圆柱度仪系统误差的验证分析及消除

    1 不同测量方法的测量数据差异对比

    随着超精密加工技术的发展，提出需实现圆柱度1μm的超精密测量。借鉴 GJB/J 3410-98《高准确度圆度、圆柱度测量标准装置检定规程》，对高精度的圆柱度使用截圆法和螺旋法测量的较大值评定。

    对4件测量长度为 25mm 的样件进行圆柱度测量时发现，用截圆法和螺旋线法各重复测量 6 次进行对比，截圆法均比螺旋法大1μm 左右；再使用直线法进行测量比较，发现所有直线法与螺旋法的测量值十分相近，差值最大不超过 0.2μm。测量数据见表 1。

    我们测量选用的德国马尔公司的 MMQ400 圆柱度仪，其传感器分辨率 0.5nm，其径向误差：0.01μm+0.00025μm×H，轴向跳动误差：0.02μm+0.0001μm×R，Z轴直线度误差：0.15μm/100mm；Z 轴和 C 轴的平行度误差：0.25μm/100；精度等级接近一级标准。选用该测量仪测量 1μm 圆柱度可以满足要求。

    由测量设备的测试精度和表 1 的测试数据分析认为：直线法和螺旋法测量差异 0.2μm 属正常现象，而截圆法与螺旋法和直线法测量数据差异1μm 左右为异常现象。

    2 测量数据的差异原因分析

    圆柱度的三种测量方法，截圆法测试值大于螺旋法和直线法，是测量评定方法不同引起还是另有原因？我们对三种测量方法的实现方式及优缺点进行分析对比，见表2。

    由表2 的对比分析可见，三种测量方法各有优缺点。另外，截圆法测量在获得圆柱度评定同时，各测量截圆元素已自动保存，可以提取利用判断其形状位置。例如：可以提取不同的测量截圆元素，组合评定不同长度段的圆柱度；可以提取截圆元素，评定其圆度；还可以提取截圆元素判断其圆心与圆柱度拟合中心轴线的同心度；直线法测量在获得圆柱度评定同时，对各测量直线元素已进行了自动保存，可提取测量直线评定其直线度。

    我们利用仪器的上述功能，取4 件样件（Ф20 的孔测量长度为25mm） 使用圆柱度的三种测量方法进行测试，在评定圆柱的同时，提取直线度、圆度和同心度，对测试样件的实际形位状态进行判别，分析三种测量方法测试差异的原因，测试数据见表 3。

   由表 3 的数据分析可得出如下结论：

    1、4 件样件的截圆圆度值均在（0.2±0.1）μm 范围，直线度在（0.4±0.1）μm 范围，圆度明显好于直线度。可分析判断工件轴线方向的形状误差大于圆周方向的形状误差。结合圆柱度测量方法的优缺点分析，实验样件使用直线法评定的圆柱度，能有效控制其的圆柱度。