一種基于樣膏的間接測量方法研究

■ 夏俊蕾 李林峰 陳興盛/成都航利（集團）實業有限公司

對于幾何量計量而言,“過大”和“過小”尺寸的檢測都存在問題,被測件或被測要素已超過測量設備量程,或被測要素尺寸小于測量設備的測頭,或者準確度要求已超出設備的最大精度,測量都無法進行。因此需要將被測量轉化為能夠測量的同等量,這種通過測量與被測量相等的量,用以代替直接測量被測量的方法,稱為間接測量的替代法[1]。航空產品生產、制造、修理過程中,時常會遇到這類難以測量的尺寸,如壓氣機的封嚴篦齒盤的內凹、渦輪盤上的榫頭、三級盤的內圓弧等尺寸等。本文介紹在常見測量設備基礎上,如何以一種操作簡便的間接測量方法來解決此類尺寸的測量。

1 測量方法介紹

某型三級盤外型尺寸龐大,而但其止口圓弧半徑尺寸不超過2mm,且是內圓弧,無法實現直接測量。常用計量器具如半徑規因為內部不透光,且圓弧短無法準確測量；用于精密測量的三坐標測量機也由于測頭無法有效接觸被測面而無法完成測量。

圖1 樣膏

圖2 樣膏成型示例圖

1.1 樣膏選取

研究間接測量方式,需要尋找一種能夠有效制模取模的材料。調研目前市場上的樣膏,選取型號為PLASTIFORM LK-AD的混合型樣膏,如圖1所示,印模的準確性可以達到0.01mm,最大去除殘留為5%,且無毒性,易附著于各種材質表面,成型時間短,不粘連且易于剝落,成型之后形變穩定。

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.2 萬能工具顯微鏡及其使用

選用帶有圖像處理軟件的萬能工具顯微鏡,作為該方法所使用的主要測量設備[2]。 該類萬能工具顯微鏡采用精密光柵系統作為測量元件,測量精度高,具有發熱量低、抗腐蝕性、耐污染、耐震性好等優點,且具有功能強大的圖像處理軟件,能夠采集坐標點、線、圓、圓弧等相關的距離和角度。軟件采用數碼圖像技術,能夠自動識別輪廓邊界,減少人為差錯,提高操作效率；采用先進計算機處理技術,將光柵數顯系統采集的信號實時輸入計算機,由功能強大的二坐標測量軟件進行數據處理,能高效完成各種復雜的測量工作。

表1 數據重復性表

表2 數據對比表

1.3 檢測步驟

將圖1樣膏原料A和樣膏原料B按照一定比例混合攪拌,均勻地將樣膏涂抹于被測位置,并將其壓實壓緊。樣膏的多少根據被測量的位置和大小而定。大約20分鐘后樣膏固定成型,如圖2所示,便可將模型取出,取出時應盡量避免樣膏的損傷、變形等。

具體操作步驟為：

1）將取出的樣膏模型周圍的無效樣膏切除。

2）根據被測要素的特征進行切割。應選取被測樣膏外觀無毛刺、無表面缺陷的直線、平面或圓弧進行切割。若被測尺寸為直線或平面,應在被測尺寸法線方向進行切割；若被測尺寸為圓弧,應在指向圓弧圓心方向進行切割。

3）切割樣膏。采用專用切割裝置對取出的樣膏模型進行樣膏切片,切片時應用力均勻,應保持被切割樣膏兩面平行且垂直于樣膏側面。由試驗得出,切割厚度在1.5～2.0mm范圍內較為合適,太厚容易導致光學測量時測量輪廓不真實,太薄容易導致被測件具有透光性,且容易變形。樣膏切片兩端面不平行,將導致測量時部分輪廓跑焦。

4）測量樣膏。將樣膏切片平放于萬能工具顯微鏡的玻璃工作臺上,選用3倍物鏡,調整光圈、焦距,直至視野清晰后開始測量。測量過程根據被測要素的特征選擇采點方式進行,測量圓弧時選擇自動采點,應在被測樣膏的光滑圓弧段均勻采點。值得注意的是,如果被測量的尺寸型面短,應在采點時慎重選取采點范圍,范圍過大則超出被測型面,范圍過小所測量的尺寸會產生較大偏差。同時,對型面短小的被測量面應盡可能地多采點。

2 試驗數據分析

1）重復性

為了驗證本文討論方法的有效性,對某機型止口R進行重復性測量。對被測樣膏進行切樣,隨機選取編號為1#、2#、3#、4#、5#樣膏,分別進行9次測量[3],數據記錄如表1所示。

數據的重復性采用貝塞爾公式法進行計算：

得到重復性數值最小為9.179×10-3,最大的為15.612×10-3,由此可以看出測量的重復性較好。

2）數據比對

為進一步驗證本文所述方法,以某三級盤前止口新品作為被測量的對象與設計圖紙尺寸進行比較[4]。對該三級盤前止口進行均勻打樣和取樣,在均勻分布的10個位置進行樣膏切片。對這10個被測樣膏分別進行三次測量,得出的數據如表2所示。

十次測量數據平均值在1.8950mm到1.9190mm范圍內,通過對比圖紙尺寸2.00-0.2mm,均在公差范圍內,測量結果為合格。

3 結束語

本文介紹了通過用樣膏替代被測量,與數顯萬工顯相結合實現間接測量的方法,并將此方法用于某機型止口復雜位置R尺寸的測量,進行重復性試驗和對比試驗。試驗表明,測量重復性在0.010~0.015mm范圍內,且測量結果對比試驗均在被測尺寸的公差范圍內。說明該方法切實有效地實現了不可直接測量復雜位置尺寸的測量。且該方法操作簡單,檢測成本低,適用于生產現場的檢測。

[1] 劉大響,陳光.航空發動機飛機的心臟[M].北京：航空工業出版社,2015.

[2] 劉安章,劉泊,高西寬.基于CCD測量的萬能工具顯微鏡[J].哈爾濱理工大學學報,2008,13(5)：47-49.

[3] 傅成昌,傅曉燕.幾何量公差與技術測量[M].北京：石油工業工業出版社,2013.

[4] 吳世功.測量數據分析[M].北京：國防工業出版社,1988.