圆柱度仪测量基准的误差分离技术

　　国防工业、军事工业中的某些设备为保证性能要求,对回转体类零件的形状误差提出了越来越高的要求。为解决这一问题,在利用我国的现有技术研制特型(大型或超精型)圆柱度仪的过程中,通过与英国RTH公司的Talyrond260以及Talycenta型圆柱度仪进行比对试验发现,仪器的测量基准的误差是影响测量结果的主要原因。对工作台回转式圆柱度测量仪而言,仪器的测量基准是由回转基准和直行基准所组成,如果将二者之间的位置误差——平行度误差分解为x及y方向上的分量Δfx和Δfy,其中Δfx将直接影响形状测量准确度。这两个分量的测量一直是难度较大的测量项目。仪器的z向测量范围越大,该项误差的影响就越严重。

　　主轴回转轴线的空间位置只有在主轴回转时才能体现出来,且需通过对中介物例如标准圆柱或标准球的测量才能确定。当测量准确度要求不高时,可用反向测量标准柱母线的方法获得Δfx的近似值。

　　实际上,采用这种方法时,标准柱本身带有的一定锥度且轴系的角回转误差及径向回转差均进入Δfx之中。因此,高精度测量时,应尽量排除标准柱的安装误差、轴系的径向误差、角回转误差及标准柱本身形状误差的影响。本文介绍的误差分离方法——反向法,可使这一问题得到很好的解决。

　　1　反向测量法误差分离模型

　　1.1　两测量截面误差分离模型

　　如图1所示,在两测量截面的情况下,不论正向还是反向都设下截面为1位置,上截面为2位置。

　　正向时,可得到两个测量序列:

　　式中:

　　Vij——第i截面第j个采样值;

　　i——采样序号,i=1, 2,…,N;

　　S1,S2——分别为导轨在上下截面对应z轴的倾斜量;

　　r1i,r2i——圆柱对应的半径采样值;

　　ε1,ε2——分别为上、下两测量截面相对回转轴线的偏心量;

　　θi——第i个采样点对应的角度;

　　α1、α2——与E1、E2相对应的测量截面偏心点角度。

　　对上式做均值处理(1),有:

　　从上可见,标准柱安装偏心对测量结果无影响,但安装倾斜对测量结果将产生严重影响。这是因为在倾斜状态下按所测截面数据得到的不是该截面的半径值,特别是每次安装定位倾斜状态的不同,结果会有很大差别。因此,应尽量将试件调整到最佳位置,即在正截面内测量。

　　同理,将传感器反向(与原位置相差180°),测量两对应截面并做处理,可得: