圆度仪半径测试技术分析

　　有很多回转体(如气缸、活塞等),在对其加工圆度及圆柱度有高精度的要求的同时,对其半径值也有很高的要求。其中,外径的测量方法较多且精度高,而孔径的高精度测量方法较少,可用的测量仪器有象点仪和三坐标测量机。基于此,笔者提出用圆度仪测量孔径的方案,做了大量的分析和实验,并与传统测试方法进行了对比,测量精度与效率提高,总的结果令人满意。实践证明用该方法测量外径,效果同样令人满意。

　　1.测量原理

　　我们使用的圆度仪多为转台式触针测试仪器(如英国泰勒公司的TR265型圆度仪),圆度仪的结构如图1所示。

　　圆度仪测量圆度误差的测量过程如下:

　　首先应对工件进行调心,使其圆心与仪器的旋转主轴相重合,然后移动径向臂,使测针接触内孔表面,如图2所示。

　　由径向臂的移动距离可得到ra值:ra=oa。而传感器可测得该点(a)相对于平衡位置的微量位移Δa,因此a点的半径实测值Ra可以由式(1)计算

　　当工作台带动工件绕主轴旋转一周,传感器可在该截面采样2000个点,而得到2000个ri及$i值,由于事先做了调心工作,可以将半径变化控制在传感器感应范围内(±1mm),这样可保证ri不变,故而可得到方程

　　运用评定软件对2000个Ri值进行数据处理,可以拟合出一个最小二乘圆(LS),从理论上讲,在得到所测圆的圆度误差的同时它似乎应该可以得到圆半径值。但是,事实并非如此。

　　根据最小二乘原则用公式可表示为:

　　ΔRi=Ri-R(R为最小二乘圆半径)

　　而取最小二乘圆度误差值

　　由上式可见,最小二乘圆的变化,仅在于传感器测得Δi值的不同;圆度误差值的大小与r值无关,仅与传感器感受的Δi值有密切关系。由此可以证明,圆度误差测量的精度是由传感器的分辨能力决定的,而与径向臂的移动(r)无关。

　　相反,最小二乘圆半径值为

　　可见R值完全取决于r值大小,即孔径测试精度与圆度测试精度无关,而与径向臂的定位精度有密切关系。根据测试,传感器分辨率很高,在±1mm的范围内,分辨率为0.060μm;在±0.2mm的范围内,分辨率为0.012μm。径向臂的定位控制精度却很差,单向移动的定位控制精度为±50μm,这就决定了圆度仪能够精密地测出圆度误差,却不能正确提供半径值。

　　2.半径精密测量方法