基于三坐标测量圆度误差测量的精度分析
高善平 赵衍青 泉州信息工程学院机电工程系 362000
【摘 要】【文章摘要】本文主要介绍了三坐标测量的原理及应用前景，针对三坐标测量圆度误差所产生的精度问题进行分析，研究三坐标测量圆度误差时产生的测量误差并提出解决措施。 【期刊名称】电子制作 【年(卷),期】2014(000)014 【总页数】2
【关键词】【关键词】三坐标测量；圆度误差；精度分析
0 引言
在加工过程中，由于加工设备精度及刚性、刀具在切削中受力变形、刀具性能、切削参数、工件材料以及切削应力等诸多因素影响，一些以圆柱形表面为主要工作表面的零件不可避免地产生圆度误差, 从而影响该类零件的配合精度, 在旋转运动中加剧零部件的磨损及震动, 降低了其使用性能和寿命，如轴承零部件的内圈与外圈的圆度误差要求、齿轮零件与轴颈的配合面圆度误差等。因此，在零部件的几何测量中，特别是对于回转体零件，其圆度误差的保证是至关重要的，而提高零件圆度误差的前提是在规范机械加工工艺的基础上准确地检测零件的圆度误差。
1 圆度误差的常用测量方法
圆度误差是衡量零件几何精度的主要指标，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。圆度误差检测方法的发展经历了从接触式测量到非接触式测量, 从离线测量到在线测量, 从被动测量到
主动测量。具体方法有: 基于半径变化量测量的圆度仪、分度头法、与激光技术相结合的激光衍射法、激光三角法；基于坐标测量的三坐标测量机、计算机视觉技术圆度检测法；生产车间普遍使用的两点、三点近似圆度误差检测法 ; 基于图像处理的测量方法；测量技术与虚拟技术结合的虚拟圆度测量仪器 ; 基于误差分离技术的圆度测量法；在线测量法及主动测量法等等，下面对常用的几种方法做简单的介绍。 1.1 比较测量法
比较测量法是将被测圆轮廓直接与标准圆(如标准圆图形、标准半球、标准圆盘等)进行比较，以检验被测工件是否合格。常见的有圆度仪测量法和影像测量法等，其中圆度仪的原理是以轴的高精度回转轨迹作为圆的理想要素与被测实际轮廓进行比较, 来获得被测实际轮廓的轮廓图形或误差值。其精度主要影响因素有被测零件在仪器上的安装误差、仪器主轴回转误差、测头安装误差等, 滤波器的传输频率、测头半径和测量力等，但是总体精度较高，测量精度可达到微米级，适合用于精密零件的圆度测量。但是由于设备昂贵，在测量不方便，在生产现场比较少应用。 1.2 特征参数测量法
特征参数测量法是在生产现场应用最多的方法，其是基于被测圆轮廓具有某种谐波特性，即工件圆轮廓呈“弧边形”(生产中称为棱圆形)，如二棱圆、三棱圆等原理进行测量的。通常有两点法、三点法、及其组合测量法。两点法、三点法是国家标准心J中确定的测量圆度误差的一种方法，适用于测量零件内、外圆形要素的圆度误差。其中两点法测量适合于偶数棱轮廓的圆度误差测量，而三点法适合于基数棱圆轮廓的圆度测量。该类测量方法，可用普通量具（如
游标卡尺、千分尺、指示表和磁性表座等）直接测量，测量方便，也不受测量场所的限制，在生产现场经常使用，但是其测量差值不符合误差定义, 仅为一种近似检测，测量精度低，只适合于精度不高的零部件的圆度误差测量。 1.3 基于直角坐标的圆度误差检测方法
用坐标测量仪器的直角坐标系测量圆度误差,调整放置在仪器工件台上被测零件的轴线位置, 使其平行于直角坐标系的竖轴, 再测出被测截面轮廓所选测点的坐标, 按选定圆度评定方法处理坐标数据, 求出圆度误差值。最具代表性的是用三坐标测量机测量圆度误差, 如测量方法合理, 可达到圆度仪的检测精度。但因不是专门的圆度测量仪器, 需确定初始坐标、选择测量点数等, 引入了多种人为因素, 增加了测量不确定度。由于结构限制,大部分截面不能连续扫描, 测量过程烦琐耗时。
1.4 其他测量方法
随着计算机技术、光技术的快速发展，光机电一体化技术飞速发展，检测技术发生了很大的技术革新，也涌向了很多现代化的圆度误差测量方法，如傅师伟提出的一种基于光电扫描和计算机数字图像处理来实现圆度误，宋甲午等提出的基于激光技术的圆度误差测量方法，该类方法实现了由接触式测量向非接触式测量的转化，减少了误差因素的引入，提高了圆度误差测量的准确性。
2 三坐标测量仪的圆度误差测量
随着机电一体化技术及计算机技术的快速发展，如减震技术、温度补偿技术等，三坐标测量仪已逐步走近生产现场，特别是精密制造及大批量检验的工作环境。三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，采用三左边测量仪测量圆度，主要是在一个等高的
基于三坐标测量圆度误差测量的精度分析
