dá)到（0.3+L/1 000）μm，視三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量值為參考值，見表1，計(jì)算得到測(cè)量誤差。行星架孔徑測(cè)量標(biāo)定與測(cè)量過(guò)程如圖19所示。

圖19 行星架測(cè)量過(guò)程

表1 行星架孔徑試驗(yàn)結(jié)果分析 mm

將行星架的上孔、下孔的測(cè)量數(shù)據(jù)分別繪成折線圖，如圖20、圖21所示。從圖可以看出：測(cè)量數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定；圓周Ⅰ孔、Ⅱ孔、Ⅲ孔的上孔、下孔孔徑測(cè)量值的走勢(shì)相同，說(shuō)明雙截面八碰嘴氣動(dòng)測(cè)頭具有良好的線性特性。

圖20 行星架上孔孔徑測(cè)量結(jié)果

圖21 行星架下孔孔徑測(cè)量結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1，行星架上孔孔徑測(cè)得值極差小于 0.7 μm，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差小于 0.15 μm，誤差小于 1.3 μm；下孔孔徑測(cè)得值極差小于 0.8 μm，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差小于0.22 μm，誤差小于0.8 μm；綜合分析，孔徑測(cè)量部上測(cè)量截面穩(wěn)定性較好，下測(cè)量截面測(cè)量準(zhǔn)確度較好，整體誤差小于1.3 μm，具有較高的準(zhǔn)確度和良好重復(fù)性。

4.3 測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

根據(jù)JJF 1059—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中的不確定度的定義及評(píng)定要求，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，不確定度來(lái)源如表2所示。

表2 不確定度來(lái)源

各不確定度分量不相關(guān)，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)在線測(cè)量RV減速器精密零件行星架的圓周等分孔孔徑，設(shè)計(jì)了基于氣動(dòng)原理的孔徑在線自動(dòng)測(cè)量方案，并研制出孔徑在線測(cè)量?jī)x，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和不確定度評(píng)定，得出以下結(jié)論：

1）研制出一種基于差壓式氣動(dòng)測(cè)量的孔徑在線自動(dòng)測(cè)量?jī)x，操作簡(jiǎn)便，單個(gè)零件測(cè)量節(jié)拍小于30 s，適合生產(chǎn)線上的測(cè)量要求。

2）測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明重復(fù)測(cè)量條件下，孔徑在線自動(dòng)測(cè)量?jī)x重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差小于0.22 μm，測(cè)量誤差小于1.3 μm，測(cè)量結(jié)果不確定度0.8 μm，具有較高準(zhǔn)確性和良好的重復(fù)性。