大型回转类零件形位误差测量系统的研究

　　1 引言

　　许多大型机电设备，如大型发电设备、重型机械、船舶、航空航天设备等是由诸多大尺寸的关键零部件组成，这些大型零件往往要求有很高的加工精度和安装精度，而其中回转类零件(如轴、盘、盖、孔等)占很大比重，回转体零件的形位误差测量是检验该类零件加工质量的重要指标之一，目前国内外在形位误差的测量方面常用仪器有三坐标测量机、圆度仪和形状测量仪(系统)等[1]。但这些仪器价格昂贵，检测环境要求比较高，测量范围限于中小尺寸的零件，且检测项目较为单一，不能用于大尺寸零件的形状误差和位置误差的测量，更不能在安装现场对大型零部件的安装误差进行测量。因此，研制一种性能价格比高、精确度高、适用于工作现场的大型回转类零件测量系统具有广阔的应用前景。

　　2 传统形位误差的检测方法

　　目前大多数的回转类零件的形位误差测量普遍采用转轴式或转台式[2]，如图1所示。这种测量方式的主要缺陷有：对转轴或转台的回转精度要求很高;被测零件的质量、体积受到限制;被测零件转动时定心困难;工件安装误差无法控制等。

　　3 大型回转类零件形位误差测量系统

　　针对传统形位误差测量时存在的问题，本系统采用一种被测零件加工完成后保持不动，由测量装置(测头)围绕被测零件旋转的测量方法。在工作现场，为了有效地对大型回转类零件的形位误差进行测量，首先要根据被测零件的特征设计一个定位与夹紧装置，然后以被测大型零件的已加工面作为定位基准面和夹紧面，采用非接触式检测原理将测量仪器安装到被测零件上。

　　其中的定位与夹紧装置包括一根丝杠、两个定位螺母、两个固定盘(上、下)、三块压力板、三个夹紧爪、一个关节轴承、一块端面固定块和三块径向定位块。其主要部件构成，如图2所示。

　　测量步骤为：首先将测量装置的径向定位装置和端面定位块分别贴合在被测零件的端面上进行找正，使测量基准与被测零件的设计基准重合，然后通过锁紧螺母使径向定位装置夹紧被测零件，从而使测量装置固定在被测零件的定位面上，最后由安装在定位支架上的驱动电机带动传感器支架围绕被测工件做旋转运动，使传感器能够按照给定的采样点数进行数据采集，完成测距。

　　4 大型回转类零件测量系统的组成

　　大型回转类零件测量系统由定位与夹紧装置、非接触式传感器、驱动电机和单片机四部分组成。测量系统结构图，如图3所示。

　　4.1 非接触式传感器的选择与工作原理