直线度误差实验教学软件的开发

　　1 引言

　　直线度误差是机械加工中常见而又重要的检测项目,其测量和数据处理方法是平面度、平行度、垂直度等其它形位误差测量与评定的基础,因此直线度误差也是很多工科院校有关课程的传统实验教学内容之一。目前我院虽有多种直线度误差检测仪器(包括电子水平仪、光学自准直仪、激光准直仪等),但实验台套数不多,且由于各种仪器测量读出的数据类型不相同,在进行直线度误差评定处理前对不同的数据类型要进行不同的预处理,而目前现有的直线度误差评定软件大多是针对某一种具体测量仪器设计的,因此难以满足现代教学实验的需要。为了丰富实验教学内容并解决实验台套数短缺的难题,迫切需要将多种直线度测量仪器集成在一个实

　　验教学系统中。为此,笔者对几种主要的直线度误差测量仪器的测量数据类型进行了分析,归纳总结了直线度误差的两类测量方法并结合光学自准直仪、电子水平仪、激光准直仪三种测量仪器进行了软件开发。试验结果表明:该软件不仅具有运算精度高、运算速度快的特点,而且还能与多种测量仪器配合使用。

　　2 直线度误差的测量与数据处理方法

　　2.1 直线度误差的测量方法

　　(1)角差法

　　角差法是用自然水平面或光线作为测量基准,将被测表面分为若干段,用水平仪或自准直仪等小角度量仪,采用节距法逐段测出每段前后两点直线与测量基准之间的微小角度,然后经过数据处理,求出直线度误差。

　　(2)线差法

　　线差法是用模拟法建立理想直线,然后把实测线上各被测点与理想直线上的相应点进行比较,以确定实测线上各点的偏差值。由于采用线差法测量得到的是相对于统一基准直线的偏差值,因此其数据处理比角差法简单,可直接应用两端点连线法或最小包容区域法评定出直线度误差。

　　为实现直线度误差测量与评定的自动化,笔者采用半导体激光器和新型光电位置传感器(PositionSensitive Detector,PSD)研制了一台新型激光准直仪(见图1),以激光器发出的光线作为一条基准直线,随着PSD传感器在被测件上的移动,被测件的直线度误差将导致落在二维PSD传感器的光点位置发生变化,PSD传感器输出微小的四路电流信号,经过前置放大、加减运算以及除法运算后得到与光点位置成正比的标准电压信号(-6V~6V),再经计算机ISA插槽中的数据采集卡进行A/D转换、运用开发的专用软件进行直线度误差的评判处理。

　　2.2 最小包容区域法评定直线度误差的算法实现

　　直线度误差的评定常采用两端点连线法、最小二乘法和最小包容区域法。两端点连线法和最小二乘法其算法实现比较容易,但评定结果存在偏差即存在误判的可能性;最小包容区域法是国家标准规定的直线度误差评定方法,但应用时需满足相间准则(高)低)高或低)高)低),数据处理时必须找到满足相间准则的特征点即“高点”和“低点”,不易实现,因此产生了许多近似算法,但这些近似算法大多运算速度和运算精度不够理想。