国内外高精度直线度测量技术的研究现状

   

    世界各个国家对直线度测量领域一直予以高度重视,并不断推出新型高精度直线度测量方法和装置,以满足日益增长的对产品质量的要求。目前国内外在圆度、平行度以及表面粗糙度等计量领域甚至已达到纳米级测量精度水平,然而直线度的测量精度却不高,特别是在大长度范围的直线度测量领域,其精度水平更远远落后于其他计量项目。国际上只有美国NIST,德国PTB,原苏联国家标准局,美国劳仑斯国家实验室,日本Osaka大学,美国Lockheed火箭和空间公司等达到了011Lm/m或更高的精度水平。我国目前仍采用长平晶组分段互检方法作为直线度检定基准,测量精度不高(特别是在测量大尺寸零件时尤为明显)。这种状况严重制约着我国精密计量测试领域的发展步伐。因此,对国内直线度测量方法进行研究,具有重要的意义。

    1 国内外直线度测量技术的研究现状

    纵观国内外所报道的直线度测量方法,测量精度低于0.5Lm/m的为一般精度水平,高于0.5Lm/m的属高精度测量,而高于0.1µm/m者属国际先进水平。但由于测量方法种类繁多,目前尚未见到统一而合理的分类方法。按照测量中有无直线基准,可将直线度测量方法大体上归纳为两大类。

    1.1 无直线基准测量

    无直线基准测量法,是指被测对象直线度的测量不是与某种直线基准进行比较,而是沿被测表面以线值测量的方法,得到被测表面上各采样点的偏差值,然后经数据处理得到被测对象的直线度误差值。

    无直线基准测量主要采用误差分离法。所谓误差分离法(Error Separation Technique, EST)是指从测量结果中将标准量的误差和被测量的误差分离开来,从而提高测量精度和测量效率。按照信息获得的途径不同,无直线基准测量法又可分为反向法、错位法和多测头法。

    1)反向法是将被测零件进行两次安装,并分别进行两次测量,两次安装的位置正好反向,经数据处理求出被测零件的直线度误差。根据采用的直尺的数量,又可分为单尺法,双尺法和三尺法。

    单尺反转测量法原理如图1所示,将被检直尺放在滑板上,滑板沿床身作直线运动,由激光系统对直尺上各采样点进行测量。首先按图1a所示状态进行测量,然后将直尺(被测件)及整个测量系统反转180b(如图1b所示)进行第2次测量,最后将两次测量的数据进行处理,即可得到直尺的直线度误差及滑板移动的直线度误差。据报道,用这种方法水平方向测量精度为13nm,垂直方向为50nm。

      2)移位法是通过被测零件的起始测量位置的变动进行两次测量,即第1次测量后,被测件向前平移一跨距,再进行第2次测量,经数据处理可消除测量基准本身的直线的误差,求出被测件的直线度误差。