保持架鉚釘孔位置度測量方法

孫慧霖，楊曉峰，安浩俊

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

通常，采用三坐標測量機測量孔位置度[1]，對于鉚釘孔孔徑小于0.9 mm的半保持架，受三坐標測頭直徑與測頭在孔中移動距離的限制，無法測量孔位置度。為解決類似的小孔徑孔位置度無法測量的問題，嘗試采用三維光學測量儀進行非接觸測量，并通過試驗、數據分析驗證該方法的可行性。

1 測量原理

三維光學測量儀是集光學、機械、電子、計算機圖像處理等技術于一體的測量儀器，可以高精度、高效率地測量各種復雜工件的尺寸、角度及位置等。

1.1 測量方法及過程

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，通過夾具將半保持架固定在測量平臺的適當位置。

1.1.1 粗建坐標系

將被測件放在三維光學測量儀平臺的適當位置固定。根據加工定位方式測量基準圓，將鏡頭移至基準圓中心，清空x，y，z軸坐標，完成工件定位。

1.1.2 精建坐標系

在基準圓上測量一點，根據基準圓直徑的大小陣列此點6～12次并使其均勻覆蓋整個圓周，自動測量其余點數并將測量點擬合為基準圓。選取其中一個鉚釘孔進行全自動測量，將得到的基準圓、鉚釘孔圓構造坐標系x，y，z軸，完成精建坐標系，如圖1所示。

圖1 精建坐標系Fig.1 Refined coordinate system

1.1.3 自動測量鉚釘孔

測量其中一個鉚釘孔，復制此孔測量方式，切換至極坐標并陣列此孔，陣列次數根據實際孔數決定，自動測量所有鉚釘孔。

本次采樣地點露頭新鮮，剖面巖石發育良好，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，共采集硅質巖、泥質硅質巖、硅質泥巖樣品15件，其中采集上泥盆統6件，下石炭統9件，樣品產出地質剖面圖見圖3。

1.1.4 評價位置度

在極坐標系下選擇其中一個孔，點擊Nominal按鍵后出現該孔極坐標下的極徑和極角，根據圖紙要求將理論值與公差輸入相應表格，利用極角和極徑計算位置度。按照該步驟依次計算其余的孔位置度。

1.2 測量過程中的數據處理

鉚釘孔位置度測量基于極徑和極角的偏差進行計算，測量時若以其中一個孔為基準，評價其余孔位置度時會導致整體偏離公稱值。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程中各孔互為基準，將其中一個孔作為基準進行評價不符合實際要求。

同樣，在三坐標測量機上測量互為基準的孔位置度時，亦不能以其中一個孔作為基準進行評價，但由于每個孔能夠串動一定的角度，可以通過坐標系旋轉進行評價，旋轉原則遵循1/2公差原則[3-4]。然而，三維光學測量儀無法旋轉坐標系，研究后決定采用極角修正的方法進行評價，修正參數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°。設測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)

根據直角坐標系與極角坐標系的轉換關系[5]，采用修正后的極角、極徑進行位置度φ的評價，即

φi=2{[risin(θi-δ)-r0sinα]2+

(3)

式中：r0為極徑公稱值。

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

2 試驗驗證及結果分析

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。由未修正的測量結果(表1)可知，選取任意一個孔作為基準進行評價，其余孔呈一定規律性變化，基準孔位置度較小，依次增大后變小(圖3)。

表1 未修正位置度的測量結果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進行修正后的測量結果見表2，由表可知孔位置度在合格范圍內，且修正后的位置度分布均勻(圖3)，符合實際要求。

表2 修正后位置度的測量結果Tab.2 Corrected measurement results of positional accuracy mm

為驗證該方法的可靠性，對該型號軸承半保持架孔位置度重復測量10次，并計算測量數據的平均值及標準差[6]，結果見表3：14個孔位置度測值的標準差最大為0.001 mm，離散性較低，測量數值可靠；測值不確定度不超過0.003 0 mm，同樣說明該方法的測值準確可靠。

表3 位置度重復性測量結果Tab.3 Repeatability measurement results of positional accuracy mm

3 結束語

通過研究分離型半保持架鉚釘孔的測量原理，結合三坐標測量機互為基準孔位置度測量方法，在三維光學測量儀上采用1/2最大極角偏差修正方法實現了分離型半保持架孔位置度的測量。通過實例驗證該方法有效可行，且測量結果重復性滿足儀器最大允許誤差，離散性較低，測值可靠，解決了小孔徑孔位置度無法測量的難題，目前該方法已在實際生產測量中得到應用。