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仪器精度理论-4.3直线度测量机评定方法

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 17:44 | 阅读:

4.3直线度测量机评定方法

主讲人:禹静

直线度误差是指被测实际线相对理想直线的最大变化量,而理想直线的位置应符合最小条件。

测量方法

    1)统一基准法

    用模拟法建立理想直线作为测量时的统一基准。然后把被测实际线上各被测点与理想直线上相应的点相比较,以确定实际线各点的偏差值,最后通过数据处理评定其直线度误差值。理想直线可用实物、光线、水平面等来体现。

(1)刀口尺法

对磨削或研磨的较短表面,可用刀口尺、样板平尺为模拟基准,与被测件接触,转动刀口尺,使两个零值光隙中间有一最大光隙,或两个等值最大光隙在零值光隙两侧,此时得到的最大光隙值即被测直线的直线度误差。光隙量的读数可用量块研合在平晶上与刀口尺组成标准光隙作比较,

    (2)测微仪法

    测微仪法测量直线度误差是用测量平板或基准平尺为理想要素,通过测微仪测出被测线上各点相对测量基准的变动量,进而评定其直线度误差。此方法适用中等尺寸的工件测量。

用测量机测直线度误差是以其高精度的导轨作为测量基准,可以直接得到原始数据,再通过微机数据处理得到直线度误差。 如被测表面为刮削表面,还必须用一块块规放置在测头与被测表面之间进行测量,这样获得的原始数据才是正确的。

    (3)钢丝法    

    可用来测量较长机床导轨水平面内的直线度误差,但精度较低。由于钢丝挠度的影响较大,在垂直平面内不采用此法测量。如支承距离为18m,用8kg的拉力拉紧F0.3mm的钢丝,由自重产生的挠度达到3.5mm。

钢丝法的测试方案可如图5-7所示,将钢丝的一端固定,另一端用重锤拉紧,从而建立一基准直线,将拉紧的钢丝平行于被测工件的测量面,使装有读数装置(显微镜)的支架能沿被测表面移动。这样就能逐点测出被测表面在水平面内直线度误差的原始数据。

    (4)平晶法

对于高精度的光滑表面直线度误差的测量,可采用平晶干涉法,其原理就是以平面平晶的工作面作为测量基准与被测工件表面形成等厚干涉条纹,根据条纹的弯曲程度来评定被测平面直线度误差。常用的有F 60,F 80, F 100,  F150mm的圆形平晶。

        对于高精度的较长的研磨表面,由于缺少长的标准平晶,通常应用分段法测量,然后通过图解法或计算法得到直线度误差的统一坐标值。

 (5)光线基准法

    (a)传统的光学准直法

    该方法是利用测微准直望远镜光轴作为测量基准,用准直望远镜瞄准靶标,通过靶标偏离光轴的情况来反映被测要素的直线度误差。

    (b)现代激光准直法

    由于激光具有光能强,方向性好等优点,以激光作为基准线来测量直线度误差,可克服传统光学准直法的照度低和有效工作距较短等缺点。

激光准直仪一般采用全内腔氦—氖激光器为光源,波长为0.6328mm,激光管的输出功率为1~2mw。克服激光束的漂移(角漂移和平行漂移)是提高激光准直技术的关键之一,也可以把这个问题看成是光线基准法所要解决的一个主要问题。方向漂移主要是由于器件本身的结构、材料等受热变形以致于组成激光腔的两个镜片的几何位置发生微小变化造成的。目前国内比较好的激光器件开口处漂移量0.02mm/h。

        由于这种准直仪的精度一般为5×10-6,与传统的光学准直仪精度差不多,所以还不能满足日益发展的工业检测的需要,于是出现了多种设计方案,如菲涅耳波带片法、零级条纹干涉法、不对称位相板法等等以克服激光束漂移的影响。

