三坐标对同轴度误差测量方法的实践

    0　引言

    同轴度是机械产品检测中常见的一种形位公差项目。对于规则轴类零件，一般可采用 V 形支架、钢球加杠杆百分表或偏摆仪等专用检具及组合辅具来检测同轴度；对于箱体类零件，一般可采用芯轴加杠杆百分表或利用圆度仪来检测同轴度。但对于一些大型零部件（如机床主轴等）或不规则轴类零件以及箱体零件的不规则孔，采用常规方法测量同轴度则很难实现或相当麻烦。此时，用三坐标测量机（CMM）来测量同轴度是一个不错的选择。与专用同轴度测量相比，CMM测量同轴度的最大优点是无须转动工件，无须专用芯轴或专用支架，无须机械找准，只需用测头探针对工件取点采样，即可快速输出结果。但用CMM 测量同轴度时，由于对基准轴线理解的差异，或对被测要素轴线测量方法不同，以及 CMM 采点误差的影响，有时会出现测量结果误差大，重复性差的现象，即测量结果不能真实反映零件真实的同轴度误差。针对这种情况，本文将探讨如何在 CMM 上正确测量零件的真实同轴度误差。

    1　同轴度的定义

    在国家标准中，轴线的同轴度公差的定义为“公差带是直径为φt的圆柱面内的区域，该圆柱面的轴线与基准轴同轴”。它有以下三种控制要素：

    1) 基准轴线的建立；

    2) 被测物体轴线的建立；

    3) 考虑实际工作或装配要求作变通处理。

    2　CMM测量同轴度误差放大的原因分析

    根据同轴度的定义，用 CMM 测量同轴度时，可以从三个方面考察其测量误差：①基准轴线的采集与建立；②被测元素轴线的采集与建立；③基准轴线与被测元素轴线之间的位置关系的评价。

    从测量原理上讲，CMM 直接测得的是被测工件上一些特征点的坐标位置，为了获得被测参数值，需要通过测量软件的数据处理和运算。因此，被测参数的测量精度主要与 CMM 的系统误差、测头系统误差、工件形状误差、算法误差、环境误差、采样策略和敏感系数等因素有关，而对于同轴度的测量，采样策略和敏感系数对精度的影响更大。

    采样策略是指如何在被测物体表面合理安排采样点，采集多少点最为合理，且使检测误差达到最小。所谓合理是指在同一台测量机上，在相同的环境下，测量同一个零件，怎样安排测量点的位置和测量点数，可以获得较高的测量精度，且耗费的时间比较经济。采样数量和采样位置会影响测量结果的原因在于：①被测元素并非理想元素，存在形状误差；② CMM 采点及计算方法有局限性，存在测量误差。由于采样策略对测量结果影响较大，因此如对测量结果有异议，可考虑改变采样策略多测几次，然后分析结果，给出正确的测量数据。