回转体测量仪的研制

　　1　研制课题的由来

　　旋转体类工件(其内、外型面由圆柱、圆锥、圆球、球环组合而成)是国防某装置的核心件.对这类工件的几何参数和轮廓度的制造精度要求很高,因其直接影响到装置的使用性能.因此,如何对其进行精确测量成为该装置制造中的一项关键技术.

　　使用通用的三坐标测量机对此类工件进行测量遇到的问题是: (1)通用三坐标测量机的工作原理是测头沿工件高度方向测量各截面数据;由于测头接触工件的工作点将不断变化,测量数据需作补偿计算,而且测量力也在变化.当测杆较长、刚性不足时,会引起变形,导致测量数据不稳定、测量精度不够理想. (2)在测量每个截面封闭曲线数据时,由于在45°、135°、225°、315°处,测杆跟踪运动的执行机构有换向动作也会产生测量误差. (3)较难在一次安装的条件下完成对工件内、外型面的同时测量. (4)三坐标机体积大、价格高,不能满足现场需多处安置的使用要求.为解决上述问题,需要研制一种适合于提高此类工件测量稳定性和测量精度且价格较低的专用仪器以满足实际应用中的特殊要求.

　　2　研制专用回转体测量仪的设计思想

　　(1)为了消除用三坐标测量机测量时因接触力变化和刚性不足产生的测量误差,提出了法向测量的方案,如图1所示.图中测头方向始终与被测轮廓直母线垂直或通过轮廓圆弧母线中心.

　　(2)考虑旋转体类工件具有的共同特点,测量时,为了消除三坐标测量法中测杆在移动中换向所产生的测量误差,采用了极坐标法,如图2所示.在测量时,工件沿被测截面圆周每转过角,就发出采样信号,微机读取变化值P.设原先仪器按被测截面圆周半径R′调整,球形测头半径为d/2,则此时测头球心至被测截面旋转中心的实际向径为P,P=R′+d/2+P.

　　(3)为实现一次安装下能完成对旋转体类工件内、外型面的全部测量要求,旋转工作台应设计成可翻转使用的.内型面同样也采用极坐标原理进行测量.

　　3　测量仪在测量使用中数学模型的建立

　　理论上,被测旋转体类工件安装在旋转工作台上时,应使工件轴线与旋转工作台轴线保持完全一致.但实际上,即使很仔细地找正也难免会有微小安装误差,使工件轴线产生一些偏移和倾斜.这样,旋转工作台测量坐标系O-XYZ与工件轮廓坐标系O′-X′Y′Z′将会不一致.为保证测量值的理论正确性,需要建立将测量值换算到工件坐标系中去的数学模型.按照图1、2的原理调整测量得到的任意测量点H角处的测头球心向径为Pi=R′+d/2+Pi,进行建模.

　　3.1　圆球面(图3)