直线度误差测量方法的研究

   本文提出一种新的直线度误差测量方案,即转位测量法。该法采用一个测量头完成对圆柱体轴线直线度误差的测量, 经过数据处理,利用误差分离技术有效地分离出仪器导轨的直线度误差、被测件的直径偏差等,从而大大提高了测量准确度。这一测量方案可实现直线度误差的在线测量。另外,若采用双测头装置进行测量,经过数据处理,还可同时得到仪器导轨的直线度误差及工件的多项形状误差。

    1 测量原理

    为了能对多项几何要素的直线度误差实现同时测量,可采用图 1 所示的双测头装置。若仅仅要求测量工件的轴线直线度误差,则只需从测头 A(或测头 B)中采集测量数据。

    测量过程中，被测件处于静止状态，测头随测量拖板作轴向移动，每移动一个节距，采集一次数据。设由测头A进行测量，在被测件全长范围内所采集的信号为 SA(x)；然后把工件旋转 180o,进行第二次测量，所采集的信号记为 S`A(x)。在采集数据时，必须使两次测量过程中相同序号的采样点处于同一横截面内，即采样截面内。按照上述测量方法，在几个轴向截面（测量截面）内进行测量。一般为简便实用起见，可在两个互相垂直的测量截面内进行测量。至于采样截面的多少，应根据被测件的长度及其测量准确度要求而定。整个测量过程的采样点分布情况见图 2 。

    设被测件的轴线直线度误差为f(x),其直径偏差为φ(x),仪器导轨的直线度误差为δ(x),则由测量过程可知

    两式相减得：

    由式(3)即可求出被测件实际轴线在一个方向上的直线度误差,这个方向就是与该测量截面平行的方向。

    若要同时从测量数据中得出仪器导轨的直线度误差δ(x)、被测件的直径偏差φ(x)及其素线的直线度误差 g(x),则必须用如图 1所示的双测头装置,且在测量过程中同时从测头 A 和测头 B 中采集数据。若将测头 B 采集的数据记作 SB(x),则可得出

    由式(2)和式(4)得

    由式(1)和式(4)得

    另外,还可得到被测件素线的直线度误差g(x)。

    2 数据处理

    取(n+1)个采样截面,在两个互相垂直的轴向截面(即测量截面)内进行测量。由所采集的数据,按式(3)分别求出与两测量截面对应平行的方向上的轴线直线度误差fy(x)和fz(x),并由此确定各采样截面的中心 O0、O1、……On, 设其坐标依次为 O0( y0, z( y1,z1)、……、On(yn),连接 O0、O1、……On则可得到被测件轴线的误差曲线。为保证较高的确度, 采用图解法来评定直线度误差。