精密帶表塞規(guī)測量系統(tǒng)

鄧振華

（陜西法士特汽車傳動集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

引言

軸承孔、定位銷孔是殼體零件中最重要的特征，是保證裝配精度滿足產(chǎn)品功能的關(guān)鍵。這類孔加工精度要求高，在批量生產(chǎn)中對孔徑進(jìn)行精確、快捷、方便的測量是保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。然而目前生產(chǎn)線上使用的內(nèi)徑百分表難以達(dá)到孔的測量精度要求，光滑極限塞規(guī)無法獲得實際數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行過程能力的分析。為解決這一問題，設(shè)計了一種用于精密孔徑測量的帶表塞規(guī)，該精密帶表塞規(guī)可以實現(xiàn)高效率、高精度的孔徑檢測，而且測量數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙無線傳輸?shù)狡渑渲玫墓た貦C(jī)上，進(jìn)行存儲和SPC 統(tǒng)計過程分析，操作簡便，對產(chǎn)線的過程能力研究及穩(wěn)定性分析具有重要意義。

1 精密帶表塞規(guī)的結(jié)構(gòu)

精密帶表塞規(guī)采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，各模塊具有高度互換性，可通過與各尺寸段的測頭組合，實現(xiàn)不同尺寸段的孔徑檢測，操作簡單、結(jié)構(gòu)牢固、手持方便。精密帶表塞規(guī)主要由DIATEST 塞規(guī)式測頭、限位塊、隔熱手柄、無線發(fā)射器、數(shù)顯表等組成，如圖1 所示。解決了孔徑測量的對中難題，最大限度地減少了人為因素對測量結(jié)果的影響，具有高精度靜態(tài)孔徑測量和動態(tài)孔徑測量功能，可用于檢測尺寸偏差和形狀缺陷，實現(xiàn)孔直徑、圓度、橢圓度等快速測量，使用壽命長且精度高，尤其適用于大批量生產(chǎn)的高公差等級內(nèi)孔零件的測量。

圖1 精密帶表塞規(guī)的結(jié)構(gòu)

1.1 塞規(guī)式測頭

塞規(guī)式測頭主要由測針、導(dǎo)向圓柱體、兩瓣彈性體、測點(diǎn)組成，如圖2 所示。塞規(guī)式測頭外圍特有的鍍硬鉻導(dǎo)向體設(shè)計，導(dǎo)向體與孔徑合理的間隙設(shè)計，可使測頭測點(diǎn)位于孔徑的軸向和徑向中心，保證了測量結(jié)果的可靠性，兩瓣彈性體提供了恒定的測力，解決了孔徑測量的對中難題，自動定中心測量過程不需要找拐點(diǎn)，最大限度地減少了人為因素對測量結(jié)果的影響。測針底端與兩瓣彈性體結(jié)合部都研磨出45°錐角配合，移動測針可以實現(xiàn)將徑向變化1:1 的比例傳遞給顯示表。

圖2 塞規(guī)式測頭結(jié)構(gòu)圖

從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，精密帶表塞規(guī)最關(guān)鍵的零件為兩瓣彈性體機(jī)構(gòu)。彈性體的好壞將決定著移動針能否實現(xiàn)1：1 比例的位移量傳遞，直接影響帶表塞規(guī)的測量精度。因為任何彈性元件都存在著彈性滯后、彈性后效等問題，故在高精度測量中，必須對這些彈性缺陷引起高度重視，將此項誤差限制在很小的范圍內(nèi)。因此要特別注意彈簧片的材料選擇和熱處理問題。應(yīng)選擇彈性缺陷小和綜合機(jī)械性能良好的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼；在熱處理上，要求對彈簧片進(jìn)行淬火、回火處理，以提高彈簧片的綜合性能。

1.2 限位塊

限位圈塊套配在導(dǎo)向圓柱體上，使精密塞規(guī)定深度檢測，減少測量誤差，保證測量的穩(wěn)定性。限位塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示，在鋼圈上制作開口槽，使限位塊具有一定彈性，方便安裝和調(diào)整限位深度，采用螺栓鎖緊，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、小巧便捷。

圖3 定位塊結(jié)構(gòu)

1.3 隔熱手柄

隔熱手柄可有效防止溫度傳遞產(chǎn)生的誤差，保持良好的溫度穩(wěn)定性，避免溫度波動引起的測量誤差。

1.4 表罩

表罩套合在數(shù)顯表的外圍，保護(hù)數(shù)顯表，避免撞擊、磕碰等意外對數(shù)顯表的損傷。

1.5 無線發(fā)射器

無線發(fā)射器與連接在工控機(jī)上的無線接收器配套使用，將精密帶表塞規(guī)的測量數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)上配置的SPC 軟件中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸、存儲及SPC 統(tǒng)計過程分析。

