基于嵌入式圆度测量系统及应用研究

　　0 引言

　　圆度测量仪是测量零件(轴、孔或类似零件)的圆度、圆柱度、同轴度或者直线度误差的关键设备。我国目前使用的圆度仪,有相当一部分测量仪器是机电或光电结合型的,这些仪器的测量主体部分精度都比较高,但数据处理技术相对落后,所产生典型的不足有:计算结果与实际测量值存在较大偏差;不能存储测量所得数据;测量系统稳定性较差、误差分辨率低、重复精度低。圆度测量系统的测量半径精度高,在制造过程中测量很容易损坏机器,目前的圆度测量系统都属于离线开环测量系统,开环系统意味着需要人工调整生产设备,需要建立在可靠的品质趋势判断上[1]。SPC(statistical process control)功能的圆度测量系统能够影响在线生产的产品品质,经人工分析即由数据得出产品品质趋势,可以调整生产设备以控制产品品质。因此,设计出嵌入式SPC功能圆度测量系统是摆在科研和工程技术人员面前急需解决的问题。

　　1 圆度测量的工作原理及测量系统的结构(图1)

　　圆度误差的测量方法采用半径法。半径测量法的实质是将被测量零件横截面的实际轮廓与理想圆的比较过程。测量时利用精密主轴回转形成的轨迹,体现理想圆。在半径法中,应用最广的圆度仪有两种形式[2]:传感器与主轴一起回转的回转式及工作台与主轴一起回转的转台式。圆度测量系统的测量基准是精密轴回转中心,通过传感器测量被测件不同角度位置上的实际轮廓到回转中心的半径的变化量,来定量评定被测件的某一横截面圆度的测量仪器。

　　圆度测量系统对机械的精度要求高,工作台的转动轴一般是气动方式,以减少摩擦带来的影响。目前的测量头广泛采用工作台边上立一机械臂,机械臂上横向装一测量臂的结构,其结构简单,易于调整,缺点是难以调整工件与传感器的相对位置。测圆度时,若要测三个转位,工件必须至少转1 080b才能取得所需数据,测量速度较慢,不能从机械结构上提升测量速度。为解决上述问题,采用以下方案:包括测量臂、传感器夹具和传感器。该结构特点是:具有固定机械臂,固定机械臂上装有一个或一个以上轴向位置可调的测量臂,测量臂的下端装有可径向调节位置的传感器夹具,传感器装在传感器夹具内。

　　该设计的固定机械臂上等分开有三条轴向滑槽,三个带有与滑槽匹配的导轨的测量臂分别装在机械臂的三条滑槽内,导轨带有固定测量臂的螺丝。设计所述的测量臂的下端开有安装孔,带有固定螺丝的传感器夹具装在安装孔中。

　　图1(a)是正视图,图1(b)是俯视剖视图,图1(c)是侧面剖视图,图1(d)是现在常用测量头结构)。