大轴圆度误差在线测量新技术

    0 引言

    圆度误差是机械零件常见的形状误差之一，直接影响零部件的配合、旋转等工作精度和互换性，导致摩擦、振动、噪声等现象产生，大大降低了零部件的使用寿命。目前，圆度误差的测量方法主要有：1) 圆度仪测量法，属于接触式相对测量法，其精度高，由于测量范围有限，对大型轴类工件无法测量；2) 影像测量法，该方法效率较高，但测量过程中存在成像瞄准误差和读数误差，数据处理过程繁复，测量精度不高；3) 两点或三点测量法，属于特征参数测量法，该测量法虽然较为简单方便，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。笔者提出一种利用高精度电感测微仪实现大轴圆度误差在线测量与评定的新技术。

    1 测量原理与方法

    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。圆度误差应按最小区域法评定，实际用于圆度误差评定的常用方法有：最小二乘圆法（LSC）、最大外接圆法（MMC）和最大内切圆法（MIC）等。

    为了满足大轴圆度误差在线高准确度测量的要求，采用以下几种方法：首先，选择满足使用要求的测微传感器，以确保测量精度；其次，通过机械滤波和电路的优化设计，确保采集的信号准确、可靠；再次，选择适当的圆度误差评定方法，科学编制数据处理程序软件，确保数据处理正确；最后，通过仿真和实验，验证所设计的系统能否满足设计要求。

    测量原理：电感测微仪传感器与被测大轴充分接触，在大轴转动过程获取其表面轮廓参数数据，输入计算机系统，利用自编处理软件对数据进行处理和检测。主要步骤如下：1) 轮廓边缘提取；2) 采用多项式曲线拟合法，将所提取的轮廓上的有限点拟合成连续曲线；3) 根据所拟合的曲线，按最小二乘法确定用于圆度误差评定的 2 个同心圆的圆心位置；4) 按国家标准规定，进行圆度误差的测量与评定，输出测量结果。

    2 测量系统设计

    测量系统组成结构框图如图 1，测量系统组成主要是由电感测微数据采集系统和计算机数据处理系统组成。

    1) 电感测微系统设计

    选择螺管形差动变压器式的电感测微仪，其结构如图 2。电感测微传感器包括测量电桥、交流放大器、相敏检波器、振荡器、稳压电源等。

    振荡电路的作用就是为电感提供所需要的激励电源，频率为 11 kHz，峰峰值为 3.8 V 的正弦信号。电感就是利用了交变的电流产生交变的磁场，在电磁感应的作用下将磁棒的位移转换为变化的交流电，这个变化的交流电就是测微头测量的轮廓参数信号，如何将这个变化的电流转换为需要的支流电压，必须设计合理的调理电路。