軸徑類工件測量的誤差分析

王睿超　康建勃

摘 要：本文探討的是軸徑類工件測量時采用接觸法和影像法兩種不同測量方法引起的測量誤差。文章分別從幾何和數(shù)學(xué)角度計算了幾種定位不當(dāng)及儀器調(diào)整不當(dāng)測量帶來的誤差值，最后總結(jié)在工廠測量工作中應(yīng)如何避免這幾種測量誤差，提高測量精度。

關(guān)鍵詞：軸徑；接觸法；影像法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.237

0 引言

我公司是生產(chǎn)重型汽車變速箱的專業(yè)廠家，變速箱傳動包含有大量的軸徑類零件，如一軸、二軸、中間軸等。軸徑類零件屬于外尺寸，凡能測量外尺寸的測量儀器都可以使用，具體測量方法、測量儀器的選擇要視被測件的精度、工件的特性、批量大小等定。對于不同公差等級的軸徑應(yīng)選取不同的量儀，通常以零件公差的～作為測量誤差，并且以此作為選擇量儀的依據(jù)[1]。

1 接觸式測量法

軸徑測量中影響測量誤差的因素很多如儀器、標(biāo)準(zhǔn)器、溫度、測力等，在此僅討論定位和接觸測量中，測頭定位不當(dāng)而引起的測量誤差。測頭定位不當(dāng)引起的誤差主要由兩測量面相互不平行、測量線與軸線不垂直等方面引起。

1.1 兩測量面相互不平行

當(dāng)用卡尺、千分尺以及使用平面或刀刃形的測量頭的儀器測量軸徑時，由于兩測量面相互不平行，會造成另外一種誤差[2]。

由此可見，當(dāng)測量線相對于被測直線的傾角所造成的測量誤差，與的平方以及軸向D成正比，即和D越大，則誤差也越大。

1.2 測量線與軸線不垂直

用卡尺或杠桿千分尺測量軸徑，由于卡尺量爪有一定的寬度，測量時量爪有些偏斜；或者在立式光學(xué)計上測量精度較高的光滑極限量規(guī)，測量者將工件拿不穩(wěn)也會造成測量方向不垂直與軸線，都會產(chǎn)生較大誤差[3]。如圖2所示在沿軸線的縱截面上，當(dāng)測量線對被測直徑方向傾斜角時，也會造成測量誤差ΔD，即

2 影像測量法

非接觸式測量大多數(shù)采用光學(xué)成像投影原理，以測量軸徑的像來代替對軸徑的測量，非接觸式測量不受測量力的影響，主要是成像的失真帶來的測量誤差。

我們以通用性強(qiáng)的光學(xué)儀器工具顯微鏡為例，在測量中用顯微鏡瞄準(zhǔn)一個具有一定厚度的零件輪廓，然后調(diào)整光闌口徑，你可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光闌口徑增大時，零件輪廓像向體內(nèi)收縮；而當(dāng)光闌口徑減小時，零件輪廓像向體外擴(kuò)張。因此對于同一尺寸，開不同的光闌口徑，將獲得不同的測量結(jié)果，這是為什么？

工具顯微鏡的底光照明系統(tǒng)是按柯拉照明即“遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)”設(shè)計的[4]。如圖3所示在理想的情況下，射向物體的應(yīng)該是平行光束。而在實(shí)際中，理想的點(diǎn)光源并不存在。燈絲都具有體積，燈絲上的每一個發(fā)光點(diǎn)都可以看成一個獨(dú)立的點(diǎn)光源，他們發(fā)出無數(shù)支互不平行的光線。其合成的結(jié)果是發(fā)散的非平行光。

由于顯微鏡自下而上通過被測表面輪廓的照明光束不完全是平行于光軸的平行光，所以被測件輪廓的影像將產(chǎn)生誤差，其大小與光線不平行的程度及被測件的曲率有關(guān)。如圖4 所示，因斜光束在圓柱面上反射的結(jié)果使軸的半徑影像比實(shí)際半徑內(nèi)縮了ΔRi 從而引起測量誤差。當(dāng)斜光束與光軸的夾角Ui 越大，則內(nèi)縮ΔRi 就愈大，測量誤差也越大。

所以使用工具顯微鏡時，為了消除這一誤差，要盡量減少與主光束不平行的光。我們是用光闌來控制入射光束與主光軸的最大夾角，以改善被測件影像質(zhì)量。一般說來，光闌一定被測件曲率半徑越大，或被測件曲率一定而光闌越大時，成象誤差就越大。這種誤差在外尺寸測量中一般是負(fù)值，在內(nèi)尺寸測量中一般是正值。因此，注意光束或被測件曲率半徑不宜太大，但也不能太小。過小時，由于光線繞射的影響將產(chǎn)生反向的誤差，即測量外尺寸時，影像反而外脹，使測量結(jié)果變大；測內(nèi)尺寸時，影像反而內(nèi)縮，使測量結(jié)果變小。故在測量時我們要依據(jù)工具顯微鏡說明書來選擇“最佳光闌口徑” [5]。

3 小結(jié)

軸徑類工件在幾何量測量中很常見，采用接觸法測量時，測量者必須將工件托扶端正，使測量線與軸的軸線重合，尤其采用立式光學(xué)計、測長機(jī)或接觸式干涉儀測量高精度軸徑時，測量者必須反復(fù)測試找出讀數(shù)的拐點(diǎn)，設(shè)法找到最大直徑位置，消除測頭與被測面的接觸引起的誤差。在使用影像法測量時，必須根據(jù)儀器的說明書所提供的最佳光闌口徑來調(diào)整光闌，消除與主光束不平行的雜光，避免圖像失真。

參考文獻(xiàn)：

[1]周文玲.互換性與測量技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2]王美姣.淺談游標(biāo)量具使用技巧[J].鄭州：科教文匯，2009（13）：219

[3]JJG343-2012光滑極限量規(guī)[S].北京：中國計量出版社，2012.

[4]郁道銀，談恒英.工程光學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[5]齊彥忠，任彥麗.萬能工具顯微鏡使用的注意事項[J].北京：中國計量，2008.

作者簡介：王睿超（1986-），男， 陜西扶風(fēng)人，本科，助理工程師，研究方向：長度測量。