基于三坐标测量机同轴度的测量方法

　　1引言

　　测量一批轴的同轴度，因为轴内壁带有油槽，所以不能用圆度仪测量。使用三坐标测量机测量同轴度，如果测量方法使用不当，测量误差会很大，把合格的零件检测为超差，不合格的零件检测为合格，反映不了真实情况，人为造成经济损失。针对此问题，经过理论分析，得出影响同轴度测量误差的主要因素，提出解决方法，改善测量结果。

　　2三坐标测量机的测量原理及测量误差

　　图1 是谢菲尔德(Sheffield)公司 DiscoveryⅡD-8 型三坐标测量机，测量软件是 MeasureMax 6.0TM。三坐标测量机通过测量软件对零件进行测量计算出所需测量数据。三坐标测量机的测针接触零件表面，测针把接触点的三维坐标值传给测量软件，构成点、线、面等基本元素，根据被测元素的三维坐标使用最小二乘法计算出该元素的特征数据和形状误差，还可以计算得到位置误差[1]。

　　三坐标测量机的测量精度是用测量误差衡量。除机器本身因素以外，零件表面的形状误差和测量方法的选择是影响测量精度的主要因素。测量平面时，测量 4 个分布范围比较大的点，如果所测的 4 个点中的 1 个点有 2μm 的形状误差，对这个平面的法向几乎没有任何影响。同样测量这个平面局部的 4个点表示这个平面，如果局部的 4 个点中的 1 个点有2μm 的形状误差的话，这个点就会影响平面的方向矢量，平面的法向误差就非常大。可以得出，平面的法向误差在测量范围大的时候受精度影响比较小，而测量范围小的时候受精度影响比较大。因此，测量平面时应使测量点尽量布满整个被测平面[1]。

　　测量圆柱时，测量点应尽量均匀分布在圆柱的圆周上，如果测量范围小于圆周的六分之一，圆的直径和圆心坐标的精度就很差，圆柱同轴度的误差也会增大。测量圆周上的点时必须具有一定的方向性，即测量的方向与截面圆径向一致，保证点测量的准确性。影响同轴度的主要因素是被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向。如图 2 所示，在轴外圆上测量 1 和 2 截面圆，圆心连线作为基准轴线 A。在轴内圆上测量 3 和 4 截面圆，其圆心连线构成被测轴线 B，比较 A 和 B 得到内圆相对于外圆的同轴度。假设轴的基准轴线上两个截面圆的距离为 10mm，基准轴线的第一截面圆与被测轴线第一个截面圆之间的距离为 50mm，如果基准轴线的第二截面圆的圆心与基准轴线有 5μm 的测量误差，则被测轴线的第一个截面圆到基准轴线已偏离 25μm，即使实际被测轴线与基准轴线完全同轴，计算结果也有 50μm 的误差[2]。这种测量误差是人为造成的基准轴偏离误差。选择合理的测量方法能最大程度地反映零件的真实情况。为了使测量结果更准确，测量时根据被测零件的大小、表面粗糙度选择测量位置和测量点数，在允许的情况下测量点越多越好，尽可能在被测面上均匀分布，获得与实际相近的特征数据,否则可能产生很大的测量误差[3]。