卡尺测尺基面直线度测量仪

　　1 引言

　　长期以来,卡尺生产厂家大多采用光隙法测量卡尺测尺基面直线度,这种测量方法虽然操作简便,但只能实现合格与否的定性检测,无法测出直线度误差值,且测量准确度取决于操作者的经验水平。为实现卡尺测尺基面直线度的定量检测,提高测量精度和可靠性,我们研制了2601型卡尺测尺基面直线度测量仪。

　　2 仪器结构和工作原理

　　卡尺测尺基面直线度测量仪由包含8个电感测头的检测装置和包含8套模拟电感电路及单片微机系统的电箱两大部分组成,可测量150mm、200mm和300mm三种规格的卡尺测尺基面直线度。仪器采用了新的误差计算方法,以每二个传感器测头的测量值为坐标点,计算其对第一、第二测头坐标点联线(基准线)的偏差,计算速度快,测量结果采用6位数显示。由于采用了数字滤波技术,提高了测量精度。仪器配备了单片机,具有程控、监视、分析、判断、报警等功能。

　　2.1 检测装置结构原理

　　仪器检测装置主要包括定位夹持系统、测量系统和监视系统。定位夹持系统采用图1所示结构,其特点是支撑工件或基准尺的支杆不是垂直设置,而是与垂线呈10b夹角,夹持工件的夹杆与工件的下平面也呈10b夹角,这样被测工件在合力作用下将处于稳定状态。此外,定位桩与夹杆处于工件基面的同一条垂线上,因此工件(或基准尺)将不会因受到夹杆的夹持力而产生弯曲变形。定位夹持系统共有三个定位桩,分别安装在不同长度距离上。根据两点确定一条直线的原理,测量200mm和300mm卡尺时使用第一和第三个定位桩;测量150mm卡尺时使用第一和第二个定位桩。为避免使用第一和第三个定位桩时第二个定位桩与工件(或基准尺)发生干涉,第二个定位桩安装得略低一些。在使用过程中,由于传感器位置调整好后将不再变动,而第一、第二定位桩顶点联线与第一、第三定位桩顶点联线成一夹角,所以测量150mm卡尺与测量200mm、300mm卡尺时传感器的初始位置有所不同。由于仪器采用相对测量方式,测量值均处于测量线性范围之内,因此这种安装和使用定位桩的方式不会影响测量精度。

　　测量系统主要由安装在支板上的多测头传感器组成。测量150mm卡尺时,前5个测头参与工作;测量200mm卡尺时,前6个测头参与工作;测量300mm卡尺时,8个测头全部参与工作。传感器将位移量转换为电压量输入电箱进行数据处理。仪器采用相对测量方式,首先用基准尺校验各传感器的初始位置,并将初值送入单片机贮存,然后换上工件进行测量,将测得值减去传感器初值即为所求位移量。由于采用多测头测量,每个测头的测量力约为0.5N,8个测头共产生约4N的测量力,这些力加在工件上,尽管按均布载荷分布,还是会使工件发生较大变形(试验结果变形量大于0.01mm),造成较大测量误差。为解决这一问题,就不能采用刚度大、不变形的基准尺,而必须采用与工件材料、结构尺寸、加工工艺相同的基准尺,这样工件与基准尺变形相同,误差可相互抵消。通过用两根已知数值的基准尺进行互检,证明这种处理方法是正确、有效的。