一种基于样膏的间接测量方法研究

■ 夏俊蕾 李林峰 陈兴盛/成都航利（集团）实业有限公司

对于几何量计量而言,“过大”和“过小”尺寸的检测都存在问题,被测件或被测要素已超过测量设备量程,或被测要素尺寸小于测量设备的测头,或者准确度要求已超出设备的最大精度,测量都无法进行。因此需要将被测量转化为能够测量的同等量,这种通过测量与被测量相等的量,用以代替直接测量被测量的方法,称为间接测量的替代法[1]。航空产品生产、制造、修理过程中,时常会遇到这类难以测量的尺寸,如压气机的封严篦齿盘的内凹、涡轮盘上的榫头、三级盘的内圆弧等尺寸等。本文介绍在常见测量设备基础上,如何以一种操作简便的间接测量方法来解决此类尺寸的测量。

1 测量方法介绍

某型三级盘外型尺寸庞大,而但其止口圆弧半径尺寸不超过2mm,且是内圆弧,无法实现直接测量。常用计量器具如半径规因为内部不透光,且圆弧短无法准确测量；用于精密测量的三坐标测量机也由于测头无法有效接触被测面而无法完成测量。

图1 样膏

图2 样膏成型示例图

1.1 样膏选取

研究间接测量方式,需要寻找一种能够有效制模取模的材料。调研目前市场上的样膏,选取型号为PLASTIFORM LK-AD的混合型样膏,如图1所示,印模的准确性可以达到0.01mm,最大去除残留为5%,且无毒性,易附着于各种材质表面,成型时间短,不粘连且易于剥落,成型之后形变稳定。

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.2 万能工具显微镜及其使用

选用带有图像处理软件的万能工具显微镜,作为该方法所使用的主要测量设备[2]。 该类万能工具显微镜采用精密光栅系统作为测量元件,测量精度高,具有发热量低、抗腐蚀性、耐污染、耐震性好等优点,且具有功能强大的图像处理软件,能够采集坐标点、线、圆、圆弧等相关的距离和角度。软件采用数码图像技术,能够自动识别轮廓边界,减少人为差错,提高操作效率；采用先进计算机处理技术,将光栅数显系统采集的信号实时输入计算机,由功能强大的二坐标测量软件进行数据处理,能高效完成各种复杂的测量工作。

表1 数据重复性表

表2 数据对比表

1.3 检测步骤

将图1样膏原料A和样膏原料B按照一定比例混合搅拌,均匀地将样膏涂抹于被测位置,并将其压实压紧。样膏的多少根据被测量的位置和大小而定。大约20分钟后样膏固定成型,如图2所示,便可将模型取出,取出时应尽量避免样膏的损伤、变形等。

具体操作步骤为：

1）将取出的样膏模型周围的无效样膏切除。

2）根据被测要素的特征进行切割。应选取被测样膏外观无毛刺、无表面缺陷的直线、平面或圆弧进行切割。若被测尺寸为直线或平面,应在被测尺寸法线方向进行切割；若被测尺寸为圆弧,应在指向圆弧圆心方向进行切割。

3）切割样膏。采用专用切割装置对取出的样膏模型进行样膏切片,切片时应用力均匀,应保持被切割样膏两面平行且垂直于样膏侧面。由试验得出,切割厚度在1.5～2.0mm范围内较为合适,太厚容易导致光学测量时测量轮廓不真实,太薄容易导致被测件具有透光性,且容易变形。样膏切片两端面不平行,将导致测量时部分轮廓跑焦。

4）测量样膏。将样膏切片平放于万能工具显微镜的玻璃工作台上,选用3倍物镜,调整光圈、焦距,直至视野清晰后开始测量。测量过程根据被测要素的特征选择采点方式进行,测量圆弧时选择自动采点,应在被测样膏的光滑圆弧段均匀采点。值得注意的是,如果被测量的尺寸型面短,应在采点时慎重选取采点范围,范围过大则超出被测型面,范围过小所测量的尺寸会产生较大偏差。同时,对型面短小的被测量面应尽可能地多采点。

2 试验数据分析

1）重复性

为了验证本文讨论方法的有效性,对某机型止口R进行重复性测量。对被测样膏进行切样,随机选取编号为1#、2#、3#、4#、5#样膏,分别进行9次测量[3],数据记录如表1所示。

数据的重复性采用贝塞尔公式法进行计算：

得到重复性数值最小为9.179×10-3,最大的为15.612×10-3,由此可以看出测量的重复性较好。

2）数据比对

为进一步验证本文所述方法,以某三级盘前止口新品作为被测量的对象与设计图纸尺寸进行比较[4]。对该三级盘前止口进行均匀打样和取样,在均匀分布的10个位置进行样膏切片。对这10个被测样膏分别进行三次测量,得出的数据如表2所示。

十次测量数据平均值在1.8950mm到1.9190mm范围内,通过对比图纸尺寸2.00-0.2mm,均在公差范围内,测量结果为合格。

3 结束语

本文介绍了通过用样膏替代被测量,与数显万工显相结合实现间接测量的方法,并将此方法用于某机型止口复杂位置R尺寸的测量,进行重复性试验和对比试验。试验表明,测量重复性在0.010~0.015mm范围内,且测量结果对比试验均在被测尺寸的公差范围内。说明该方法切实有效地实现了不可直接测量复杂位置尺寸的测量。且该方法操作简单,检测成本低,适用于生产现场的检测。

[1] 刘大响,陈光.航空发动机飞机的心脏[M].北京：航空工业出版社,2015.

[2] 刘安章,刘泊,高西宽.基于CCD测量的万能工具显微镜[J].哈尔滨理工大学学报,2008,13(5)：47-49.

[3] 傅成昌,傅晓燕.几何量公差与技术测量[M].北京：石油工业工业出版社,2013.

[4] 吴世功.测量数据分析[M].北京：国防工业出版社,1988.