圓度誤差的測量和評定

畢業(yè)論文

摘　要：本文介紹、分析和比較了圓度誤差的多種測量、評定方法，指出提高測量精度的關(guān)鍵技術(shù)是誤差分離，評定誤差的關(guān)鍵技術(shù)是由計算機完成測得數據由測量中心至評定中心的基準轉換。結合教學(xué)工作實(shí)踐，給出了測量實(shí)例分析和探討了1種計算機輔助誤差評定的方法。
關(guān)鍵詞：圓度誤差　關(guān)鍵技術(shù)　基準轉換

1 引言
圓度誤差是指在回轉體同1徑向截面（即垂直于軸線(xiàn)的截面）內，被測實(shí)際圓對其理想圓的變動(dòng)量，用被測實(shí)際輪廓對理想圓圓心的最大半徑差表示。測量和評定圓度誤差有多種方法，以適應不同的測量對象和不同的精度要求。本文擬結合教學(xué)工作實(shí)踐，對圓度誤差的測量和評定作相關(guān)探討和分析。
2 圓度誤差的測量
2．1常用測量方法
2.1.1 半徑測量法
用圓度儀測量圓度誤差是1種常用的測量法。圖1是圓度儀的兩種工作原理示意圖。
a圖轉臺式，測量頭（帶觸頭的傳感器）靜止，工件隨工作臺回轉；b圖轉軸式，測量時(shí)工件不動(dòng)，安裝在主軸上的測量頭隨主軸回轉。儀器按兩種方式輸出結果：圖形記錄式或參數直接顯示式。
在沒(méi)有圓度儀或測量精度要求不高的情況下，可采用光學(xué)分度頭（見(jiàn)圖2）。測量時(shí)，各測點(diǎn)位置由分度頭等分轉角決定，利用測微計得出各測點(diǎn)半徑差，然后按比例繪制放大了的實(shí)際輪廓，再用某種評定方法求得結果。
當被檢0件的批量大時(shí)，可用專(zhuān)用標準環(huán)測量（見(jiàn)圖3）。測量基準和評定基準均為標準環(huán)內徑圓——相當于被測實(shí)際輪廓的最小外接圓，它與0件形成間隙接近于0的配合。
此外，也可在工具顯微鏡上用分度盤(pán)和靈敏杠桿測量，其原理與用光學(xué)分度頭測量基本相同。
2.1.2 3點(diǎn)測量法
對于圓度誤差的1種特殊情況——等徑多弧形的棱圓度（特別是奇數棱圓度），可用鞍形架、V形塊、3腳內徑規等裝置進(jìn)行近似測量（分別見(jiàn)圖4a、b、c），這種方法因在兩個(gè)固定支承和1個(gè)在測量方向上移動(dòng)的測頭之間進(jìn)行，故稱(chēng)為3點(diǎn)測量。
2.1.3 2點(diǎn)測量法
該法是在被測0件直徑上對置的1個(gè)固定支承和1個(gè)可在測量方向上移動(dòng)的測頭之間所進(jìn)行的測量。測出工件回轉表面橫截面上各對徑間的局部實(shí)際尺寸，以?xún)删植繉?shí)際尺寸的最大差值的1半作為該橫截面的圓度誤差（見(jiàn)圖5）。
2.2測量實(shí)例
考慮到3坐標測量機是1種精密測量設備，且它的測量功能具有1定的萬(wàn)能性――可對空間任意處的點(diǎn)、線(xiàn)、面及其相互位置進(jìn)行測量，故我們對1Ф20mm圓截面在3坐標測量機（型號為L(cháng)KG90C）上進(jìn)行了圓度誤差測量實(shí)驗。
測量原理：將被測0件放入3坐標測量機的測量空間，用測頭在被測截面圓上間隔地采點(diǎn)獲得各點(diǎn)幾何坐標尺寸，依據評定原則、通過(guò)數學(xué)運算來(lái)求得這些點(diǎn)擬合而成的虛擬圓的圓度誤差值。
為避免測量結果的偶然性和片面性，我們在同10件上選取了3個(gè)截面進(jìn)行測量，測量結果見(jiàn)表1。
后經(jīng)在圓度儀上多次測量，該0件圓度誤差的測得值分布在0.031 ～0.033之間。
2.3 精度和適用性分析
由表1所示數據發(fā)現，不同截面上盡管采樣點(diǎn)數相同，所得誤差值大多不同；同1截面上采樣點(diǎn)數不同，圓度誤差值也不同；大體上點(diǎn)數愈多，誤差值愈大，采樣點(diǎn)均布者誤差值的變化更有規律。
分析以上現象不難看出，用3坐標測量機測得的圓度誤差值有很大的不確定性，因為該機沒(méi)有像圓度儀那樣的連續掃描功能，只能間斷采點(diǎn)，不能反映整個(gè)輪廓的真實(shí)情況。同時(shí)，采點(diǎn)數愈多，采樣點(diǎn)均布，則所得虛擬圓圓心位置愈正確，圓度誤差值相對正確和穩定。此外，圓度誤差測量時(shí)應排除表面波度和粗糙度的影響，3坐標測量機無(wú)圓度儀那樣的誤差分離功能，這也影響了測量結果的正確性。
所以，除了1些大型的、不便在圓度儀上測量的工件以外，在測量精度要求較高時(shí)圓度誤差的測量宜在圓度儀上進(jìn)行，以保證測量的精度和可靠性。
以上介紹的其他多種方法中，兩點(diǎn)、3點(diǎn)測量法簡(jiǎn)便易行，但只能用于精度要求不高或某種特定圓度誤差的情況；用專(zhuān)用標準環(huán)測量適宜于批量大和1般精度的0件；光學(xué)分度頭測圓度誤差因也是點(diǎn)位式測量，且無(wú)誤差分離功能，其精度也比不上圓度儀，但測量時(shí)能逐次較精確地分度，且誤差曲線(xiàn)便于在極坐標中描繪以利于數據處理，故在某些場(chǎng)合也有使用價(jià)值。

