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加普曼Gen3電子間隙測量
飛機應(yīng)用系統(tǒng)
多年來，飛機裝配和結(jié)構(gòu)部件制造商一直
使用傳統(tǒng)接觸方法（塑料墊片、塞尺、步進(jìn)規(guī)等）
測量商業(yè)和最終組裝過程中的間隙
軍用飛機。金屬/金屬、金屬/碳纖維之間的數(shù)百個間隙
必須測量增強聚合物（CFRP）和CFRP/CFRP表面，并且
在生產(chǎn)過程中進(jìn)行控制，以確定是液體填隙還是固體填隙
是必需的。這些差距可以在以下各種應(yīng)用中找到：
貫穿飛機結(jié)構(gòu)，從前排乘客門到垂直方向
穩(wěn)定器。（典型應(yīng)用見圖1）
圖1：典型飛機間隙測量位置
2.
過程控制改進(jìn)推動了新的間隙測量技術(shù)
由于工藝改進(jìn)方法標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高，如：
SPC和六西格瑪，從阿萊尼亞到
洛克希德公司正在調(diào)整其測量儀器的輸出規(guī)格
供應(yīng)商。新標(biāo)準(zhǔn)要求測量、數(shù)據(jù)采集和
記錄越來越多的物理測量，如：
制造和裝配過程中的間隙、孔和平行度。
傳統(tǒng)的間隙測量方法，如塞尺和塑料墊片
無法滿足新的精度和重復(fù)性質(zhì)量規(guī)范，并且無法
以自動記錄和存儲無錯誤數(shù)據(jù)。
工程師們還發(fā)現(xiàn)了這些設(shè)備的局限性和主要可靠性問題
舊方法。墊片和塞尺精度不足。塑料
墊片的厚度可以變化7.6微米，這些墊片和塞尺都可以
無法滿足所需的操作員對操作員重復(fù)性水平。此外
由于墊片因不斷摩擦而磨損，精度隨時間降低
也可能對目標(biāo)表面造成損壞的硬表面。
現(xiàn)在，這些用戶通常會對以下各項進(jìn)行方差分析：
組（ANOVA）量規(guī)重復(fù)性和再現(xiàn)性研究（量規(guī)
R&R），以比較傳統(tǒng)測量方法與
更現(xiàn)代的方法，如數(shù)字電容式非接觸式間隙傳感器
儀器。一家領(lǐng)先的飛機結(jié)構(gòu)制造商最近進(jìn)行了測試
得出的結(jié)論是，塞尺不能滿足其六西格瑪要求。
具體而言，他們的儀表R&R得出結(jié)論，機械儀表總計占45%
電容式間隙計的測量色散為20%或更高。自從
測隙規(guī)顯示測量色散大于要求
六西格瑪最低30%，他們被迫改變。解決辦法是：
使用Gapman 電容式間隙測量系統(tǒng)，他們稱之為
“電子塞尺”。（參見圖2。）
3.
圖2:Gapman的照片 帶遠(yuǎn)程彈簧接觸棒的Gen3
Capacitec GapmanGen3的開發(fā)
Capacitoc專注于電容測量，這是核心技術(shù)
僅用于其非接觸位移、間隙、孔和
平行度傳感器和傳感器系統(tǒng)。
操作原理
電容電抗與傳感器和
目標(biāo)，而用于進(jìn)行距離測量的物理原理是基于
傳感器與其目標(biāo)之間的電容變化。參見圖3
圖3：電容技術(shù)
4.
用兩個電容式位移傳感器測量飛機結(jié)構(gòu)間隙
背靠背安裝在扁平棒的末端。每個傳感器都有一個中央傳感器
典型直徑為2至5 mm（0.079“至0.197”）的元件
這取決于所需的間隙范圍。傳感器直徑越大
間隙傳感器棒的線性范圍越大。一個環(huán)形保護層圍繞著這兩個
用于將電容性電荷場聚焦到接地目標(biāo)的傳感器。每個
傳感器具有100%屏蔽同軸電纜。
當(dāng)與接地或?qū)щ娔繕?biāo)平行放置時
傳感器測量與氣隙成比例的電容。當(dāng)信號為
輸入到專用信號調(diào)節(jié)放大器，輸出范圍可為
在0–10.000 VDC之間呈線性比例。此結(jié)果輸出的比率為：
萬分之一。例如，0.254 mm（0.010”）的滿刻度范圍
除以10000，輸出分辨率為250納米/mVdc（1
微英寸/mVdc）。
傳感器棒技術(shù)發(fā)展
非接觸半剛性刀
20世紀(jì)80年代，核燃料棒制造商對
機械接觸使用的可靠性、準(zhǔn)確性和整體性能
測量燃料棒中數(shù)百根單個燃料棒之間的薄間隙的量規(guī)
組件。參見圖4。Babcock&Wilcox、西屋電氣、阿海琺和其他公司
與Capacitec接觸，利用他們的經(jīng)驗開發(fā)新的技術(shù)方法
具有電容測量經(jīng)驗。
圖4：典型核燃料棒束
5.
