Разработка и исследование методов и средств метрологического обслуживания крупногабаритных координатно-измерительных машин

• Автор: Брянкин, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Анализ существующих методов и средств метрологического обслуживания координатно-измерительных машин
1.1 Измерение геометрических параметров в машиностроении
1.2 Метрологическое обеспечение координатных измерений
1.3 Анализ существующих методов и средств оценки точности КИМ
1.3.1 Методика СММА
1.3.2 Стандарт ВЭ 6
1.3.3 Методика АвМЕ В
1.3.4 Стандарт У01ЛЛ)Е 2
1.3.5 Методика СЫОМО
1.3.6 Стандарт 1ЭО 10
1.3.7 Методика МИ
1.4 Выводы и основные результаты анализа текущего состояния метрологического обеспечения измерений на крупногабаритных КИМ
ГЛАВА 2. Разработка и исследование математической модели координатных измерений на КИМ
2.1 Общие принципы построения математической модели КИМ
2.2 Построение математической модели элемента системы
2.3 Расчет координатного кода для существующих типов компоновок КИМ
2.4 Расчет координаты в случае отсутствия погрешностей
2.5 Математическая модель КИМ с учетом параметрических погрешностей
2.6 Математическая модель измерений одномерной меры длины
2.7 Математическая модель влияния изменений температуры
2.8 Математическое моделирование щуповой головки КИМ
2.9 «Виртуальная» КИМ
ГЛАВА 3. Разработка методов и средств метрологического обслуживания крупногабаритных КИМ
3.1 Прямой метод определения пространственной погрешности КИМ
3.2 Определение параметрических погрешностей КИМ с помощью лазерной интерферометрической измерительной системы
3.3 Определение погрешности измерений длины с помощью устройства с концевыми мерами длины

3.4 Определение погрешностей измерений длины с помощью разъемной одномерной меры длины
3.4.1 Конструкция меры и методика измерений:
3.4.2 Расчет конфигурации меры
3.4.3 Расчет неопределенности одномерной разъемной меры длины
3.5 Определение погрешностей измерений длины с помощью лазерной измерительной системы
3.6 Определение погрешностей щуповой головки КИМ
ГЛАВА 4. Разработка нормативно-методических основ метрологического обслуживания крупногабаритных КИМ
4.1 Разработка нормативных основ проведения испытаний крупногабаритных КИМ
4.2 Разработка нормативных основ проведения поверки крупногабаритных КИМ
4.3 Разработка нормативных основ проведения калибровки крупногабаритных КИМ. 143 ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования и апробация методов и средств метрологического обслуживания крупногабаритных КИМ
5.1 Проверка адекватности разработанных математических моделей КИМ
5.2 Апробация методики измерений параметрических погрешностей КИМ с помощью лазерного интерференционного измерителя перемещений
5.3 Экспериментальное исследование измерения одномерной разъемной меры длины
5.4 Апробация методики измерения пространственной погрешности КИМ с помощью лазерной измерительной системы на КИМ « MORA»
5.5 Апробация методики измерения пространственной погрешности КИМ с помощью лазерной измерительной системы на КИМ «DELTA»
5.6 Экспериментальное исследование влияние температуры на погрешность измерений на КИМ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Развитие производства в области машиностроения, в авиационной, ракетно-космической, энергетической, судостроительной; автомобильной промышленности предъявляет постоянно растущие требования по обеспечению безопасности и надежности функционирования оборудования. Между эксплуатационными свойствами деталей и их геометрией существует взаимосвязь, и поэтому для прогнозирования и контроля эксплуатационных показателей деталей и машин необходимо измерение их геометрических характеристик (параметров).
Многие современные машины и механизмы различных отраслей промышленности содержат крупногабаритные детали. Современные требования к точности изготовления таких деталей вызывают необходимость уменьшения величины допусков высокоточных деталей больших размеров.
Измерения на координатно-измерительных машинах занимают значимое место среди всех методов измерений крупногабаритных деталей и узлов. Для некоторых деталей больших размеров крупногабаритные координатно-измерительные машины (далее -КИМ) различных типов компоновок являются единственно возможным средством контроля- геометрических параметров, обеспечивающим измерения с требуемой точностью.
При пространственных измерениях на КИМ необходимо решить комплекс проблем по обеспечению единства измерений, включая, в целом научные, технические, нормативные и организационные составляющие метрологического обеспечения.
В области обеспечения единства координатных измерений большой вклад внесли такие отечественные и зарубежные ученые, как Каспарайтис А.Ю., Лукьянов B.C., Телешевский В.И., Дич Л.З., Лысенко В.Г., F. Waldele, H. Weber, G. Chen, E. Trapet, C. Wang, G. Zhang, W. Lotze и другие.
Существовавшие до недавнего времени методы оценки точности крупногабаритных координатно-измерительных машин разрабатывались, прежде всего, на основе практических данных по метрологическому обслуживанию КИМ, а также информации, содержащейся в документации фирм-изготовителей. Современной научной базы, на основе которой можно было бы построить универсальные практические методики метрологического обслуживания крупногабаритных КИМ в полной мере не существует.

Обработка измеренных значений зависит от типа используемой методики. В случае статистического метода для каждой позиции рассчитывается среднее значение отклонений для каждого из направлений, и общее среднее значение для обоих направлений. Далее рассчитываются следующие параметры (рис. 1.16): и51а( - разброс между средними значениями двух направлений измерений для каждой точки на измерительной прямой, р5(а( - разброс между максимальным и минимальным значением отклонения без учета направления измерения, ра5Ш — максимальный разброс между средними значениями отклонений для обеих направлений измерений, Р5ьа, -максимальный разброс измеренных отклонений в одной позиции. Полученные значения параметров сравниваются с допуском, указываемым производителем КИМ.

Рис. 1.16. Анализ результатов измерений точности позиционирования.
Шаблонный метод предусматривает вычисление точности позиционирования как разность отклонений в двух произвольных измерительных позициях, которая не должна превышать некоторого заданного значения Р для 95% измеренных отклонений (рис. 1.17). Параметр Р определяется следующим образом:
Р = Ар + Кр -| х( - х; | < Вр , где
Ар, Кр, Вр - константы, задаваемые производителем КИМ.
X, и Xj — координаты соответствующей измерительной позиции.
Полученный параметр Р должен применяться для всего измерительного диапазона каждой измерительной прямой трех координатных осей КИМ. В случае, если более, чем 5% измеренных отклонений лежат за пределами допуска, определяемого указанной