基于坐标法测量圆度误差数据处理的MATLAB实现

　　0 引言

　　圆度是机器回转零件的主要精度指标之一,在回转零件的加工过程中由于机床主轴回转不平衡、切削元件的径向跳动等因素的影响,会引起工件半径的变化,带来圆度误差。圆度误差的存在,直接影响机器零部件的工作精度(配合精度、旋转精度等)。准确检测圆度误差对于提高加工精度、保证零部件的工作精度和互换性具有重要的意义。

　　常用的圆度误差测量方法有圆度仪测量、坐标测量法、两点法和三点法。圆度仪测量法测量精度高,效率高,但这种仪器只适合在计量室的恒温环境下工作,且价格很高,不宜在生产现场环境下的测量。三点测量法(V形法)曾被介绍作为粗略估计零件圆度误差值的一种简便方法。

　　如图1所示,工件旋转,测微计测头从点C相对于其余两支持点A、B测得一组数据。其最大,最小值之差D乘以“反映系数K”为圆度误差的估计值,即:

　　“反映系数K”依赖于工件轮廓的形状(椭圆形,三、四、五边形,等)多边形及C角。但实际工件圆度误差形状是很复杂,未知的,因此除个别特殊情况外,这种方法在现实中很难保证测量精度。坐标测量法(图2)是利用光学分度头、分度台、坐标测量机等测量装置,采用布点测量被测轮廓的极坐标或平面直角坐标值,通过数据处理得到圆度误差的一种方法。

　　它测量方便,读数准确可靠,缺点是数据处理较繁琐。本文利用MATLAB语言就坐标测量法采集的测量数据进行编程处理,很好地解决了这一问题。

　　1 原始数据的获得及测量误差影响因素分析

　　坐标测量法测量圆度误差是采用测量坐标值原理,即测量时按一定布点测出同一测量截面内的各点坐标值,然后进行数据处理,求解圆度误差值。在测量中,布点一般采用等回转角采样(图3)。采样点数量是影响坐标测量法测量不确定度的关键要素。一般情况下,采样点的多少要根据零件精度而定,但采样点数量n<11时,测量不确定度高,本文按采样点n=12进行编程,如零件精度较低,可将采样数适当减少。本文中的数据采集是利用光学分度台结合测微计(千分表或扭簧表)共同完成。这种测量方法有别于常用的在坐标测量机上采集数据对仪器的依赖性,方法简单,更适合现场对圆度误差的测量。具体步骤是:首先调整被测件轴线同分度台旋转中心同轴,旋转分度台,通过测微计测量出各采点相对于起点p1的差值,从而完成数据采集。

　　坐标法测量圆度的测量误差源于以下几个方面:

　　1)测量仪器主轴的回转精度误差。常用回转类仪器回转误差在0.2μm~0.025μm的范围内;