由此產(chǎn)生的電容設(shè)計包括：由此產(chǎn)生的電容性設(shè)計包括上述兩種電容性設(shè)計
非接觸式位移傳感器，安裝在金屬的相對側(cè)
sabre并校準(zhǔn)為兩個定制電容放大器。燃料束之后
組裝后，這些半柔性半米長間隙測量刀
在幾個位置自動插入16排燃料棒之間
沿著燃料束的6米高度。基于這項新技術(shù)的成功
設(shè)計的可靠性、重復(fù)性、高精度和耐用性電容式非接觸式間隙測量系統(tǒng)現(xiàn)在是標(biāo)準(zhǔn)測量技術(shù)
適用于全球燃料棒制造商。
柔性傳感器棒
柔性間隙測量棒的開發(fā)誕生于該專業(yè)
薄膜液體涂層工業(yè)。由于對更均勻和更薄的要求
膠片產(chǎn)品加速，3M、柯達(dá)和杜邦等制造商需要
尋找新的方法來控制2至3米范圍內(nèi)的涂層稠度
專業(yè)涂布機。研究證明了涂層之間的直接關(guān)系
厚度一致性和在涂布機模具中設(shè)置非常精確的間隙的能力
在生產(chǎn)之前。Capacitec被邀請開發(fā)新的定制非常
薄型柔性間隙傳感器棒，以代替塑料墊片。
由此產(chǎn)生的槽模涂布機間隙測量系統(tǒng)允許用戶：
在涂布機模具上保持±0.25微米（10微英寸）的均勻性
幫助他們更好地控制納米級涂層厚度。見圖
5.
圖5：帶有桿定位支架的極薄柔性桿
6.
這些靈活的Kapton®間隙傳感器棒進(jìn)一步適用于：
蓋普曼 以滿足準(zhǔn)確、自動化的要求
測量飛機結(jié)構(gòu)中的間隙。
自接地半剛性接觸刀
設(shè)計了自接地半剛性接觸刀，以響應(yīng)GE
PowerGen要求開發(fā)更好的方法來測量風(fēng)扇之間的間隙
燃?xì)廨啓C中的葉片和外殼。同樣，塞尺是
現(xiàn)有測量方法，不符合量規(guī)R&R和六西格瑪
文件要求。Capacitec在這方面面臨的特殊挑戰(zhàn)
應(yīng)用是如何測量導(dǎo)電和非導(dǎo)電之間的間隙
目標(biāo)解決方案是創(chuàng)建彈簧接觸棒，其中
匹配的上下自接地移動金屬彈簧用作
導(dǎo)電目標(biāo)。該系統(tǒng)消除了對地面目標(biāo)的需求，同時：
為可靠的間隙測量提供了新的解決方案，其中一個或兩個目標(biāo)
是不導(dǎo)電的。進(jìn)一步開發(fā)了該技術(shù)，以與
加普曼 在整體和遠(yuǎn)程支架配置中。參見圖6。
加普曼 帶整體彈簧的Gen2
接觸刀
加普曼 帶遠(yuǎn)程彈簧的Gen3
接觸刀
圖6：加普曼 帶有自接地彈簧觸點sabre的配置
7.
傳感器選擇
電容式間隙傳感器棒型號選擇由應(yīng)用程序驅(qū)動和選擇
參考以下因素：最小間隙、間隙范圍、目標(biāo)材料
組合（金屬/金屬、金屬/CFRP、CFRP/CFRP），難以接近
有幾十種標(biāo)準(zhǔn)型號的柔性棒和彈簧
聯(lián)系sabres，并根據(jù)以下選項開發(fā)定制模型：
客戶需求。
柔性棒
Kapton®柔性棒通常用于測量最薄的間隙和
其中棒的柔性提高了對目標(biāo)的可達(dá)性。這個
GPD-（3X1）I-A-225型中可以找到最薄的帽測量值
其范圍為0.15毫米（0.006英寸）至1.0毫米（0 0.0394英寸）。大眾
型號GPD-4.5（.0075）-A-250的范圍為0.20毫米（0.0078英寸）至3.0毫米
(0.118”). 可以指定其他型號的范圍最大為10 mm（0.394）。
薄傳感器棒GPD-（3X1）I-A-225
尺寸：14毫米x 225毫米x 0.150毫米
（0.55英寸x 8.85英寸x 0.006英寸）
薄傳感器棒GPD4.5（.0075）-A-250
尺寸：14毫米x 250毫米x 0.190毫米
（0.55英寸x 9.8英寸x 0.0075）
圖7：典型的標(biāo)準(zhǔn)柔性棒選項
圖8：加普曼 Gen3，帶集成柔性棒，測量非常薄的間隙
CFRP/CFRP
8.