以傳感器為測頭，用多次定位法或多測頭法的誤差分離技術(shù)解決了不適宜在圓度儀上進(jìn)行測量的大型精密0件的圓度誤差測量問(wèn)題〔1〕。該方法利用計算機進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現臨床測量；對采樣數據（即輸入信號）在時(shí)、頻域內變換和處理，抑制干擾信號，提高信噪比，達到分離誤差、提高測量精度和穩定性的目的。其中使用較為廣泛的有3測頭法，3個(gè)傳感器布置在被測0件同1徑向截面上，成某1角度相交于坐標系的中心。測量裝置的系統結構框圖如圖6。
可見(jiàn)，誤差分離是提高圓度誤差測量精度的關(guān)鍵技術(shù)。而分離誤差的方法已發(fā)展成傳感技術(shù)、數字技術(shù)、控制技術(shù)、計算計技術(shù)、電子技術(shù)等的綜合應用。
3 圓度誤差的評定
3.1常見(jiàn)評定方法
常見(jiàn)圓度誤差的評定方法有下表所列幾種：
(見(jiàn)表2)
上述方法符合GB7235-87的規定。
3.2 計算機數據處理
3.2.1 基本思路
由上表可見(jiàn)：不管是何種評定方法，雖然評定時(shí)取的基準圓不同，但評定圓度誤差的關(guān)鍵技術(shù)是確定基準圓的圓心，即確定評定基準中心的坐標位置，完成檢測數據由測量中心至評定中心的基準轉換。這樣就得出了以評定基準圓圓心為坐標原點(diǎn)的實(shí)際被測輪廓上各點(diǎn)的向徑，其最大值與最小值之差即為所求的圓度誤差值。各種計算機解法基本上是依據這1思路來(lái)編制程序，進(jìn)行數據處理的。這方面有不少研究實(shí)例〔2〕〔3〕〔4〕。
在這些解法中，有的是基于直角坐標的，有的是基于極坐標的；有直接應用數學(xué)公式
求解的，有在圖解基礎上結合計算的；有應用逐次逼近法的，有應用優(yōu)化法的等等。
3.2.2 程序流程圖
我們設計了采用各種評定方法的數據處理子程序，而且對上述程序進(jìn)行了擴展，將各子程序匯入總的程序中；設計了較為友好的人機交互界面，對同1套測量數據可通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)任意選取各種評定方法；結果可分別以數據和圖形輸出。
本文介紹、分析了圓度誤差的各種測量方法和評定方法，指出了測量和評定圓度誤差的關(guān)鍵技術(shù)；結合工作實(shí)踐，探討了在3坐標測量機上測量圓度誤差的精度和適用性；給出了1種評定圓度誤差的計算機處理方法。
用計算機輔助公差設計和幾何量測量（CAT）是當前國際國內學(xué)術(shù)界研究的熱門(mén)技術(shù)，是公差理論與實(shí)踐的必然發(fā)展趨勢，沿這個(gè)方向研究和探索圓度誤差的測量和評定方法既有它的理論價(jià)值，也有實(shí)用價(jià)值。
參考文獻：
[1]崔紹良，等. 圓度測量的誤差分離及數據處理. 全國高�；�換性與測量技術(shù)研究會(huì )94年論文集
[2]田社平，等. 再論圓度誤差評價(jià)的“通用算法”.計量技術(shù)，2001
[3]楊雪等. 最小條件求圓度誤差值的快速電算法. 計量技術(shù)，2001
[4]田社平. 1種用于圓度誤差評價(jià)的簡(jiǎn)化算法. 計量技術(shù)，2001.4

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