大尺寸平面直线度检测方法的研究

    0 引 言

    大尺寸工件的平面直线度直接关系着大型机电装置的运转平稳性、振动噪音和产品寿命。由于大尺寸工件的尺寸和重量的因素，对这样的工件进行测量相对困难。到目前为止，相对于其他许多参数的测量，大尺寸工件的平面直线度测量还缺乏使用简便、稳定可靠、经济实用的方法［1］。至于可在生产线上对大尺寸工件直线度进行动态测量的装置，就更为少见。

    本研究以大尺寸平面研磨抛光为研究对象，研究基于三点法的直线度测量技术，以测量结果作为反馈控制的依据; 挤出平模头要求在加工过程获得工件在某一定垂直平面内的直线精度，需要对已加工表面直线精度进行周期性的检测，从而找到高点和低点; 然而对已加工的大尺寸工件表面直线精度进行周期性的检测十分困难，工件的长度规格各异( 1 ～10 m) ，如采用在磨头上装测量传感器，利用精密导轨保证测量传感器的精度是不现实的［2-4］。

    本研究基于以上分析，提出了以 MSP430 为主芯片的测量系统。该系统能够快速响应，满足了实时加工过程中对平面直线度在线动态测量的问题，对直线度的测量研究具有重要意义。

    1 测量数学模型的建立

    测量仪器组成如图 1 所示，图中 1 为设计的测量器具，2 为实验的测量对象。传感器测头 B 在支撑脚A 与 C 的中间位置，支撑脚是一段圆柱结构，利用圆柱的母线与工件表面接触，加强测量位置的稳定性。仪器的两外接触侧面经手工抛光表面粗糙度达到 Ra =200 nm 左右以及较高的平面度和平行度。根据实际情况，把 A、B、C 3 点在空间的分布分成 3 种情况:①测头B 在 AC 连线的上方; ②测头 B 在 AC 连线的下方; ③测头 B 在 AC 连线上为零点。如 B 点在 AC 连线的上方，测头为上缩状态，仪器的读数为负数，如 B 点在 AC 连线的下方，仪器的读数为正数。

    下面是两种模型的几何分析过程:

    ( 1) B 点在 A、C 连线的上方，几何模型如图2 所示。

    A、C 为测量仪器的两个支撑点，B 点为测头位置，A、B、C 3 点形成一个三角形。过 B 点作 AC 的垂线交AC 于 D 点，过 A 点作 CI 的垂线交 CI 为 E 点，交 BH为 F 点。a1，a2，a3分别为 A、B、C 3 点到测量基准线的距离，AC 为仪器的跨度 2L( L 为半跨度 DC 的长度) ，∠α 为等腰三角形的底角，∠β 为 AB 与 AE 的夹角，∠γ 为 AC 与 AE 的夹角。则:

    在这个模型中由于∠β 很小，必定在( － 90° ～90°) ，所以 cosβ 必定为正数。把式 ( 1 ～ 7) 代入公式( 8) ，即可求出 CE 的值，将 CE 值代入式( 9) ，即可得出 a3的值: