经济型轴类零件形位误差测量仪的研制

　　文摘：在偏摆仪基础上,以MCS-51单片机为核心,研制了“经济型轴类零件形位误差测量仪”。介绍了测量仪的机械结构、硬件电路及软件设计原理,并对测量仪的误差进行了分析。该仪器可用于圆度、轴线直线度、同轴度和径向跳动误差等项目的测量。

　　1 引 言

　　目前,在实际生产中,形位误差广泛采用近似测量方法或代用方法,测量结果的可靠性差,常因测量方法或评定方法不当而造成零件的误收或误废。以圆度误差测量为例,圆度仪不失为一种理想的测量仪器,但价格昂贵,测量成本高,操作环境条件要求严格,通常只能在计量室中使用,而且用圆度仪频繁地测量一般准确度的零件也不经济。又如,同轴度误差和轴线直线度误差的测量也是目前实际生产中的老大难问题。因此,研制准确度适宜、性能好、价格廉的形位误差测量仪,有重要的现实意义。我们在偏摆仪的基础上,以MCS-51单片机为核心,研制了“经济型轴类零件形位误差测量仪”。该仪器可用于检测圆度、轴线直线度、同轴度和径向圆跳动误差等项目,其机械结构简单、合理,可实现自动测量,具有较高的性能价格比。

　　2 量仪系统的研制原理

　　2.1 采样方法与数学模型

　　2.1.1 圆度

　　以采样时工件的回转中心为坐标原点,在实际轮廓上取几个等角度间隔的采样点Pi(Δγi,θi)(i =1,2,,,n),则按最小二乘法评定的圆度误差[1]

　　式中: a,b均为采样截面最小二乘圆心坐标。

　　2.1.2 轴线直线度

　　以采样时回转轴线为Z轴建立空间直角坐标系,沿Z轴取M个采样截面,在每个截面内对实际轮廓等角度间隔采样,则最小二乘法轴线直线度误差为[2]

　　式中:Oj= {ai,bj,zj};A0= {x0,y0,0};S= {p,q,1}。Oj为各采样截面最小二乘圆心;A0,S分别为最小二乘轴线与基本截面交点和方向向量。

　　2.1.3 同轴度

　　以采样时回转轴线为z轴建立空间直角坐标系,对基准要素沿z轴取M个采样截面,对被测要素沿z轴取M个采样截面,在基准与被测各截面上对实际轮廓等角度间隔采样,则按最小二乘法评定的同轴度误差为[3]

　　式中:OJ= {aJ,bJ,zJ};A0= {x0,y0,0};S= {p,q,,1}。OJ为被测各采样截面最小二乘圆心;A0,S分别为基准最小二乘轴线与基本截面交点和方向向量。

　　采用无约束最优化方法,并以上述项目的最小二乘法结果作为初始点,即可分别求出最小条件法圆度、轴线度和同轴度误差值。

　　2.2 量仪设计原理

　　本量仪可实现测头的自动调零,数据的自动采集,自动处理,并可显示和打印结果,其系统原理如图1所示。量仪面板上有两个拨挡开关,分别用来确定测量项目和评定方法。由键盘输入采样点数、采样截面数、采样间距等测量参数。