直线度测量方法研究

直线度测量是几何量计量领域里一个最基本的项目,它是平面度,平行度,同轴度等几何测量的基础,是与尺寸精度,圆度和表面粗糙度同称为影响产品质量的四大要素,在生产实践中受到高度重视,出现了很多种直线度的测量方法和装置。

直线度误差是指实际直线对理想直线的变化量,反映了被测直线的不直程度。根据ISO推荐的

标准和国家标准,直线度误差可分为给定平面内的直线的误差,给定方向的直线度误差和任意方

向内的直线度误差。通常,给定平面内的直线度误差和给定方向内的直线度误差被称为平面直

线度误差,任意方向内的直线度误差被称为空间直线度误差。深孔表面为回转体表面,深孔直线

度公差带根据要素的特征及其使用要求,分为限制圆柱面直母线形状误差的两平行直线和限制

圆柱体轴线形状误差的圆柱体两种。深孔直线度检测是精密深孔零件加工过程中的重要组成部分,是对深孔零件进行质量控制和管理的重要手段,是贯彻质量标准的技术保证,有着极其重要的

意义。

1国内外深孔直线度测量技术的研究现状深孔直线度测量技术的研究主要有两个方面。

1。1深孔直线度测量方法的研究

1。1。1直线度综合量规

先利用一个长度较短的极限塞规测量合格后,再用直线度综合塞规测量,由塞规通过与否判断孔

轴线直线度合格与否。其特点是:测量精度高,效率高,只能判断合格与否,不能得出数据大小。缺点是同一尺寸有时需要几个综合塞规,以满足一个公差段内几组尺寸的要求,适用于小孔测量。

1。1。2感应式应变片测量法

在刀杆的适当部位粘贴上X,Y方向的应变片,感应电流经放大器放大,通过记录及数据处理,即可

确定出加工时所产生的偏移及直线度误差。

1。1。 3超声波测量法

超声波在同一种介质中传播时的声速为一常数,当遇到不同介质界面时有反射特性,利用这一特

性对已加工孔的壁厚进行测量,从而计算出孔轴线的直线度误差。其优点为:操作简单,实用性强。其测量精度主要与测厚仪显示值的分辨率有关,同时要求零件的外圆有较好的已加工表面。

1。1。4气动量仪测量内孔不直度

气动量仪测量是将被测孔径尺寸的变化转化成气体流动压力的变化或流量的变化。其特点是:

测量精度高,一般可高达士(0。3^-1) rim;可进行非接触测量,测量力特别小,对易变形薄壁零件的

测量特别有利;适用于大批量生产测量;量仪结构简单,对环境要求低;可实现自动检测;但尚需改

善其动态特性,扩大示值范围及测量气隙。

1。1。5圆度法

圆度法是逐次测量每一径向固定间距截面的外圆柱面或内圆柱面的圆度,经数据处理得到该截

面的圆心位置,再进行评定。

1。1。 6杠杆法

测量时,孔管在工作台上移动,测量元件感知被测截面圆心位置的变化,并通过杠杆反映给千分表

进行读数。该方法属近似测量,每次测量的都是某一轴向截面内的直线度,因此,测量轴线直线度

时要多次旋转孔管。其测量精度不高,测量设备笨重。

1。1。7校正望远镜测量法

该方法只能测量已加工好的大孔。测量时,在孔内安放与孔大小相适应的测标,调整望远镜位置

使

其光轴通过首尾两孔的测标,建立测量基准线。然后,移动孔内的测标到相应位置,借助望远镜瞄

准测标并测出孔心的偏移量。其优点为:结构简单,操作方便,成本低廉,应用范围广,瞄准精度高。

1。1。8测量机测量法

三坐标测量机是近20年发展起来的一种以精密机械为基础,结合光栅与激光干涉技术,计算机技术,电子技术等先进技术的测量设备。高,测量速度快。

1。 1。 9准直光管法

准直光管以"节距法"分段测量斜率变化,再通过数据处理求得实际表面的直线度误差,最后按规

定条件评定直线度误差的数值。这种方法的特点是:

测量精度高,可进行数字化处理,提高了测量效率和减少了人为误差;可测较长内孔和不同孔径的

内径孔;不适用于小孔径测量。

l。 1。 10。激光准直法

该方法是利用激光准直仪发出平行的,能量分布中心对称的激光光束微准直测量的基准线。激

光

器发出的激光经过准直后射向可以在深孔中移动的测量元件,测量元件感知深孔被测截面实际

中心位置的变化,其上装有的CCD,可实时得到相应的图像,图像经处理后,可获得各被测截面实

际的圆心位置,再经直线度评定,即可获得深孔的轴线直线度。该方法具有瞄准方便,测量效率高,测量精度较高和容易实现自动化等优点。由于激光的能量强,方向性和相干性好,因此,该方法可

用于长距离测量。但该方法的准直精度受激光光束本身特性的限制(如光束漂移,随机抖动等),

如要求高精度,则需选用高稳定性,任意截面光强分布稳定的激光束。

1。1。11双频激光干涉法

利用双频激光干涉仪,以激光束为基准直线,采用干涉原理进行读数。其特点是:分辨率和测量精

度

高;测量原理和光学系统不受激光束漂移的影响;各采样点误差值之间彼此不相关,测量误差不累加;使用方便,性能稳定。

1。 1。 12基于图像处理的激光反射法测量

基于图像处理的激光反射法的测量原理。测量时,激光器发出的激光经准直后射向分光镜,一部

分反射后射向测量元件,测量元件在齿轮齿条机构的驱动下在孔管内移动,其步进量由光栅测量。测量元件感知孔管实际轴线位置的变化,其上安装一个反光镜,激光经过反射后透射过分光镜到

达

光靶上,CCD摄像机即可摄得光靶上包含被测信息的图像。再经过图像处理及数据处理后,得出

对应于每一个被测截面的图像中激光光束的中心,按照角度积累的公式计算出空间直线度误差。敏度比普通的激光准直法大大提高。同时,此法突破了普通激光准直法对于被测对象孔径的限制,可以测量很小的深孔。另外,基于图像处理的方法使得测度。该方法具有灵敏度高,测量速度快,对被测对象。尺寸要求较低,适合在工厂内使用等优点。

1。 1。 13臂杆法

臂杆法测量