大型平面平面度误差的可视化数据处理

　　0 引言

　　平面度的测量方法, GB/T174211)1998中规定了5种:用平板测量、用平尺测量、用精密水平仪测量、用光学方法测量和用坐标测量机测量[1]。测量平面度最先进的方法是使用三坐标测量机。只要用它的测头在平台上测若干点,就可以从与之相连的计算机得知其平面度。但是,该设备价格较昂贵,中小企业一般很难承受。用平板、平尺测量,精度低,适合低精度零件测量。而常用的打表法一般适合于较小平面平面度误差的测量。

　　因此,在生产车间现场,对于较大的平板或工作台面,较适用水平仪、光学自准直仪等仪器测量。这种测量法属于角差测量法,即用自然水平面或一束光线作为测量基准,按一定的布点方式,测出被测平面上相邻两点连线相对于测量基线的倾斜角,通过数据处理求得被测平面的平面度误差。

　　这种检测法设备体积小,携带方便,测量操作相对简单,但数据处理采用手工方式,十分繁琐,且精度不高。作者利用MATLAB语言强大的数值计算和绘图功能,通过对平面度误差评定的4种常用方法(最小区域法、最小二乘法、三远点法、对角线法)的分析,编写出基于水平仪和光学自准直仪的大型平面平面度误差检测程序,设计出简单、方便的用户操作界面,绘出直观形象的三维模拟图形。并通过实验得到一系列数据,验证了程序的可行性。平面度误差的几何量微观特征不易从测量数据中获取,但通过直观形象的三维模拟图形,可清楚地反映出被测量的几何特征。这对于提高高校企业平面度误差检测效率、降低检测成本、改善加工工艺分析具有重要的实际意义。

　　1 平面度误差测量实例

　　通过对一块700mmx1000mm的大平板进行数据测量,采用网格布点法,测量示意图如图1所示:横向取7个点,纵向取5个点,共35个测点。采用合象水平仪测量,纵、横向桥板跨距150mm,纵、横向四周边缘距离均为50mm。(注:允许纵、横向的跨距不一致,可根据被检面的宽度及长度自行规定)。

　　将被测平面大致调水平,然后按选定的网格布点方式依首尾衔接进行顺测,从点a1(零点)开始检测,测量顺序是: a1-a7, b1-b7,c1-c7, d1-d7,e1-e7, a1-e1,再按顺测时同样的方法逐点往回测,将顺、返测值记录于表1中。

　　1.1 将示值转化为统一坐标值

　　角差测量法不能直接获得各测量点的绝对坐标值,要对各点测得的示值处理后才能获得各测点的统一坐标值。其处理步骤如下:

　　(1)先求出顺、返测平均值。

　　(2)为了减少被测平面相对于水平位置的倾斜程度,将各测点测得值减去同一个数(例中为3015)得到“相对读数值”,它相当于将测出的直线绕测点0顺时针转动了一个角度,数据减小后更方便作进一步的处理。