林永強(qiáng)，周 菁，張曉磊

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 計(jì)量理化檢測中心，山東 青島 266111)

轉(zhuǎn)向架是高速列車的重要核心部件之一，是牽引、承載、行走和導(dǎo)向的關(guān)鍵裝置，對提高列車速度、增加列車載重都有重要意義[1]。軸承、車軸和輪對是組成軌道車輛轉(zhuǎn)向架的主要部件，在轉(zhuǎn)向架裝配階段，軸承、車軸和輪對需要通過過盈配合安裝，對部件的尺寸有較高的準(zhǔn)確度要求。為保證軸承、車軸及輪對等部件的安裝成功率，需要在裝配前對各個(gè)部件進(jìn)行準(zhǔn)確地檢測，確保各個(gè)參數(shù)值滿足設(shè)計(jì)要求，從而避免反復(fù)拆卸裝配。

輪對需要檢測的幾何參數(shù)包括輪對及制動(dòng)盤內(nèi)側(cè)距、車輪及制動(dòng)盤軸向位置尺寸、車輪滾動(dòng)圓直徑等尺寸參數(shù)，以及車軸軸身跳動(dòng)、車輪踏面徑向跳動(dòng)、車輪及制動(dòng)盤端面跳動(dòng)等形位誤差參數(shù)。傳統(tǒng)檢測方法采用輪對內(nèi)距尺、車輪檢查器等專用量具實(shí)現(xiàn)輪對幾何參數(shù)的檢測，基本上仍靠手工測量。但這種狀況使得操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率不高，不同的檢測人員測量結(jié)果差別較大，影響測量的精度和可靠性，很難滿足我國高速列車產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求。

工業(yè)4.0的推進(jìn)給產(chǎn)品生產(chǎn)方式帶來了轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)過程中，測量工具從通用量具發(fā)展為自動(dòng)檢測設(shè)備，測量數(shù)據(jù)與加工中心共享資料庫，測量程序與加工程序共用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從設(shè)計(jì)模型直接生成測量以及加工程序；機(jī)器人通過RFID快速管理物料并實(shí)現(xiàn)上下料，檢測設(shè)備通過傳感器識別工件安裝是否到位，自動(dòng)調(diào)用測量程序。數(shù)字化信息系統(tǒng)將測量過程中的測量設(shè)備、機(jī)器人系統(tǒng)、機(jī)器人外圍系統(tǒng)、料架系統(tǒng)、零件標(biāo)識系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等有效串聯(lián)起來，形成測量單元，有效管理測量信息，為加工、裝配過程提供數(shù)據(jù)反饋，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率[2]。

從上述過程可知，自動(dòng)檢測設(shè)備的關(guān)鍵作用在于檢測得到各部件的測量值并為其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供依據(jù)。因此，自動(dòng)檢測設(shè)備的在線校準(zhǔn)是保障其發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與試驗(yàn)室校準(zhǔn)不同，在線校準(zhǔn)更能夠反映設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境下的真實(shí)測量能力，但需要考慮阿貝誤差、環(huán)境誤差、安裝誤差等因素對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

本文對軌道交通輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了研究，分析了測量結(jié)果的誤差來源，給出了適合該自動(dòng)檢測設(shè)備的現(xiàn)場校準(zhǔn)解決方法，并根據(jù)給出的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 軌道交通輪對自動(dòng)檢測設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)

為滿足軌道交通輪對檢測快速數(shù)字化、高精度方面的需求，本文根據(jù)輪對檢測特點(diǎn)及輪對現(xiàn)場檢測流程搭建了一套可以檢測輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的自動(dòng)化檢測設(shè)備。

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及原理

軌道交通輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要包括2個(gè)尾座夾緊提升裝置、1個(gè)主測量支撐裝置、4個(gè)子測量支撐裝置(每個(gè)子測量支撐裝置上有1個(gè)浮動(dòng)測量頭)、撥輪機(jī)構(gòu)、全自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)塊上下料裝置、零位校準(zhǔn)器、測量設(shè)備底座、軌道、電氣柜、安全圍欄等。

