一种深孔尺寸、圆度、同轴度及直线度测量方法

　　1概述

　　深孔检测是深孔零件加工过程中的重要组成部分，是对深孔零件进行质量控制和管理的重要手段。深孔检测主要是指对深孔几何参数的测量和对加工工艺误差的分析，主要检测内容包括：深孔尺寸误差测量;深孔表面形状误差测量;深孔表面位置误差测量;深孔表面质量测量。在深孔加工中，孔径尺寸精度是一项非常重要的检测内容，主要测量方法包括：通用量具测量、专用量具测量、电感测径仪测量、气动量仪测量等;深孔直线度的测量方法主要包括：量规测量法、感应式应变片测量法、校正望远镜测量法、激光测量法、超声波测量法等;圆度测量方法主要有圆度仪测量法、光学分度头测量法等。如果需要对深孔尺寸精度、直线度和圆度进行综合评定，一般需要使用多种测量仪器或专用检具。

　　本文提出一种利用超声波测量零件壁厚，通过计算，对深孔尺寸、圆度、同轴度、直线度进行综合误差评定的方法。

　　被测零件材料为合金钢。零件结构见图1。内孔尺寸为孔尺寸为80.1±0.1mm，孔深1600mm，圆度0.10mm，直线度0.10mm，与外圆轴线同轴度Φ0.2mm，深径比为20。

　　由于零件外形尺寸较大、内孔较深，用普通方法分别测量孔径、圆度、同轴度和直线度比较复杂。因此利用超声波测厚仪测量图1所示轴向的7个截面，每个截面测周向均分16点的壁厚值，然后根据外径实测值换算出内孔实测值，最后通过对内孔截面圆度和轴线直线度进行评定，计算出内孔的孔径、圆度、同轴度和内孔轴线直线度。

　　2内孔尺寸、圆度、同轴度的计算

　　2.1内孔圆度的数学模型

　　被测圆轮廓与评定基圆的偏差值即为圆度。圆度误差的评定方法主要有最小区域圆法、最小二乘圆法、最小外接圆法和最大内接圆法。

　　以最小二乘圆LSC作为评定基准圆(见图2)，按此方法求解圆度误差△Zq的公式为

　　式中，Rmax、Rmin分别为各测得点相对十最小二乘圆LSG的最大、最小偏离值;Ri在最小二乘圆LSG外侧时一取正值，内侧时取负值。

　　按最小二乘法构造目标函数，该函数实质上是求解关十圆心坐标Xc、Yc和圆半径Rc的极小值问题，函数求解结果即为最小二乘圆圆心坐标值和半径，即

　　2.2测量步骤与计算实例

　　(1)测量步骤

　　①测量外径实际值;

　　②将需要评定的截面进行等分，并用超声波测厚仪测得各处壁厚值;

　　③根据外径和壁厚实测值计算内径点位坐标;

　　④用最小二乘法计算内孔圆度，得到内孔圆度及最小二乘圆方程;