自接地彈簧接觸棒
彈簧接觸棒通常用于以下應(yīng)用：一個或兩個
目標(biāo)是不導(dǎo)電的；目標(biāo)尺寸小于2mm或
目標(biāo)不規(guī)則。這些也是CFRP/CFRP最常用的選擇
最小間隙大于0.64 mm（0.025“）的應(yīng)用。彈簧接觸
GPD-5（0.22）-A-150型棒的范圍為0.64毫米（0.025英寸）至3.0毫米
而GPD-10（.034）-A-350的范圍為0.86毫米（0.034”）至10.0
毫米（0.394英寸）
彈簧接觸棒GPD-5（0.22）-A 150
尺寸：14毫米x 150毫米x 0.86毫米
（.551英寸x 5.9英寸x 0.034英寸）
彈簧接觸棒GPD-10（0.34）-A-350
尺寸：27毫米x 350毫米x 0.86毫米
（1.063英寸x 13.8英寸x 0.034英寸）
圖9：典型彈簧接觸棒選項
對于較大的間隙，如后緣襟翼和機翼之間的間隙，其中：
間隙通常為25mm±5mm（1“±0.2”），可提供定制棒。在里面
這個案子來自加普曼第1代（模擬）至
加普曼 第2代（數(shù)字）至
加普曼 第三代（串行/無線）
圖11:Gapman 第1代至第3代
加普曼 Gen2
蓋普曼 Gen2型號于1996年推出，帶有柔性棒
遠(yuǎn)程與整體配置以及彈簧接觸棒的可用性為：
稍后介紹。今天，大多數(shù)商用和軍用飛機制造商
全球范圍內(nèi)使用Capacitoc Gapman Gen2：測量和控制以下差距：
通常范圍為0.20毫米至3.0毫米（0.0078“-0.118”）。在尾部裝配中
部分，一個Gapman 使用帶有柔性棒的Gen2測量20 cm的間隙
組件內(nèi)部的（7.87“）。還可以看到一根柔性棒進(jìn)入
難以接近的目標(biāo)見圖12。
圖12:Gapman 第二代顯示了活動的柔性棒
10
自接地彈簧接觸刀通常用于測量之間的間隙
由CRFP組成的一側(cè)或兩側(cè)的目標(biāo)。在另一個應(yīng)用中
Gapman的間隙讀數(shù)示例 Gen2被發(fā)送到CNC機床，該機床
制造定制墊片，可完美地安裝在兩個結(jié)構(gòu)之間的空隙中
飛機的部件。
加普曼第三代
Gapman®Gen3于2010年末推出
“下一代”Gapman®Gen3的增強功能具有更高的分辨率
輸出（0.00001）/0.254µm），具有±0.05%FS（12.7µm）的典型精度
GPD-5F棒；10000+數(shù)據(jù)點記錄和存儲能力；電池壽命
加倍（現(xiàn)在至少22小時，使用3節(jié)AA鋰電池）；簡化
允許控制外部按鈕功能的PC用戶界面軟件，以及
通過USB或Zigbee無線傳輸存儲間隙測量數(shù)據(jù)。
緊湊的外形尺寸僅為2.2英寸x 8.7英寸x 1.1英寸（56 x 220 x 28毫米）
Gapman®Gen3重量不到一磅（454克），其特點是：
用于位置補償測量的高精度雙電容傳感技術(shù)與其前身相同，其組件安裝在
工廠地板經(jīng)過測試，高度堅固的外殼。使用標(biāo)準(zhǔn)和定制傳感器
探頭向后兼容，Gapman®Gen3便于插入
間隙薄至0.150毫米（0.006英寸）。
Gapman®Gen3記錄和存儲數(shù)據(jù)點，以便在
支持六西格瑪和其他質(zhì)量體系。其他“下一代”
增強功能包括亮藍(lán)色字母數(shù)字有源矩陣OLED顯示器；
毫米/英寸的外部菜單選擇按鈕；校準(zhǔn)按鈕，用于
調(diào)整到已知間隙的標(biāo)準(zhǔn)；包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
USB Type A組合數(shù)據(jù)輸出和外部電源端口。憑借其用戶友好的設(shè)計增強，可以使用“下一代”Gapman®Gen3
為了在更廣泛的飛機應(yīng)用范圍內(nèi)有效地測量間隙，
包括飛機制造和組裝操作；金屬和剛性
11
復(fù)合材料表面（CFRP）和飛機發(fā)動機及重建。其他應(yīng)用
包括柔性太陽能電池板疊片；涂布機輥對輥平行度；電影
生產(chǎn)以及任何其他非接觸式間隙測量應(yīng)用
其特征在于最小的間隙公差和復(fù)雜的裝配。
羅伯特·福斯特（右）是Capacitec的創(chuàng)始人和總裁
Bryan Manning（左）是Capacitec歐洲公司的商業(yè)總監(jiān) |