1.2 尾座夾緊提升裝置

輪對(包括非動(dòng)力輪對與動(dòng)力輪對)在軌道上手動(dòng)運(yùn)輸或由撥輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)運(yùn)送到輪對檢測設(shè)備上料工位后，尾座夾緊提升裝置根據(jù)輪對輪徑值，自動(dòng)調(diào)整高度，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在水平線性導(dǎo)軌上移動(dòng)，利用頂尖將輪對夾緊，并將輪對提升。提升裝置通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂尖在垂直線性導(dǎo)軌上移動(dòng)，輪對兩側(cè)起升高度偏差不大于0.1 mm，輪對測量過程中提升機(jī)構(gòu)自鎖，不允許發(fā)生輪對下沉。夾緊裝置其中一個(gè)頂尖由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)輪對在提升的同時(shí)開始旋轉(zhuǎn)。尾座夾緊提升裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 尾座夾緊提升裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 測量支撐裝置

測量設(shè)備上有1個(gè)主測量支撐裝置，如圖3所示，主測量支撐裝置可在豎直方向上移動(dòng)。在主測量支撐裝置上裝有光柵尺及4個(gè)子測量支撐裝置，子測量支撐裝置可通過軸向直線位移單元在主測量支撐裝置上水平移動(dòng)。每個(gè)子測量支撐裝置均安裝有光柵尺及1個(gè)浮動(dòng)測量頭，測量頭可通過徑向直線位移單元在子測量臂上沿車軸垂直方向直線移動(dòng)。當(dāng)輪對旋轉(zhuǎn)時(shí)通過接觸式測量方式測量輪對所有的參數(shù)。

圖3 測量支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 浮動(dòng)測量頭

浮動(dòng)測量頭是用于測量輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的傳感器，包括輪軸徑向測量頭和輪盤端面測量頭，可通過測量頭橫向直線位移單元和徑向直線位移單元分別實(shí)現(xiàn)平行于軸向和垂直于軸向的雙向測量，分別給出輪對、制動(dòng)盤之間的內(nèi)側(cè)距和車軸軸身及車輪踏面的徑向跳動(dòng)的測量結(jié)果。浮動(dòng)測量頭的動(dòng)力單元位于測量頭的主體中，測量頭的平移運(yùn)動(dòng)通過與動(dòng)力單元協(xié)調(diào)的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來保證，偏轉(zhuǎn)的信息傳輸通過感應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器的信號由可編程控制器進(jìn)行計(jì)算。

1.5 零位校準(zhǔn)器

零位校準(zhǔn)器是具有輪對結(jié)構(gòu)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)件，用于測量設(shè)備在測量一定數(shù)量工件后或在指定周期進(jìn)行自校準(zhǔn)。檢測設(shè)備對各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量塊在軸向方向和徑向方向的尺寸進(jìn)行測量，測量結(jié)果需與輪對線控制系統(tǒng)通信，合格后可進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)，不合格則需要通過修正設(shè)備參數(shù)進(jìn)行測量系統(tǒng)校正。

2 測量數(shù)學(xué)模型

按照設(shè)定的檢測程序，控制1對浮動(dòng)測量頭分別移動(dòng)到左右軸肩、左右輪對、左右制動(dòng)盤所在的位置，橫向測量頭測量軸向位置，徑向測量頭測量直徑，依次旋轉(zhuǎn)輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件，得到所接觸測量面的位置及測量面的跳動(dòng)。

浮動(dòng)測量頭所在的位置由測量頭直線位移單元決定。在設(shè)備自校準(zhǔn)階段，已預(yù)先通過使用已知軸向和徑向位置及尺寸的零位校準(zhǔn)器對傳感器進(jìn)行了校零，然后測量同一規(guī)格的輪對。測量時(shí)，浮動(dòng)測量頭只產(chǎn)生微小的變化量，測量結(jié)果基于零位校準(zhǔn)結(jié)果，得到的是車軸直徑、跳動(dòng)的相對變化量，以及內(nèi)側(cè)距的相對位置。零位校準(zhǔn)器某輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)值為M0，左右1對測量頭的微小位移量分別為m1、m2，理想情況下，該輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量值M可表示為：

