陈昶
【摘 要】分析尺寸检测中温度对测量结果的影响及控制措施,介绍传统的测量结果修正方法.如何确定恒温时间(以pro/e的动态温度显示及温差、时间变化趋势),以消除温度变化对测量结果的影响. 【期刊名称】《中国重型装备》
【年(卷),期】电源外壳2016(000)002
【总页数】3页(P52-54)
【关键词】尺寸测量;恒温时间;修正
【作 者】陈昶
【作者单位】中国二重(德阳)重型装备部有限股份公司检测中心,四川618013
【正文语种】中 文
【中图分类】TG81
在大型工件的加工中，通常在加工机床上进行尺寸检测，工件装夹、机械切削产生的热能使工件温度升高，体积膨胀，尺寸增大；当工件离开加工机床后，温度降低，体积减小，尺寸减小，测量时，如果不考虑环境温度对测量结果的影响，必然存在质量风险。 通过对测量人员、测量设备、被测工件、测量方法、测量环境等影响因素的分析。测量环境中，温度对测量结果的影响为主要影响。
在影响测量准确性的众多因素中，工件和测量设备的膨胀系数差、工件和测量设备的温度差为主要影响因素。
工件使用的材料具有热胀冷缩的特性。在温差很大时(温差大于15℃)，测量时温度差对大尺寸测量结果影响很大，必须严格控制温度差。减小温度变化对测量结果的影响，可通过近似计算，修正测量结果。
1.1 一维线性计算
对于形状简单的工件，可通过公式计算变化量，并对测量结果进行修正，公式[1]为：
△L——工件、测量设备的温度、线膨胀系数差引起的测量误差，单位为mm；
a1——工件使用材料的线膨胀系数；
a2——计量器具使用材料的线膨胀系数；
t1——测量时工件的温度，单位为℃；
t2——测量时计量器具的温度，单位为℃。
1.2 非一维线性计算
对于形状、结构复杂的被测件，不能按上述线性公式进行修正值计算，应按公式(2)计算[1]：
△L——工件、测量设备的温度、线膨胀系数差引起的测量误差，单位为mm；
毛发生长剂a1——工件使用材料的线膨胀系数；
a2——计量器具使用材料的线膨胀系数；
3AS4-12t1——测量尺寸时工件的温度，单位为℃；
t2——测量尺寸时计量器具的温度，单位为℃。
工件长度为1 000 mm，a1、a2、t1、t2 取不同值时，修正值如表1所示。
通过表1可知：当工件和计量器具的温度一致、膨胀系数相同时，温度的影响量可以消除；当工件、计量器具膨胀系数相同，温度不同时，可以通过恒温的方式来消除测量误差；当工件和计量器具膨胀系数不相同，温度不同时，应尽量选择接近工件膨胀系数的计量器具，并通过恒温手段有效消除测量误差。
2.1 通过公式计算恒温时间
通常可采用恒温和对结果进行修正的方式消除温度差的影响。可通过下列公式计算工件、测量设备温度一致所需时间为：排屑装置
V——体积，单位为m3；
F——表面积，单位为m2；
△t1——初始温差，单位为℃；
△t2——最后温差，单位为℃；
服务器硬件监控K——有关系数。
以200 mm的量规则形体，初始温度30℃，最终温度20℃，计算得150 min后达到等温状态。此方法虽然计算快捷，但在实际测量工作中，因为工件结构性复杂，简单地套用公式，往往准确性较差，求得的等温时间与实际等温时间存在很大差异。
2.2 通过软件进行模拟，确定恒温时间
目前，许多技术规范只规定恒温时间，没有考虑温差对恒温时间的影响。为消除温度对测量结果的影响，另一种方法就是将工件、测量设备放在同一环境中经过长时间后，工件、测量设备的变形已趋于稳定，当两者温差小于0.1℃时，认为两者温度相等，以此确定恒温时间。可用下列方法确定恒温时间。
2.2.1 采集尺寸、温度变化数据，用 《Matlab》求恒温时间
确定工件、测量设备的恒温、检测时间，对组织生产、保证质量都很重要。恒温过程中，不同温度的工件、测量设备处在相同环境条件下，相同时间间隔的尺寸测量值的差值逐渐趋近于一个固定值，温度变化的这一过程就是恒温过程。所用的时间就是要求的恒温时间。某产品的时间拟合曲线如图1、图2和表2[2]所示。
从图2可知，恒温时间35 h以后，测量值、温度差值趋于恒定，所用的时间为恒温时间。
2.2.2 用《pro/mechanica wildfire 3.0/4.0 结构、热力分析》软件确定恒温时间
用pro/e软件对工件进行恒温时间仿真，首先要输入pro/m可接受的模型，可用UG、SOLIDWORKS、MASTERCOM等软件制作，可接受的通用格式为IGS。在mechanica模块下输入模拟环境变量，材料参数[3]，并进行计算，得到温度、时间变化曲线[3]，如图3所示。智能游戏者
在相同的时间间隔内，温度差小于或等于0.1℃(或允许的温度差)，温度变化对工件尺寸测量的影响很小，可以忽略，其所用时间为希望得到的恒温时间。
图3中为同一工件，环境条件、材料、温差相同，恒温时间相同。从图3中可以看到，用时17 142 s(约4.7 h)后，达到两次采样温差小0.1℃，所用的时间为恒温时间。
本文分析了温度变化对测量的影响。工件、测量设备的温度差是整个测量过程的关键。探讨工件、测量设备的膨胀系数差、温度差、计算测量结果的修正量和软件模拟来确定充分恒温所必须的时间，以消除温度差对测量结果的影响。
完成工件在温度变化过程中仿真，应具备以下条件：
(1)制作工件模型；
(2)获取环境参数(资料)；
(3)获取工件材料性能参数(资料)；
(4)设定符合实际的约束条件等。
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