2 精密帶表塞規(guī)的測量系統(tǒng)分析及測量方法

精密帶表塞規(guī)測量系統(tǒng)在使用前需要進(jìn)行測量系統(tǒng)的分析，以確定測量系統(tǒng)是否滿足要求。精密帶表塞規(guī)測量系統(tǒng)分析主要包括線性誤差、量具能力指數(shù)Cg/Cgk、重復(fù)性和再現(xiàn)性R&R。

2.1 線性誤差

在測量范圍內(nèi)采用兩個校對規(guī)進(jìn)行檢測，使用最小下偏差環(huán)規(guī)調(diào)零，然后用上偏差環(huán)規(guī)進(jìn)行比對，整個行程內(nèi)偏差不得超過1%[1]。

2.2 量具能力指數(shù)

Cg、Cgk用來評價測量系統(tǒng)的偏移和重復(fù)性是否能夠接受，通常要求Cg≥2，Cgk≥1.67。精密帶表塞規(guī)在一個校準(zhǔn)環(huán)規(guī)上校零，在另一個校準(zhǔn)環(huán)規(guī)上連續(xù)動態(tài)測量n=50 次，記錄每一次的數(shù)據(jù)Xi。

根據(jù)記錄下的測量數(shù)據(jù)Xi，計算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差Sg：

T為被測量特征的公差，Cg（重復(fù)精度）：

2.3 重復(fù)性和再現(xiàn)性[2]

重復(fù)性和再現(xiàn)性簡稱R&R：選出分布在整個公差范圍內(nèi)的合格工件個數(shù)i=10，隨后按1～10 進(jìn)行編號。操作者k取3，每人對工件測試次數(shù)j取3。在測量過程中后一次測量務(wù)必不能受前一次的影響，整個過程中不允許對帶表塞規(guī)作任何調(diào)整。

重復(fù)性和再現(xiàn)性：

在同時滿足下列條件的情況下，測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性R&R可以被接受：

（2）%R&R：%R&R＜10%，測量系統(tǒng)可接受；%R&R在10%～30%之前，權(quán)衡應(yīng)用的重要性、量具成本、維修費(fèi)用的基礎(chǔ)上，可以考慮接受。

（3）分級數(shù)ndc≥5。說明測量系統(tǒng)有足夠的分辨力。

圖4 %R&R 分析示例

2.4 精密帶表塞規(guī)的測量方法

精密帶表塞規(guī)在測量孔徑時采用比對法測量，用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)和孔徑比對，獲得孔徑數(shù)值。使用時首先應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校準(zhǔn)環(huán)規(guī)的實際尺寸設(shè)置數(shù)顯表的校準(zhǔn)數(shù)值，校準(zhǔn)環(huán)規(guī)的尺寸應(yīng)與孔的中值尺寸相近，這樣可以確保在校準(zhǔn)過程中極大地減小軸向和徑向誤差。校準(zhǔn)后手持塞規(guī)插入被測零件孔中測量孔的直徑，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)附件360°，可測量孔徑尺寸及圓度，手持量儀沿孔軸向移動可測量錐度及孔的素線形狀誤差。測量數(shù)據(jù)可通過無線傳輸模塊的按鈕發(fā)送到工控機(jī)進(jìn)行存儲和統(tǒng)計分析。

圖5 精密帶表塞規(guī)

精密帶表塞規(guī)具有自動顯示、自動定心功能，使用方便，適合靜態(tài)和動態(tài)測量。通過手動測量可以檢測出孔的尺寸偏差和形狀誤差。精密塞規(guī)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）測量精度高，重復(fù)性可達(dá)到1 um；

（2）可測量的直徑范圍大，采用不同尺寸段的塞規(guī)頭可實現(xiàn)Ф2.25 mm～Ф270 mm 范圍測；

（3）測量傳輸系統(tǒng)耐用度高；

（4）適合大批量高公差等級零件測量，快速測量孔直徑、圓度和橢圓度等；

（5）測量時不用在孔內(nèi)尋找拐點(diǎn)，自動定心；

（6）內(nèi)置式彈性體提供了連續(xù)的測力，消除人為因素；

（7）使用壽命：滿足100 萬次以上測量要求。

3 結(jié)束語

精密帶表塞規(guī)解決了殼體零件上高公差等級內(nèi)孔的測量問題，可以實現(xiàn)高效率、高精度的孔徑和形狀缺陷檢測，且測量數(shù)據(jù)可以通過無線傳輸?shù)狡渑渲玫墓た貦C(jī)上進(jìn)行存儲和SPC 統(tǒng)計過程分析，操作簡便，對產(chǎn)線的過程能力研究及穩(wěn)定性分析具有重要意義，可推廣應(yīng)用到批量產(chǎn)線中。