M=M0+m1+m2

(1)

在現(xiàn)場環(huán)境條件下，零位校準(zhǔn)器檢定環(huán)節(jié)、檢測設(shè)備自校準(zhǔn)環(huán)節(jié)以及輪對測量環(huán)節(jié)所處的環(huán)境溫度不能保持一致，需考慮環(huán)境溫度變化對測量結(jié)果造成的影響。另外，測量頭直線位移單元的定位誤差也會(huì)對測量結(jié)果造成影響。設(shè)零位校準(zhǔn)器輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)受溫度變化的影響產(chǎn)生的變化量為ΔM0，被測輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)受溫度影響的變化量為ΔM，浮動(dòng)測量頭微小位移量受溫度變化的影響產(chǎn)生的變化量分別為Δm1、Δm2，直線位移單元定位誤差為Δli，則式(1)可表示為：

(2)

式中：ΔT2——測量環(huán)境溫度T2與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度T0之間的變化量；

ΔT1——零位校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境溫度T1與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度T0之間的變化量；

αs——零位校準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)；

αw——被測輪對的線膨脹系數(shù)。

從上述測量模型可以看出，影響測量結(jié)果的因素主要包括測量環(huán)境溫度的變化、直線位移單元定位精度、零位校準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)等。如果零位校準(zhǔn)器和被測輪對的線膨脹系數(shù)相近，且測量環(huán)境溫度與零位校準(zhǔn)時(shí)的溫度變化不大，則才可認(rèn)為ΔM0與ΔM相近。由于傳感器測量的是相對值，環(huán)境溫度變化對其測量尺寸變化的影響量Δmi可認(rèn)為是微小量。當(dāng)直線位移單元的重復(fù)定位精度較高時(shí)，Δli也可以忽略。因此，為了準(zhǔn)確獲得標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下M的值，需要保證以下條件：

(1)零位校準(zhǔn)時(shí)的溫度與測量環(huán)境溫度一致；

(2)零位校準(zhǔn)器的材質(zhì)與典型輪對的材質(zhì)一致；

(3)測量頭直線位移單元有較高的重復(fù)定位精度。

在進(jìn)行相對測量時(shí)，零位校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性直接影響測量結(jié)果。然而，由于環(huán)境溫度在現(xiàn)場條件下難以保持一致，需要考慮環(huán)境溫度變化對測量結(jié)果的影響；如果輪對軸向結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量結(jié)果不合格，還應(yīng)考慮測量頭直線位移單元的定位誤差是否對測量結(jié)果造成了影響。在對輪對自動(dòng)檢測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)對其在現(xiàn)場環(huán)境下的綜合測量能力進(jìn)行評價(jià)。

3 計(jì)量特性

輪對自動(dòng)化檢測設(shè)備的計(jì)量特性包括輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量誤差、測量重復(fù)性，必要時(shí)，還應(yīng)對設(shè)備測量頭直線位移單元的定位精度、重復(fù)定位精度進(jìn)行校準(zhǔn)。具體定義如下：

(1)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)測量誤差，即輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量結(jié)果與實(shí)際值之間的誤差；

(2)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)測量重復(fù)性，即使用相同測量方法、相同觀測者、相同的測量儀器、相同場所、相同工作條件和短時(shí)期內(nèi)，對同一輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)連續(xù)測量所得結(jié)果之間的一致程度；

