机械零件 测量结果的不确定度 研究

郭媛媛 彭丹华

商丘工学院，机械工程学院，河南 商丘 476000

摘要:机械零件加工的质量检查技术是一门高度技术性的学科。质量检查人员必须逐一检查制造过程中的设计要求是否得到满足。精密机器最重要的是精度，精度除了静态和准静态精度还有动态精度，而动态精度由刚性保证，所以要关注的就变成精度和刚性，其中动态精度和刚性都表现为振动，而振动可以通过检测位移量来反映。如何开始检查机械零件？如何选择测量工具和检查工具，以及使用哪些测试方法和手段来提高检查效率，以避免错误检测和漏检。因此，建立适当的检查过程是机械零件质量检查的首要前提。通过适当的检查过程，即使是高素质的检查员也可以出色地完成检查工作。

关键词：机械零件；测量结果；不确定度

1 测量结果的不确定度评估

测量系统的不确定性主要来自测量人员，测量装置，测量方法和外部环境。它分为A类不确定性和B类不确定性。类型不确定性主要集中在重复实验的测量结果上，通常通过分析一系列观测数据的统计规律来评估。B类不确定性主要考虑测量系统本身和外部环境，通常根据经验或相关标准确定的概率分布进行评估。因此，在分析测量系统结果的不确定性时，首先应确定会影响测量结果不确定性的组成因素并对其进行分类。根据适当的评估方法进行评估以获得不确定性成分，最后，按照一定的步骤合成不确定度分量，得到系统测量结果的不确定度和扩展不确定度的组合。

1.1振动信号频率的A类不确定性评估

动态信号分析仪用于检查振动信号的频率指示值，这是直接测量，因此无需创建进一步的数学模型。在测试过程中，检测系统在相同的振动条件下对振动信号的频率进行了10次独立测量。测定结果示于表1。.

表1 频率测量试验结果

根据测量结果分类与评估方法的不确定度，系统重复性测量产生的不确定度属于A类不确定度，因此，贝塞尔法可用于估计测试结果对频率A级不确定度的标准偏差，获得振动信号。作为μA的最佳估计值，请注意10次频率测量（算术平均值）。

1.2动信号频率 B类不确定度评定

（1）压电加速度计引入的不确定度

压电加速度计是检测系统的一部分，设备本身的不确定性也包括在检测系统的测量结果的不确定性中。此类不确定度为B类不确定度，压电加速度计本身的不确定度为1.0％，置信系数k=2。根据B级不确定度评估方法，压电加速度计将不确定度引入测量结果中。

2. 标准电荷放大器引入的不确定度是相同的

标准电荷放大器的测量误差在系统测量结果中引入的不确定度为B型不确定度，根据验证报告，标准电荷放大器的测量误差限为0.1％，按均匀分布计算。置信度k=1.9标准电荷放大器引入测量结果的不确定度。

2. 动态信号分析仪引入的不确定度

在测量振荡信号的频率时，引入测量结果的不确定度为B型不确定度，可在仪器的检查报告中找到。动态信号分析仪在频率测量期间的误差极限为0.01％，以均匀分布计算，置信系数k=1.8，动态信号分析仪在频率测量期间引入的不确定性。

（4）压电加速度计的年度稳定性带来的不确定性

通常，长期使用和存储会导致仪表的测量结果出现某些误差。由这种误差引起的不确定性是B型不确定性，压电加速度计的年稳定性的最大允许误差为±0.5％。根据均匀分布，置信系数k=1.75压电加速度计的年度稳定性引起的不确定性。

（5）由于环境温度变化而导致的不确定性

温度是影响系统测量结果的重要因素，是B类不确定性，在实际使用机床振动测量系统时，环境温度超过5°C，根据验证报告，压电加速度计的温度灵敏度小于0 ，1％/°C且标准电荷放大器的温度灵敏度低于0.02％/°C。动态信号分析仪的温度稳定性良好，可以忽略不计，因此温度变化引起的误差分别为0.5％和0.1％ 总计0.6％。 根据均匀分布计算，置信系数k =√3，环境温度变化给系统测量结果带来的不确定性。

