孫慧霖，楊曉峰，安浩俊

(1.中國(guó)航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150027；2.空軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)軍事代表局駐哈爾濱地區(qū)第一軍事代表室，哈爾濱 150027)

通常，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量孔位置度[1]，對(duì)于鉚釘孔孔徑小于0.9 mm的半保持架，受三坐標(biāo)測(cè)頭直徑與測(cè)頭在孔中移動(dòng)距離的限制，無(wú)法測(cè)量孔位置度。為解決類似的小孔徑孔位置度無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，嘗試采用三維光學(xué)測(cè)量?jī)x進(jìn)行非接觸測(cè)量，并通過(guò)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證該方法的可行性。

1 測(cè)量原理

三維光學(xué)測(cè)量?jī)x是集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖像處理等技術(shù)于一體的測(cè)量?jī)x器，可以高精度、高效率地測(cè)量各種復(fù)雜工件的尺寸、角度及位置等。

1.1 測(cè)量方法及過(guò)程

分離型半保持架鉚釘孔采用外徑定位加工且均勻分布在保持架表面，各孔互為基準(zhǔn)，通過(guò)夾具將半保持架固定在測(cè)量平臺(tái)的適當(dāng)位置。

1.1.1 粗建坐標(biāo)系

將被測(cè)件放在三維光學(xué)測(cè)量?jī)x平臺(tái)的適當(dāng)位置固定。根據(jù)加工定位方式測(cè)量基準(zhǔn)圓，將鏡頭移至基準(zhǔn)圓中心，清空x，y，z軸坐標(biāo)，完成工件定位。

1.1.2 精建坐標(biāo)系

在基準(zhǔn)圓上測(cè)量一點(diǎn)，根據(jù)基準(zhǔn)圓直徑的大小陣列此點(diǎn)6～12次并使其均勻覆蓋整個(gè)圓周，自動(dòng)測(cè)量其余點(diǎn)數(shù)并將測(cè)量點(diǎn)擬合為基準(zhǔn)圓。選取其中一個(gè)鉚釘孔進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)量，將得到的基準(zhǔn)圓、鉚釘孔圓構(gòu)造坐標(biāo)系x，y，z軸，完成精建坐標(biāo)系，如圖1所示。

圖1 精建坐標(biāo)系Fig.1 Refined coordinate system

1.1.3 自動(dòng)測(cè)量鉚釘孔

測(cè)量其中一個(gè)鉚釘孔，復(fù)制此孔測(cè)量方式，切換至極坐標(biāo)并陣列此孔，陣列次數(shù)根據(jù)實(shí)際孔數(shù)決定，自動(dòng)測(cè)量所有鉚釘孔。

本次采樣地點(diǎn)露頭新鮮，剖面巖石發(fā)育良好，按照不同巖性變化采取等間距采集樣品，在地層分界處(圖2a)則加密采樣，共采集硅質(zhì)巖、泥質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖樣品15件，其中采集上泥盆統(tǒng)6件，下石炭統(tǒng)9件，樣品產(chǎn)出地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖3。

1.1.4 評(píng)價(jià)位置度

在極坐標(biāo)系下選擇其中一個(gè)孔，點(diǎn)擊Nominal按鍵后出現(xiàn)該孔極坐標(biāo)下的極徑和極角，根據(jù)圖紙要求將理論值與公差輸入相應(yīng)表格，利用極角和極徑計(jì)算位置度。按照該步驟依次計(jì)算其余的孔位置度。

1.2 測(cè)量過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理

鉚釘孔位置度測(cè)量基于極徑和極角的偏差進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量時(shí)若以其中一個(gè)孔為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其余孔位置度時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體偏離公稱值。這是由于所有孔的極角均偏離公稱值，而分離型半保持架鉚釘孔加工過(guò)程中各孔互為基準(zhǔn)，將其中一個(gè)孔作為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)不符合實(shí)際要求。

同樣，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量互為基準(zhǔn)的孔位置度時(shí)，亦不能以其中一個(gè)孔作為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但由于每個(gè)孔能夠串動(dòng)一定的角度，可以通過(guò)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旋轉(zhuǎn)原則遵循1/2公差原則[3-4]。然而，三維光學(xué)測(cè)量?jī)x無(wú)法旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，研究后決定采用極角修正的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，修正參數(shù)為極角偏差最大極差的1/2，如圖2所示。

圖2 極角偏差示意圖Fig.2 Diagram of polar angle deviation

假設(shè)分離型半保持架鉚釘孔10等分，則鉚釘孔極角公稱值α=360°/10=36°。設(shè)測(cè)量后鉚釘孔各孔的極徑、極角分別為Di，βi，則各孔極角偏差θi為

θi=βi-α；i=1，2，…，10，

(1)

極角偏差的修正值δ為

δ=(θmax-θmin)/2。

(2)

根據(jù)直角坐標(biāo)系與極角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系[5]，采用修正后的極角、極徑進(jìn)行位置度φ的評(píng)價(jià)，即

φi=2{[risin(θi-δ)-r0sinα]2+

(3)

式中：r0為極徑公稱值。

根據(jù)(3)式得出的位置度即為實(shí)際需要的位置度，該測(cè)值可以反映孔位置度是否合格并用于指導(dǎo)實(shí)際加工。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

某型軸承半保持架鉚釘孔孔徑為0.7 mm，14等分，中心徑公稱尺寸為(41.9±0.04)mm，位置度要求為0.03 mm。由未修正的測(cè)量結(jié)果(表1)可知，選取任意一個(gè)孔作為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其余孔呈一定規(guī)律性變化，基準(zhǔn)孔位置度較小，依次增大后變小(圖3)。

表1 未修正位置度的測(cè)量結(jié)果Tab.1 Uncorrected measurement results of positional accuracy mm

圖3 修正前后的位置度Fig.3 Positional accuracy before and after correction

采用極角偏差最大極差的1/2進(jìn)行修正后的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，由表可知孔位置度在合格范圍內(nèi)，且修正后的位置度分布均勻(圖3)，符合實(shí)際要求。

表2 修正后位置度的測(cè)量結(jié)果Tab.2 Corrected measurement results of positional accuracy mm

為驗(yàn)證該方法的可靠性，對(duì)該型號(hào)軸承半保持架孔位置度重復(fù)測(cè)量10次，并計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差[6]，結(jié)果見(jiàn)表3：14個(gè)孔位置度測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.001 mm，離散性較低，測(cè)量數(shù)值可靠；測(cè)值不確定度不超過(guò)0.003 0 mm，同樣說(shuō)明該方法的測(cè)值準(zhǔn)確可靠。

表3 位置度重復(fù)性測(cè)量結(jié)果Tab.3 Repeatability measurement results of positional accuracy mm

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究分離型半保持架鉚釘孔的測(cè)量原理，結(jié)合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)互為基準(zhǔn)孔位置度測(cè)量方法，在三維光學(xué)測(cè)量?jī)x上采用1/2最大極角偏差修正方法實(shí)現(xiàn)了分離型半保持架孔位置度的測(cè)量。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該方法有效可行，且測(cè)量結(jié)果重復(fù)性滿足儀器最大允許誤差，離散性較低，測(cè)值可靠，解決了小孔徑孔位置度無(wú)法測(cè)量的難題，目前該方法已在實(shí)際生產(chǎn)測(cè)量中得到應(yīng)用。