(3)測量頭直線位移單元的定位精度，即測量頭沿車軸方向直線移動(dòng)的實(shí)際位置與標(biāo)準(zhǔn)位置之間的誤差；

(4)測量頭直線位移單元的重復(fù)定位精度，即在相同條件下，測量頭沿車軸方向直線移動(dòng)到同一目標(biāo)位置的一致程度。

4 軌道交通輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的校準(zhǔn)方法

軌道交通輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的檢測對象包含輪對、制動(dòng)盤之間的內(nèi)側(cè)距、車輪、制動(dòng)盤端面跳動(dòng)及裝配后車軸軸身及車輪踏面的徑向跳動(dòng)等多種參數(shù)，且參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián)，為了準(zhǔn)確評價(jià)設(shè)備測量這些參數(shù)的能力，必須考慮到被測對象的定位、裝卡對測量結(jié)果的影響、測量環(huán)境對測量結(jié)果的影響、測量系統(tǒng)自身修正及補(bǔ)償?shù)挠绊懙?。本文采用?shí)物標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法對輪對自動(dòng)檢測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器上包含檢測設(shè)備被測對象的所有參數(shù)，作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)備測量值與標(biāo)準(zhǔn)器參考值進(jìn)行比較，驗(yàn)證檢測設(shè)備的準(zhǔn)確性。實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)方法可以很好地解決多參數(shù)量值傳遞問題，改變傳統(tǒng)校準(zhǔn)模式，關(guān)注被測對象和測量過程的各種影響因素，實(shí)現(xiàn)對專用自動(dòng)檢測設(shè)備的現(xiàn)場準(zhǔn)確校準(zhǔn)。

本文中的輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量誤差和測量重復(fù)性要求如表1所示。

表1 輪對自動(dòng)檢測設(shè)備測量精度指標(biāo) mm

4.1 輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件

本文采用的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器為輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件(圖4)。輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件上包含模擬車輪和模擬制動(dòng)盤,其外形尺寸、材質(zhì)與典型的輪對一致，能夠給出所有輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，見表2。輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件的所有輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)經(jīng)由三坐標(biāo)測量機(jī)給出參考值，且經(jīng)過第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定，并配有檢定證書，測量不確定度U=0.005 mm(置信因子k=2)。

表2 輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)及其標(biāo)識

圖4 輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件

4.2 校準(zhǔn)方法及流程

4.2.1 校準(zhǔn)程序

考慮環(huán)境溫度變化對測量結(jié)果的影響，執(zhí)行校準(zhǔn)過程需要在3個(gè)不同的時(shí)間段下進(jìn)行。測量時(shí)段應(yīng)滿足驗(yàn)證系統(tǒng)測量重復(fù)性的短時(shí)期要求，各個(gè)時(shí)段之間的時(shí)間間隔不宜過長，3個(gè)時(shí)段下的測量環(huán)境溫度應(yīng)在(20±2.5)℃范圍內(nèi)。測量前，將輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件在現(xiàn)場進(jìn)行定溫，時(shí)間不少于8 h。

每個(gè)時(shí)段下的校準(zhǔn)程序如下：

(1)輪對自動(dòng)檢測設(shè)備經(jīng)過開機(jī)預(yù)熱、零位校準(zhǔn)后，將輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件放置在夾持和旋轉(zhuǎn)單元上，確定旋轉(zhuǎn)過程中輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無振動(dòng)、卡澀等現(xiàn)象后，可以實(shí)施校準(zhǔn)；

(2)按照設(shè)定的檢測程序，控制2個(gè)雙向測量頭分別移動(dòng)到左右軸肩、左右輪對、左右制動(dòng)盤所在的位置，橫向測量頭測量軸向位置，縱向測量頭測量直徑，依次旋轉(zhuǎn)輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件，得到所接觸測量面的位置及測量面的跳動(dòng)，往復(fù)進(jìn)行6次測量，完成第1個(gè)時(shí)段的測量；

(3)重新裝卡輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件，重復(fù)步驟(2)，共進(jìn)行3個(gè)時(shí)段的測量。

4.2.2 測量結(jié)果的處理

每個(gè)時(shí)段下，各個(gè)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的6次測量結(jié)果的平均值作為該參數(shù)的測量值，測量值與參考值之差即為輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量誤差，即：

(3)

(4)

