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测量的温度补偿的原则与方法
作者：吕莉
陈志远
来源：《科技创新导报》
2011
年第
24
期
摘
要
:
在现代飞机制造过程中
,
坐标测量机大量地应用于生产和产品检测。由于温度变化对
于金属材料几何特性的影响
,
使温度补偿对于降低测量误差的意义非常巨大。本文以波音飞机
的产品公差要求为例
,
根据温度补偿对于不同精度的测量设备测量结果的影响分析
,
得出在不同
的条件下采用坐标测量机进行测量时的温度补偿原则。
关键词
:
坐标测量机温度补偿测量机
中图分类号
:TP39
文献标识码
:A
文章编号
:1674-098X(2011)08(c)-0109-02
1
环境温度对零件几何尺寸的影响
目前
,
在国内大型飞机制造公司的坐标测量设备中
,
精度比较高的可以达到
±
0.004mm;
即使是
重复精度比较低的便携式坐标测量机
,
其设备的重复精度也可以到达
±
0.083mm
。温度补偿对于
高精度测量过程来说都是必不可少的一个重要环节。
温度变化造成机械加工的误差超过占全部加工误差的
50%[1,2]
。因此在精密加工中
,
都要
求采用补偿方式以最大限度地降低这种影响
[3,4]
。
1931
年国际权度局确定以
20
℃
作为测量物
体尺寸的标准温度。也就是说
,
某一物体长为
L,
是指它在
20
℃
时的长度
L
。在其他温度下测量
时
,
它呈现的尺寸不为
L,
这时就产生热变形误差。世界上大多数国家将
20
℃
作为测量环境的标
准温度
,
测量设备的一系列系统参数一般也是按照该温度进行设定的。但是
,
温度总是在一个范
围内变动的。考虑各种常用材料的热膨胀系数很小
,
因此
,
在一般情况下
,
只要环境温度在测量过
程中能保持在
20±
2
℃
范围内
,
可以不考虑温度的影响。那么
,
温度对于飞机结构件精度的影响有
多大呢？飞机零件中材料使用最多的金属是铝合金。
以铝合金为例
,
由于其热膨胀系数是
0.00002351mm/
℃
,
当温度变化
2
℃
时
,1m
长度的零件的
长度变化量可以按下式计算得出
:
1000×
2
℃
×
0.00002351mm/
℃
＝
0.047mm
比较便携式测量仪的测量精度和被测零件的精度要求
,0.047mm
也是相当大的误差
,
不能不
加以考虑。但是如果零件的长度只有
1mm,
当温度变化
2
℃
时其长度误差为
0.000047mm,
这显然
是远小于飞机零件的尺寸公差的
,
因此此时可以不考虑温度的影响了。
对于高精度的固定式坐标测量机
,
环境温度可以通过控制测控间的温度来实现。但对于类
似便携式坐标测量机和激光跟踪仪来说
,
这些设备经常是在环境比较差的工作现场进行测量
,
如
在零件加工现场附件或在临时存储区域中等。在这些场所
,
温度的精确控制是比较困难的
,
也就