一种采用极限区间包络工件成形轮廓的尺寸检测方法与流程

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种采用极限区间包络工件成形轮廓的尺寸检测方法。

背景技术：

近年来，随着核电技术的快速发展，核燃料组件格架等元器件的需求也不断上升，然而由于这些元器件的尺寸精度要求高，造成了高精密级进冲压模具冲压生产出来的相应的高精度组件的尺寸检测成为难点。

特别是复杂组件的成形轮廓中包含多段短圆弧(部分短圆弧对应的圆心角小于30°)，目前常规的测量方法，如通过图1示出的向上凸圆弧两侧的延长切线1和向下凹圆弧两侧的延长切线2，测量获得向上凸的待测圆弧3和向下凹的待测圆弧4的半径。

需要注意的是，使用轮廓仪电脑软件选取短圆弧计算圆弧半径时，首先要定义坐标轴，选择扫描得到的轮廓曲线上两端较长的直线部分定义坐标轴，摆正扫描轮廓曲线。然后再利用轮廓仪电脑软件选择扫描轮廓曲线上短圆弧两侧的切线，并将切线延长相交于一点，这两条直线形成一段区域，选择短圆弧部分时，在这两条直线和圆弧组成的区域内，尽量可能大的选取圆弧轮廓来计算出圆弧半径，可以多次重复选取最大轮廓，获取平均值来减小随机误差。

条带成形特征上短圆弧的半径可以通过这样的方法测量得到，但是对于整体的轮廓尺寸而言，由于成形特征上短圆弧较多，而条带产品图纸给出的技术要求上，整体尺寸的公差和圆弧半径的公差带是一样的，从而导致即使短圆弧半径合格，但细小的误差使得圆心位置有偏差，多段短圆弧圆心位置的累积误差导致整体尺寸测量误差偏大。

如图2中所示的m1，m2，m3，m4，m5，m6等相关尺寸与短圆弧圆心位置有关，而这些尺寸的公差等级又在同一范围内，短圆弧的测量误差会累计传递到该尺寸链中，因此很难保证测量出的该尺寸链中相关尺寸的准确性。故针对高精密级进模冲裁模具冲裁出来ap1000核燃料组件格架条带成形轮廓的检测需要合理的检测方法来判定产品尺寸的合格性。

技术实现要素：

由于ap1000核燃料组件格架条带成形特征复杂，为了适应级进模对ap1000核燃料组件格架条带成形轮廓的合格性检测，满足生产需求，本发明提出了一种采用极限区间包络工件成形轮廓的尺寸检测方法，尤其适用ap1000核燃料组件格架条带的成形轮廓的检测。无论是检测的方法，还是检测操作过程中都能够保证提高检测过程中的精度，减少偶然误差和系统误差的影响。

本发明采用的技术测量方案如下：

一种采用极限区间包络工件成形轮廓的尺寸检测方法，其特征在于，所述检测方法包含如下步骤：

步骤一、将待检工件定位装夹；

把待检工件夹紧在专用夹具上，然后将夹装好待检工件的专用夹具安装在测量工作台上的夹紧固定装置上；

步骤二、对待检工件进行轮廓扫描检测，获取轮廓曲线；

使用测量工具，对待检工件的待测部位进行前、中、后至少三个层次扫描，且每个层次的特征轮廓的起始位置和终止位置需要保持一致，且保证获取的扫描轮廓曲线的长度一致；

步骤三、对扫描得到的轮廓曲线进行标定测量，确定最终待检工件的测量尺寸；

对步骤二中所述的多个层次的轮廓曲线进行标定测量，取其平均值作为最终待检工件的测量尺寸；

步骤四、采用包络法获得判定区域；

通过待检工件图纸上给定的技术要求和公差范围，采用最大包容原则画出被测要素的最大上极限轮廓曲线、最小下极限轮廓曲线和公称轮廓曲线，所述最大上极限轮廓曲线和所述最小下极限轮廓曲线相互平行，二者之间形成判定区域，所述公称轮廓曲线位于所述判定区域的中间位置；