式中：T——測量時(shí)段，T=1，2，3；

Mk——第k個(gè)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的參考值；

按照公式(3)、(4)計(jì)算測量誤差，各個(gè)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量誤差為3個(gè)時(shí)段每個(gè)參數(shù)的測量誤差的平均值，并采用極差法[3]計(jì)算測量重復(fù)性：

(5)

(6)

sk——第k個(gè)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量重復(fù)性；

dn——極差系數(shù)，與重復(fù)測量次數(shù)有關(guān)。本次校準(zhǔn)在3個(gè)測量時(shí)段下進(jìn)行，取dn=2。

4.2.3 測量頭直線位移單元的定位精度和定位重復(fù)性

參照J(rèn)JF 1251—2010《坐標(biāo)定位測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》[4]，利用激光干涉儀對每個(gè)位移單元在全測量行程均勻選擇6個(gè)以上的目標(biāo)位置，進(jìn)行往復(fù)6次測量，計(jì)算往復(fù)雙向測量的定位精度和重復(fù)定位精度。

5 測量不確定度分析

5.1 測量誤差模型

使用輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件對輪對自動(dòng)化測量系統(tǒng)測量輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的能力進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，測量系統(tǒng)的測量值與校準(zhǔn)用輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件的參考值之間的差值為測量誤差，公式如下：

(7)

式中：e——輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量誤差；

M——輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的參考值。

由測量原理和測量方法，得到輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)測量誤差模型：

(8)

式中：Δα——被測輪對與零位校準(zhǔn)器線膨脹系數(shù)差；

ΔT——測量環(huán)境溫度與零位校準(zhǔn)時(shí)的溫度差。

由于各輸入量之間不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(M)的計(jì)算公式為：

(9)

其中，

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

由于Δα、ΔT較小，所以c2≈-1，c4、c5約為0。

式中：c——靈敏系數(shù)；

u——不確定度分量；

Δl——直線位移單元定位誤差。

5.2 測量不確定度來源

由測量原理可分析得到測量不確定度來源于表3所示的幾個(gè)方面。

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度表

5.3 測量不確定度評定

5.3.1 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

在重復(fù)性條件下，輪對自動(dòng)化測量系統(tǒng)得到3組6次輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量數(shù)據(jù)，并使用極差法計(jì)算測量重復(fù)性。采用A類方法進(jìn)行評定。表4為輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的測量結(jié)果(以M03測量結(jié)果為例)。

表4 M03的測量誤差與測量重復(fù)性 mm

使用極差法計(jì)算測量重復(fù)性sk如下：

(17)

經(jīng)計(jì)算，sk為0.006 mm，即u1=6.0 μm。

5.3.2 輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

5.3.3 線膨脹系數(shù)差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

5.3.4 溫度差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

5.3.5 測量頭直線位移單元引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

測量頭直線位移單元定位誤差0.005 mm，重復(fù)定位精度0.002 mm，則u7=2.0(μm)。

5.3.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(M)

5.3.7 擴(kuò)展不確定度U

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度U=kuc(M)≈15(μm)。

6 設(shè)備綜合測量能力校準(zhǔn)試驗(yàn)

6.1 校準(zhǔn)結(jié)果

根據(jù)前文所述的校準(zhǔn)方法和測量不確定度分析，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件，選取了3個(gè)不同的時(shí)間段，使用輪對自動(dòng)檢測設(shè)備對輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行重復(fù)測量[5]。3個(gè)時(shí)間段的環(huán)境條件溫度分別為17.7 ℃、18.3 ℃、19.2 ℃。根據(jù)輪對結(jié)構(gòu)特征參數(shù)測量精度指標(biāo)，對3個(gè)時(shí)段的測量結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大部分校準(zhǔn)項(xiàng)目合格，僅存在小部分不合格項(xiàng)(左輪直徑，A-B基準(zhǔn)間距，左輪、右輪內(nèi)邊距，左、右制動(dòng)盤內(nèi)邊距，制動(dòng)盤中間距，制動(dòng)盤內(nèi)間距，左、右制動(dòng)盤中邊距，最大、最小輪間距，左、右制動(dòng)盤外邊距，左輪、右輪踏面跳動(dòng)，左輪、右輪內(nèi)側(cè)面跳動(dòng)，軸中心跳動(dòng))。