（6）交流声和噪声引起的不确定性

在进行测量时，由振动以及在环境中产生的嗡嗡声和噪声所导致的不确定性为B类不确定性，在机床振动检测系统的实际应用中，环境中经常会出现交流噪声和噪声。这些因素会导致测量结果出错。因此，应考虑周围交流噪声和噪声引起的不确定性。由交变噪声和振动台振动产生的噪声引入的误差范围为1.0％。根据反正弦分布，置信系数k =1.5交变噪声和测量期间噪声引起的不确定性。

（7）横向振动的不确定性

当振动台振动时，会产生一定的横向振动，从而导致系统测量结果产生误差，不确定性为B型不确定性，在机床振动检测系统的实际应用中，结构振动情况复杂，还包括横向振动。因此，测量结果必须考虑到由横向振动因素引起的不确定性。压电加速度计的横向灵敏度为2％，标准电荷放大器的横向灵敏度为1％。横向振动引起的误差为0.02％，这是根据反正弦分布计算得出的。置信因子k =√3，由于侧向振动因子引起的不确定性

（8）B类动态信号频率的不确定性

根据对上述B类不确定度分量的评估，当影响因素彼此独立时，可以获得振动信号频率的B类不确定度。

1.3 振动信号频率合成不确定度评定

基于上述对A和B不确定度的评估，可以通过不确定度的综合方法获得系统测得的振动信号频率的综合不确定度。

1.4 振动信号频率扩展不确定度评定

如果置信度为0.95，则由上述9个因素引入测量结果中的总误差遵循t分布和相应的置信因数k_c = 2，因此系统测量振动信号频率的扩展不确定度。

2 测量结果不确定度分析

从上述系统的测量结果的不确定性可以看出，测量结果的不确定性来源很多，不同来源的测量结果的不确定性也不同。具体分析如下：

（1）该系统测量结果的不确定度主要集中在B型不确定度上，而A型不确定度较低。这表明系统的设计和结构是适当和有效的。在使用过程中，重复测量得到的数据也是准确可靠的。

（2）为了使测量结果更准确，应尽可能减少B型不确定性，例如选择精度更高，年度稳定性更好的压电加速度计。使用时，请尽量保持环境温度恒定，并增加诸如屏蔽或包装之类的措施，以避免交流和噪声干扰，并进一步提高测量结果的准确性。

（3）由于对B类不确定性的评估主要基于经验和工程实践的规律，因此B类不确定性的评估方法应不断改进，以提高测量结果的可靠性。更好地根据技术现实调整评估结果并提高测量结果的可信度。

3 结语

机械零件的设计，加工和检查是相互联系的有机整体。制造错误是不可避免的。CNC机床在切削过程中产生的振动对加工过程和工件的加工质量以及CNC机床的连接特性有很大的影响，并且对生产效率也有影响。因此，降低数控机床的振动对于控制产品质量非常重要。通过由检查员检查机械零件的加工质量，可以将缺陷有效地控制在适当的范围内，以免损害设备本身的性能和功能，从而提高公司的竞争力，促使企业更好的进行发展。

参考文献

[1]黎明，马聪，杨小芹.机械加工零件表面纹理缺陷检测[J].中国图象图形学报，2004，03：64-68.

[2]史博，汪霖，曹建福.立体零件加工质量的在线图像检测方法[J].仪器仪表学报，2009，10：2039-2044.

[3]覃孟扬.基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D].华南理工大学，2012.

[4]傅秀清.球形阴极数控电解加工关键技术研究[D].南京农业大学，2010.

[5]万林林.氮化硅陶瓷回转曲面典型零件高效精密磨削工艺实验与理论研究[D].湖南大学，2012.