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应用于汽车段差缝隙综合测量仪量值溯源的方法及装置.doc

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计量校准: 段差缝隙综合测量仪校准方法及装置 肖衍凡 1 徐守品 2 胡志刚 1 (1. 江西省计量测试研究院 江西南昌 330029; 2. 九江职业技术学院 机械工程学院 江西九江 332007) 摘 要 段差缝隙综合测量仪器是对车身表面缝隙、段差尺寸差进行检测的仪器,不仅测量精度高且带有微电脑 功能,方便测量数据存储传输,便于测量数据统计分析,故逐渐得到广泛使用。而目前国内对于该仪器的测量精 度的评定无统一国家标准及计量校准规范,影响测量仪器购买验收。因此我们开发了应用于汽车段差缝隙综合测 量仪量值溯源的方法及装置,以保证量值溯源。 关键词 段差缝隙综合测量仪 激光三角测距法 DOI:10.16371/ki.issn1009-962x.2015.04.012 随着经济发展,我国的汽车消费量也随之快速 两类,其特点为段差与缝隙可以一次测量,其中电 增长,人们对于汽车质量的要求也越来越高。对车 感式选用人们熟悉的模拟式电感位移传感器,借助 身以及安装在车身上的各种附件(门、发动机罩,灯 简单的机械传动机构接触式检测[1],图 3 所示某种 具,内饰件等)的缝隙、段差尺寸进行检测是汽车生 电感式缝隙段差测量仪。 产中一个重要的任务,同时汽车装配件的缝隙宽度、 段差数值的大小作为整车的一种外观质量要求,不 但影响着整车的防风防雨性能,而且还与整车的振 动噪声和使用性能密切相关,因此对车身表面缝隙/ 段差的尺寸差进行检测具有重要意义,缝隙/段差尺 寸如图1 所示。 图3 电感式缝隙段差测量仪示意图 图4 所示激光扫描式仪器为基于激光三角测距 法测量原理制造,运用图像处理技术对不同情况下 段差缝隙参数按指定模式精确评定[1],其原理示意 图见图5 所示。 图1 缝隙及段差尺寸示意图 传统检测方法是采用机械量具测量,如图2 所 示,人为因素影响大,效率低。 图4 激光扫描式仪器示意图 图2 量具测量示意图 一些国外量仪厂近年先后推出了几种先进的段 差缝隙综合测量仪器,主要有电感式和激光扫描式 图5 激光扫描式仪器工作原理示意图 44 计量校准: 计量校准: 上述两种测量仪器不但测量精度高且带有微电 1.2 综合示值误差校准标准器 脑功能方便测量数据存储传输便于测量数据统计分 对于电感式仪器其具有2 个独立结构位移传感 析,故逐渐得到广泛使用,目前国内对于上述两种 器分别测量缝隙与段差尺寸,而激光扫描式测量仪 新出现的综合测量仪的测量精度的评定无统一国家 器采用一个光学镜头对激光扫描线成像于单个 标准及计量校准规范,且各生产厂家仪器精度标识 CCD 相机靶面上后测量,通过测量激光扫描线图像 混乱,影响测量仪器购买验收,同时该仪器在生产 来同时测量缝隙与段差尺寸(见图7(a)),而不同 线上频繁使用,日常质量管理中对于仪器本身准确 段差会造成激光扫描线成像位置偏离 CCD 相机靶 度可靠性及量值有效溯源无法保证,故有必要研究 面而造成离焦使得激光成像模糊(见图 7(b))从 该类仪器校准方法及装置,保证量值溯源。 而引起缝隙误差,为考察激光扫描式仪器在不同段 差情况下测量缝隙的准确度,设计如图8 所示标准 1 段差、缝隙测量仪量值校准装置及方法 器作为综合示值误差校准标准器,其尺寸H/L 分别 参考仪器生产厂家技术说明书标注的技术段差 为:2/2、5/5、10/10,尺寸公差为±0.02 mm。校准 指标要求及针对上述两种测量仪结构特点,笔者依 时,首先激光扫描式仪器采用上述图6 所示标准器 据图1 所示段差缝隙测尺寸测量原理设计制作三种 校准单项缝隙/段差测量示值误差后,再采用图8 所 示值校准标准器,主要校准仪器的示值重复性和示 示标准器校准仪器在不同段差下缝隙测量示值误差, 值误差两项计量技术指标,现详述如下: 作为综合示值误差校准结果,即对于激光式仪器需 段差、缝隙单项示值误差校准标准器 采用图6 与图8 所示3 种标准器校准其主要计量技 依据图1 所示段差、缝隙尺寸原理设计了如图 术指标,而对于电感式只需图6 所示两种标准器校 6 所示标准器,其主要关键点为设计制作图示标准 准其主要计量技术指标。 段差H 及缝隙L 用来分项校准仪器的段差、缝隙测 量示值误差,其尺寸可按照仪器测量范围均匀分布 确定,如:2.12、5.24、6.36、8.5、10、12、15,上 述尺寸公差设计为±0.02 mm,工作面平面度不大 于0.003 mm 可采用三坐标测量机测量其实际尺寸, 易达到实际尺寸测量不确定度 U=0.004 mm,同时 标准器工作面表面粗糙度为 Ra1.6,目的为避免激 光扫描形成镜面反光。 (a) 测量段差H=2.12mm 时仪器视场图像 (b) 测量段差H=10mm 时仪器视场图像 (a)缝隙标准器 (b) 段差标准
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