6.2 校準(zhǔn)結(jié)果分析

3個(gè)時(shí)間段內(nèi)各幾何尺寸參數(shù)(不包括跳動(dòng)等形位誤差參數(shù))的測量誤差及標(biāo)準(zhǔn)偏差如圖5所示。

圖5 3個(gè)時(shí)間段內(nèi)各幾何尺寸參數(shù)的測量結(jié)果

由圖5可知：

(1)輪對幾何尺寸的測量誤差均在±0.05 mm以內(nèi)。

(2)第1時(shí)段的測量標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，部分參數(shù)超出了0.010 mm；第2時(shí)段的測量標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，不超過0.006 mm；第3時(shí)段的測量標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.010 mm。

(3)3個(gè)時(shí)段中，各個(gè)間距參數(shù)(與基準(zhǔn)邊有關(guān))的標(biāo)準(zhǔn)偏差值都較大，而與基準(zhǔn)邊無關(guān)的相對量參數(shù)如寬度、直徑等的標(biāo)準(zhǔn)偏差值都較小。

(4)A-B基準(zhǔn)間距的各時(shí)段綜合測量結(jié)果中標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，測量重復(fù)性差，由此導(dǎo)致所有與基準(zhǔn)邊有關(guān)的參數(shù)測量的重復(fù)性都偏大；從測量結(jié)果看絕大多數(shù)參數(shù)的測量偏差都在±0.02 mm之內(nèi)。除了左輪直徑和制動(dòng)盤中間距2個(gè)參數(shù)的絕對偏差較大外,其他參數(shù)的偏差分布均滿足統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。其中，3個(gè)時(shí)間段內(nèi)各個(gè)間距參數(shù)的相對變化如圖6所示，直徑與寬度的相對變化如圖7所示。

圖6 3個(gè)時(shí)間段內(nèi)各間距參數(shù)的相對變化

圖7 3個(gè)時(shí)間段內(nèi)直徑與寬度的相對變化

由圖6、圖7可知，溫度變化導(dǎo)致的測量結(jié)果的變化較為明顯：受線膨脹系數(shù)與定位基準(zhǔn)的影響，隨著溫度升高，間距測量值減小，直徑與寬度的測量值增大。其中，間距參數(shù)變化量最高達(dá)-0.080 mm(A-B基準(zhǔn)間距)，直徑與寬度的變化量最高為0.019 mm(左輪寬度)。

由此可見，該輪對自動(dòng)檢測設(shè)備在實(shí)施測量時(shí)，應(yīng)特別注重基準(zhǔn)間距的測量，必要時(shí)校準(zhǔn)測量頭軸向移動(dòng)單元的定位精度和定位重復(fù)性，保證在設(shè)備要求的范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

通過實(shí)際應(yīng)用表明，本文提出的在線校準(zhǔn)方法能夠有效解決傳感器單獨(dú)校準(zhǔn)引起的二次安裝以及定位問題，實(shí)現(xiàn)了使用現(xiàn)場校準(zhǔn)的功能，節(jié)省了校準(zhǔn)時(shí)間；分析了可能對檢測設(shè)備測量結(jié)果帶來影響的不確定度來源，包括系統(tǒng)測量重復(fù)性、輪對標(biāo)準(zhǔn)樣件、線膨脹系數(shù)之差、環(huán)境溫度的變化等等，校準(zhǔn)結(jié)果具有較高的可信賴度。

采用標(biāo)準(zhǔn)樣件對專用檢測設(shè)備進(jìn)行在線校準(zhǔn)能夠評價(jià)輪對自動(dòng)檢測設(shè)備的真實(shí)、全面的測量能力，同時(shí)具有易操作性等優(yōu)點(diǎn)，在同類型自動(dòng)化測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)中值得推廣應(yīng)用。