锥面活塞环锥度测量方法和不确定度评定

　　0　引言

　　活塞环是发动机的重要部件之一,其检测设备多为专用设备。锥度活塞环的锥度方向及锥度值都是比较重要的检测参数,需要逐环检测。锥面活塞环的锥面很小(一般为1°~2°),很难目测分辨锥度方向。

　　活塞环的厚度比较薄,属于短轴类。采用测长机或三坐标的两点计算法准确度不高。现行的解决方法是利用显微镜放大的方法分辨锥面环的锥度方向,估算数值。这种方法检测效率低,活塞环的锥度估值不准[1-2]。在这种情况下,我们提出了一种利用光电技术检测锥面活塞环锥度的方法。

　　1　被测参数定义

　　被检测的参数是锥面活塞环的锥度方向及锥度值。评定锥面活塞环锥度的参数是半锥角。半锥角定义为锥面活塞环外圆面素线与锥面活塞环轴线平行线间的夹角,如图1所示。在测量过程中,通过锥面定位测量角度位移量以确定活塞环的锥度方向和锥度值。

　　2　主要技术指标和测量范围

　　根据相关标准和实际生产要求提出:示值误差±3′,重复性为1′。测量范围:活塞环直径70~130mm;活塞环厚度1·5~6mm;外圆半锥角0·5°~2·5°。

　　3　测量方法

　　将锥面活塞环置于小转台上,锥面的素线和锥面活塞环轴线平行线组成△AO1B。锥面角就等于∠AO1B,用α表示。即测量时的初始位置几何关系可以由式(1)表示,如图2(a)所示。

　　转台初始角为零,初始角与充电显微镜夹角为90°。旋转转台使得锥面活塞环素线与光电显微镜轴线重合,此时为测量的终点状态。转台旋过的角度β可以通过测量得到,测量的最终状态如图2(b)表示。在测量中,被测件置于转台之上,转轴轴心至转台上表面的距离为H,为了得到半锥角α与转角β之间的关系,需要进行一系列推算。在推算中,设锥面素线的延长线过转台转轴。

　　根据以上推导可以得出:实际测量中,被测半锥角α根据转台转过的角度β来确定。

　　用本方法测量锥角,一个必要条件是保证活塞环轴线与光电显微镜的轴心在同一平面内,该问题通过配置绕X轴微调旋转机构解决。

　　4　工作原理

　　测量装置由光电显微镜、旋转支撑台、线微位移装置、光栅测角系统和计算机系统组成。在测量过程中用光电显微镜进行端点定位,用线微位移装置对测件位置进行微量调节,用旋转支撑台配合光栅测角系统进行被测件的调整和角度测量。光电显微镜定位信号的处理、旋转支撑台的转动和光栅测角系统的工作由计算机系统进行控制以实现自动测量。

　　将对称镜管的反射式光电显微镜刚性固结在仪器底座上,镜管可以沿导轨上下移动。其光轴轴心定义为角度定位基准。双轴旋转支撑台连接在底座之上。转轴设置在中心,轴心与光电显微镜光轴垂直并且过光电显微镜光轴。台面可以绕转轴作正反方向的转动。在Y轴上放置一个环形光栅用以测量转轴旋转的角度。线位移机构置于旋转支撑台面上用于水平移动,其位移方向垂直于光轴。测量时将锥面活塞环放置在支撑转台台面上,旋转转台,配合水平位移,然后用光电显微镜的读数观测。上下移动镜管,当光电显微镜输出始终为零时,记下Y轴转过的角度,该角度既为半锥角锥度值β。根据转台旋转的方向可以判定锥度的方向。旋转台在这套装置中具有支撑、平移和角度测量的功能。二维直线位移系统设置为垂直于光电显微镜光轴,用来调整被测件的位置,以使测量线与被测锥面活塞环轴线重合,直线位移坐标为X, Y。在支撑台上有一个旋转轴,用来产生角位移。将RENIAW圆光栅装入Y轴用来测量角度,X向转轴用来调节被测件的位置。