步骤五、对待检工件成形轮廓的整体形状进行检测；

通过步骤三中待检工件的测量尺寸获得待检工件的成形特征实际轮廓曲线，如所述成形特征实际轮廓曲线和所述公称轮廓曲线的形状一致，则进行下一步检测，若形状不一致，则所检工件不合格；

步骤六、对待检工件成形轮廓的整体尺寸进行检测，采用包络法判定判定待检工件是否合格；

将步骤五中形状与所述公称轮廓曲线一致的所述成形特征实际轮廓曲线放置到所述判定区域中，如果所述成形特征实际轮廓曲线能够完全包容在所述判定区域内，则说明所检工件的成形特征符合图纸技术要求，所检工件成形特征合格，反之，不合格。

进一步地，在所述步骤四中，为了在满足技术要求的基础上保证所述最大上极限轮廓曲线和所述最小下极限轮廓曲线组成的判定区域面积最大，所述最大上极限轮廓曲线中向下凹的短圆弧部分选择圆弧半径的最小极限偏差尺寸，向上凸的圆弧部分选择最大极限偏差尺寸。

进一步地，在所述步骤四中，为了在满足技术要求的基础上保证所述最大上极限轮廓曲线和所述最小下极限轮廓曲线组成的判定区域面积最大，所述最小下极限轮廓曲线中向下凹的短圆弧部分选择圆弧半径的最大极限偏差尺寸，向上凸的圆弧部分选择最小极限偏差尺寸。

进一步地，所述测量工作台为轮廓仪的测量工作台，所述轮廓仪具有测量探针，所述测量探针运动方向与所述待检工件成形特征的长度方向一致平行。

进一步地，若所述待检工件的成形特征不平行或垂直分布在所述待检工件上，则把所述轮廓仪测量台上的夹紧固定装置旋转相应角度，使测量时所述探针的运动方向与成形特征的长度方向一致。

进一步地，所述待检工件为ap1000核燃料组件格架条带。

本发明的有益效果：

通过该方法可以减小带短圆弧复杂件产品检测过程中的一些随机误差，减少误差累计的影响，保证产品的检测质量，有效地提高了检测效率。

附图说明

图1为复杂成形特征上短圆弧的一般测量方法示意图；

图2为复杂成形特征上其他线性尺寸的一般测量方法示意图；

图3为复杂成形特征整体形状尺寸的包络法检测示意图；

图4为复杂成形特征包络法最大上极限轮廓画法示意图；

图5为复杂成形特征包络法最小下极限轮廓画法示意图。

其中：1-向上凸圆弧两侧的延长切线；2-向下凹圆弧两侧的延长切线；3-向上凸的待测圆弧；4-向下凹的待测圆弧；5-最大上极限轮廓曲线；6-公称轮廓曲线；7-最小下极限轮廓曲线；8-成形特征实际轮廓曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体成形特征实例进一步说明本发明的技术方案。

本发明记载了一种采用极限区间包络工件成形轮廓的尺寸检测方法，该检测方法可用于带多段短圆弧的复杂件成形特征的尺寸检测，如ap1000核燃料组件格架条带的检测，该检测选用轮廓仪作为测量工具，检测步骤如下：

一、将待检工件定位装夹；

把待检工件夹紧在专用夹具上，然后把夹装好待检工件的专用夹具安装在轮廓仪的测量工作台上的夹紧固定装置上。

待检工件为ap1000的格架条带时，格架条带放置在轮廓仪的测量工作台上时，格架条带长度方向一侧要与轮廓仪测量探针的运动方向保持一致平行。因为格架条带上复杂的多成形特征是沿着格架条带的长度方向分布的，因此检测成形特征时要保证测量探针运动方向与格架条带成形特征的长度方向一致平行。由于格架条带的成形特征不全都是平行或垂直分布在格架条带上的，也有45度方向的成形特征，检测这些特征时，则需要把轮廓仪测量台上的夹紧固定装置旋转45度或135度(顺时针或逆时针旋转)，使得检测时轮廓仪测量探针与成形特征成45度或135度夹角，这样测量时探针的运动方向就与成形特征的长度方向一致，便于检测。

