圆柱度仪单截面自动对中调节方法的研究

    ０　引言

    使用转台式圆柱度仪测量工件时，若被测工件的几何主轴与圆柱度仪回转工作台的回转主轴既不重合又存在夹角，则被测工件的安放既偏心又倾斜，其偏心量和倾斜量的大小直接影响到测量精度［１－２］。传统的圆柱度测量仪只配备手动调整工作台，调节时间和精度因操作人员的技能而异，极大地影响了圆柱度仪的测量效率以及测量精度的可靠性［３－４］。近年来，随着自动化技术的迅猛发展，已开始出现自动对中工作台，具有代表性的是泰勒公司的Ｔａｌｙｒｏｎｄ　ｔｒ１３１系列圆度仪，它采用的对中调节算法是双截面法，测量过程为循环迭代［１］。本文依据四自由度自动对中工作台，提出了一种新的单截面测量法。该方法调节过程更为便捷，效率也更高，对保证圆柱度仪快速高精度的检测具有重要意义。

    １圆柱度仪对中调节原理

    为了实现圆柱度仪的高精度测量，圆柱度仪对中需进行两方面的调节：①使工件中心与回转中心重合的调心调节；②使工件轴线垂直于水平面的调倾调节［５］。这就要求圆柱度仪的调节工作台既能实现水平面内的二维移动，又能实现空间的转动。四自由度工作台是一种可行的实现方法。图１为四自由度圆柱度仪的结构及坐标和调节示意图。

    工作台的回转主轴位置是固定的，回转主轴轴线为坐标系Ｚ轴，回转主轴轴线与工作台上表面的交点为坐标原点Ｏ。测量传感器的测头中心在工作台上表面的投影为Ｐ，ＯＰ连线方向为坐标系Ｙ轴，如图１ａ所示。坐标系ＯＸＹ为系统的固定坐标系，对中调节开始，通过光电传感器和相应的程序进行坐标系校准操作，保证调心调平旋钮和坐标系ＯＸＹ的位置关系如图１ｂ所示。圆度仪在对中过程中可以使用的工作台运动有：工作台绕Ｚ轴的旋转；工作台沿Ｘ轴或Ｙ轴方向的平动；工作台绕Ｘ轴或Ｙ轴方向的转动。

    在进行圆度测量时，被测圆柱形工件放置在工作台上，圆柱工件的轴线Ｏ′Ａ与ＸＯＹ平面的交点为Ｏ′（ｅＸ，ｅＹ），线段ＯＯ　′的长度定义为工件的偏心量ｅ；Ｏ′Ａ在ＸＯＹ平面的投影Ｏ′Ａ′Ｘ轴正向夹角为θ，Ｏ′Ａ在ＹＯＺ平面的投影与Ｚ轴正向夹角为β，Ｏ′Ａ与Ｘ轴正方向的夹角为α，Ｏ′Ａ′与Ｏ′Ａ的夹角为γ，如图２所示。

    对中过程中可采用两种方法实现工件的调心与调倾。第一种方法是将工作台沿Ｘ轴负向平移ｅＸ，沿Ｙ轴负向平移ｅＹ，实现调心；将工作台绕Ｘ轴逆时针旋转β角度，使Ｏ′Ａ处于平面内，然后绕Ｙ轴逆时针转动９０°－α角度，实现工件的调倾。第二种方法的调心过程与第一种完全一样，只不过在调倾时，工作台绕Ｚ轴逆时针旋转９０°－θ角度，使Ｏ′Ａ′与Ｙ轴平行，然后绕Ｘ轴逆时针转动９０°－γ角度，即可实现工件的调倾。