   2)节距法

    采用节距法测量直线度误差时,须首先把被测要素按照一定长度(节距)划分为若干等分,然后使用测量微小角度的仪器测出各等分段相对于自然水平基准或某一固定光轴的倾角,将其处理为统一坐标值后,评定被测要素的直线度误差值,最后应将角度值转化为线值。

用于测量微小角度的仪器大致可以分为三类:水平仪类(包括钳工水平仪、框式水平仪、合象水平仪和电子水平仪等);准直仪类(包括准直仪、自准直仪和光电自准直仪等);干涉仪类(包括杨氏干涉装置、激光准直干涉仪、单频激光干涉仪和双频激光干涉仪等)。对应不同类的仪器有不同的角值测量方法。     

       (1)水平仪法

测量时,把水平仪置于有一定节距的桥板上,并使桥板逐段首尾相接地在被测表面上移动。当被测表面有直线度误差时,桥板上的水平仪就会倾斜,倾角qi 可通过水平仪读数ai(格数)表示。这样,便获得了反映被测表面直线度误差的原始数据a1 ,a2 ,…,ai ,…,an

    (2)自准直仪法

测量时,把反射镜置于节距一定的桥板上,见图5-18,并使桥板首尾搭接地在被测表面上移动。当被测表面上存在直线度误差时,反射镜将随桥板倾斜,产生的倾角qi可由ai(格数)表示。由此可获得反映被测表面直线度误差的原始数据 a1 ,a2 ,…,ai ,…,an

              3)互检法

用互检法测量直线度误差时,不需要使用测量基准,便可同时测出两个被测直尺工作边的直线度误差。

5.2.2 直线度误差的评定

通过前述的各种测量方法得到被测面直线度偏差的统一坐标值后,还需经过数据处理才能求得被测面的直线度误差值。在评定形状误差时,按照最小条件的要求,应用最小包容区域的宽度或直径来表示其误差值。但在满足零件使用要求的前提下,也允许用其它方法评定。

以下介绍二种直线度误差的评定方法:

    1)最小包容区域法

    按最小条件评定直线度误差所用的方法叫最小包容区域法。用此法确定直线度误差值时应用“相间准则”来判别:若上下两条平行线包容了实际线,且与实际线成高、低相间三点接触时,此二平行线的位置必符合最小条件。刀口尺法的测量基准与评定基准一致,读取的最大光隙量即为符合最小条件的直线度误差值,而其它情况下测量基准往往与评定基准并不重合,需要经过数据处理得到直线度误差值。下面以节距法测量为例介绍用最小包容区域法评定直线度误差的三种方法。

   (1)图解法

       以横坐标表示分段长度(或测点序号),以纵坐标表示各测点相对起始点的读数累积值,分别按缩小和放大的比例在直角坐标纸上描绘出误差折线的图像,然后按图像求出直线度误差值的方法称图解法。

      

    (2)旋转法

    旋转法可根据各点累积值初步判别高低相间点,选择合适的转轴进行相应的变换,一直旋转到符合相间准则为止。此法简便宜行。

   (3)计算法

    该法是根据测得的读数作一简图,在简图中如被测要素的最高点和最低点已经明确(参见图5-22),那么运用计算法直接可以计算出符合最小条件的直线度误差值。设图中                                            egk分别为测量点序号;而yeyg yk 则分别为测点egk 的读数相对于测量基准的坐标值,那么符合最小条件的误差值f的计算公式如下:

                    

        2)两端点连线法

    以被测实际线的两端点的连线作为评定基准,实际线关于两端点连线的最大变动量为该实际线的直线度误差值。                                               

       (1)图解法

如果按两端点连线法来评定直线度误差,把误差曲线的首尾两点(O,N)连接成一条直线,该直线ON即为这种评定方法的理想直线。

       (2)计算法

    对于用水平仪或自准直仪测量时,各测点对两端点连线的偏差按下式计算:

                                               (5-7)

式中    i——测点序号;n——终点序号;ai——各测点的读数。

 


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