保持架铆钉孔位置度测量方法

孙慧霖，杨晓峰，安浩俊

(1.中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150027；2.空军装备部驻沈阳地区军事代表局驻哈尔滨地区第一军事代表室，哈尔滨 150027)

通常，采用三坐标测量机测量孔位置度[1]，对于铆钉孔孔径小于0.9 mm的半保持架，受三坐标测头直径与测头在孔中移动距离的限制，无法测量孔位置度。为解决类似的小孔径孔位置度无法测量的问题，尝试采用三维光学测量仪进行非接触测量，并通过试验、数据分析验证该方法的可行性。

1 测量原理

三维光学测量仪是集光学、机械、电子、计算机图像处理等技术于一体的测量仪器，可以高精度、高效率地测量各种复杂工件的尺寸、角度及位置等。

1.1 测量方法及过程

分离型半保持架铆钉孔采用外径定位加工且均匀分布在保持架表面，各孔互为基准，通过夹具将半保持架固定在测量平台的适当位置。

1.1.1 粗建坐标系

将被测件放在三维光学测量仪平台的适当位置固定。根据加工定位方式测量基准圆，将镜头移至基准圆中心，清空x，y，z轴坐标，完成工件定位。

1.1.2 精建坐标系

在基准圆上测量一点，根据基准圆直径的大小阵列此点6～12次并使其均匀覆盖整个圆周，自动测量其余点数并将测量点拟合为基准圆。选取其中一个铆钉孔进行全自动测量，将得到的基准圆、铆钉孔圆构造坐标系x，y，z轴，完成精建坐标系，如图1所示。

图1 精建坐标系Fig.1 Refined coordinate system

1.1.3 自动测量铆钉孔

测量其中一个铆钉孔，复制此孔测量方式，切换至极坐标并阵列此孔，阵列次数根据实际孔数决定，自动测量所有铆钉孔。

本次采样地点露头新鲜，剖面岩石发育良好，按照不同岩性变化采取等间距采集样品，在地层分界处(图2a)则加密采样，共采集硅质岩、泥质硅质岩、硅质泥岩样品15件，其中采集上泥盆统6件，下石炭统9件，样品产出地质剖面图见图3。

1.1.4 评价位置度

在极坐标系下选择其中一个孔，点击Nominal按键后出现该孔极坐标下的极径和极角，根据图纸要求将理论值与公差输入相应表格，利用极角和极径计算位置度。按照该步骤依次计算其余的孔位置度。

1.2 测量过程中的数据处理

铆钉孔位置度测量基于极径和极角的偏差进行计算，测量时若以其中一个孔为基准，评价其余孔位置度时会导致整体偏离公称值。这是由于所有孔的极角均偏离公称值，而分离型半保持架铆钉孔加工过程中各孔互为基准，将其中一个孔作为基准进行评价不符合实际要求。

同样，在三坐标测量机上测量互为基准的孔位置度时，亦不能以其中一个孔作为基准进行评价，但由于每个孔能够串动一定的角度，可以通过坐标系旋转进行评价，旋转原则遵循1/2公差原则[3-4]。然而，三维光学测量仪无法旋转坐标系，研究后决定采用极角修正的方法进行评价，修正参数为极角偏差最大极差的1/2，如图2所示。

图2 极角偏差示意图Fig.2 Diagram of polar angle deviation

假设分离型半保持架铆钉孔10等分，则铆钉孔极角公称值α=360°/10=36°。设测量后铆钉孔各孔的极径、极角分别为Di，βi，则各孔极角偏差θi为

θi=βi-α；i=1，2，…，10，

(1)

极角偏差的修正值δ为

δ=(θmax-θmin)/2。

(2)

根据直角坐标系与极角坐标系的转换关系[5]，采用修正后的极角、极径进行位置度φ的评价，即

φi=2{[risin(θi-δ)-r0sinα]2+

(3)

式中：r0为极径公称值。

根据(3)式得出的位置度即为实际需要的位置度，该测值可以反映孔位置度是否合格并用于指导实际加工。

2 试验验证及结果分析

某型轴承半保持架铆钉孔孔径为0.7 mm，14等分，中心径公称尺寸为(41.9±0.04)mm，位置度要求为0.03 mm。由未修正的测量结果(表1)可知，选取任意一个孔作为基准进行评价，其余孔呈一定规律性变化，基准孔位置度较小，依次增大后变小(图3)。

表1 未修正位置度的测量结果Tab.1 Uncorrected measurement results of positional accuracy mm

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

采用极角偏差最大极差的1/2进行修正后的测量结果见表2，由表可知孔位置度在合格范围内，且修正后的位置度分布均匀(图3)，符合实际要求。

表2 修正后位置度的测量结果Tab.2 Corrected measurement results of positional accuracy mm

为验证该方法的可靠性，对该型号轴承半保持架孔位置度重复测量10次，并计算测量数据的平均值及标准差[6]，结果见表3：14个孔位置度测值的标准差最大为0.001 mm，离散性较低，测量数值可靠；测值不确定度不超过0.003 0 mm，同样说明该方法的测值准确可靠。

表3 位置度重复性测量结果Tab.3 Repeatability measurement results of positional accuracy mm

3 结束语

通过研究分离型半保持架铆钉孔的测量原理，结合三坐标测量机互为基准孔位置度测量方法，在三维光学测量仪上采用1/2最大极角偏差修正方法实现了分离型半保持架孔位置度的测量。通过实例验证该方法有效可行，且测量结果重复性满足仪器最大允许误差，离散性较低，测值可靠，解决了小孔径孔位置度无法测量的难题，目前该方法已在实际生产测量中得到应用。