二、对待检工件进行轮廓扫描检测，获取轮廓曲线；

轮廓仪的测量工作台上的夹紧固定装置上固定好待检工件和专用夹具后，根据待检工件产品的尺寸要求，选择合适的测量探针，对被测量的待检工件成形特征进行轮廓扫描检测，并获取轮廓曲线。

使用轮廓仪对待测工件成形特征扫描获取轮廓曲线时，对待测部位进行前、中、后至少三个层次扫描，且每个层次的特征轮廓的起始位置和终止位置需要保持一致，且尽量保证获取的扫描轮廓曲线的长度一致。操纵轮廓仪使测量探针在下压状态下滑过被测工件的表面获取成形特征轮廓曲线。

三、对扫描得到的轮廓曲线进行标定测量，确定最终待检工件的测量尺寸；

对步骤二中多个层次的轮廓曲线进行标定测量，取其平均值作为最终待检工件的测量尺寸。

四、采用包络法获得判定区域；

所采用的包络法则是通过待检工件图纸上给定的技术要求和公差范围，采用最大包容原则画出被测要素的最大上极限轮廓曲线5、最小下极限轮廓曲线7和图纸技术要求上的公称轮廓曲线6。

然后向轮廓仪软件中导入最大上极限轮廓曲线5和最小下极限轮廓曲线7，以及公称轮廓曲线6，如图3所示。最大上极限轮廓曲线5和最小下极限轮廓曲线7之间相互平行，二者之间形成判定区域，公称轮廓曲线6为成形特征理论曲线，其位于判定区域的中间位置。

五、对待检工件成形轮廓的整体形状进行检测；

通过步骤三中待检工件的测量尺寸获得待检工件的成形特征实际轮廓曲线8(见图3)，如成形特征实际轮廓曲线8和公称轮廓曲线6的形状基本一致，则进行下一步检测，若形状不一致，则说明所检工件是不合格的。

六、对待检工件成形轮廓的整体尺寸进行检测，采用包络法判定待检工件是否合格。

将步骤五中形状与公称轮廓曲线6一致的成形特征实际轮廓曲线8放置到最大上极限轮廓曲线5、最小下极限轮廓曲线7形成的判定区域中，如果成形特征实际轮廓曲线8能够完全包容在这个判定区域内，则说明所检工件的成形特征符合图纸技术要求，所检工件成形特征是合格的，反之，不合格。

包络法中最大上极限轮廓曲线5如图4所示，由于包络法的原理是在公差要求技术范围为获取最大的包容区间，即最大上极限轮廓曲线5和最小下极限轮廓曲线7组成的判定区域面积最大，因此使用包络法测量时，复杂成形特征的最大上极限轮廓曲线5中向下凹的短圆弧部分选择圆弧半径的最小极限偏差尺寸，而向上凸的圆弧部分选择最大极限偏差尺寸，其他直线段部分的尺寸画法原理相同，在满足尺寸技术要求前提下保证包容区间面积的最大化。因此图4中最大上极限轮廓曲线5中向下凹的圆弧s1,s3,s6和s8选择对应圆弧半径最小极限偏差(最小值)画图；向上凸的圆弧s2,s4,s5和s7选择对圆弧半径最大极限偏差(最大值)画图。

包络法中最小下极限轮廓曲线7如图5所示，为了在满足技术要求的基础上保证最大上极限轮廓曲线5和最小下极限轮廓曲线7组成的判定区域面积最大，使用包络法测量时，复杂成形特征的最小下极限轮廓曲线7中向下凹的短圆弧部分选择圆弧半径的最大极限偏差尺寸，而向上凸的圆弧部分选择最小极限偏差尺寸，其他直线段部分的尺寸画法原理相同，这样的做法能够在满足尺寸技术要求前提下保证包容区间面积最大。因此图5中最小下极限轮廓曲线7中向下凹的圆弧r1,r3,r6和r8选择对应圆弧半径最大极限偏差(最大值)画图；向上凸的圆弧r2,r4,r5和r7选择对应圆弧半径最小极限偏差(最小值)画图。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。