圆度误差测量的一种新方法

    1.引言

    圆度误差是机械零件常见的形状误差之一,几何学上圆的定义为:/与一定点等距离的点的轨迹就是圆0,也称真圆或理想圆。但是,在机零件的加工中,切削出真圆很困难。这是因为,在给定的剖面内,由于切削过程中机床主轴回转不平衡、刀具在切削中与主轴之间的摩擦、切削元件的径向跳动,以及金属撕裂、材料应变和制造过程中的剩余表面应力等,所有这些因素都会引起工件半径的变化,带来圆度误差。圆度误差的存在,直接影响零部件的工作精度(配合精度、旋转精度)和互换性,并将产生摩擦、振动、噪声等,因而降低了它们的使用寿命。因此,准确检测圆度误差对于提高加工精度、保证零部件的工作精度和互换性具有重要的意义。

    目前,圆度误差的测量方法主要有三种:

    (1)圆度仪测量

    属于接触式相对测量法。圆度仪是以轴的高精度回转轨迹作为圆的理想要素与被测实际轮廓进行比较,来获得被测实际轮廓的轮廓图形或误差值。用圆度仪测量圆度误差时,测头与被测表面接触,调整被测零件与圆度仪回转主轴轴线同轴,当回转轴旋转一周时,通过传感器、讯号放大器及记录装置,将被测零件的径向误差进行放大,把被测零件表面的实际轮廓或误差值描绘在坐标记录纸上。圆度仪测量精度高,但使用条件也高,仪器较昂贵,影响测量精度的主要因素有:被测零件和测头的安装误差以及仪器的回转误差。

    (2)两点或三点测量法

    属于特征参数测量法。该测量法以两点或三点测量得到的特征参数值来评定圆度误差值,虽然较为简单方便,但存在较大的测量误差,只能用于测量精度要求较低的零件的圆度误差。

    (3)影像测量法

    在投影仪等光学仪器上将零件实际被测轮廓经过光学投影放大后,由放大了的轮廓影像来评定圆度误差值。这种测量方法效率较高,但测量过程中存在成像对准误差和读数误差,数据处理过程繁复,且测量精度受仪器放大率的限制,所以测量精度不高。

    本文提出一种基于光电扫描和计算机数字图像处理来实现圆度误差的测量与评定的新方法。理论分析和比较实验结果表明,该方法具有较高的测量精度,可实现数据自动处理,测量过程简单易行,测量装置具有通用性,易于推广。

    2.测量原理与方法

    形位公差的国家标准规定,圆度误差为包容同一横截面实际轮廓,且半径差最小的两个同心圆间的距离。即圆度误差应按最小区域法评定,最小区域法是唯一符合国标关于圆度误差定义的方法,也是最精确的评定方法。但是,国标及ISO/R1101并未推荐一种寻找最小区域圆的方法,实际用于圆度误差评定的常用方法有:最小二乘圆法(LSC)、最小外接圆法(MMC)和最大内切圆法(MIC)等。