導(dǎo)軌直線度誤差的測(cè)量

摘 要：導(dǎo)軌直線度誤差的大小直接影響到工件的加工精度，文章采用了簡(jiǎn)單而容易操作的導(dǎo)軌直線度誤差測(cè)量方案。把激光傳感器安裝在測(cè)距裝置上，使之沿著工作臺(tái)移動(dòng)，工作臺(tái)和被測(cè)導(dǎo)軌放在同一平板上，以保證有共同的測(cè)量基準(zhǔn)。將測(cè)得的數(shù)據(jù)用最小包容區(qū)域法做出評(píng)定，同時(shí)用matlab對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的處理，由此便實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)軌快速、精確的測(cè)量。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)軌直線度；激光傳感器；最小區(qū)域法

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，對(duì)各領(lǐng)域生產(chǎn)過程中的形位參數(shù)精度要求越來(lái)越嚴(yán)格了。導(dǎo)軌直線度作為形位誤差之一，直接影響到了生產(chǎn)零件的精度、性能、質(zhì)量及沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度。

非接觸的測(cè)量技術(shù)避免了許多傳統(tǒng)接觸式測(cè)量的缺點(diǎn)，而且也擴(kuò)大了測(cè)量的范圍。所以，對(duì)導(dǎo)軌直線度誤差的非接觸式測(cè)量的研究具有深遠(yuǎn)而重大的意義，提高導(dǎo)軌直線度的精確度能改善加工、運(yùn)動(dòng)以及測(cè)量的精確度。測(cè)量運(yùn)動(dòng)中導(dǎo)軌的直線度誤差技術(shù)的開發(fā)與不斷優(yōu)化將會(huì)給測(cè)量技術(shù)開辟更加光明的前進(jìn)道路。

1 直線度誤差的概念及現(xiàn)狀

直線度誤差就是被測(cè)線相對(duì)于理想直線的變動(dòng)量， 就國(guó)內(nèi)外直線度測(cè)量現(xiàn)狀來(lái)看，精度低于0.5um/m的劃分為一般精度，高于0.5um/m劃分為高精度，高于0.1um/m就進(jìn)入世界先進(jìn)水平。

2 導(dǎo)軌直線度誤差的測(cè)量方法

按測(cè)量器具是否直接與被測(cè)導(dǎo)軌接觸分類，導(dǎo)軌直線度誤差的測(cè)量方法分為接觸式和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量主要有：跨步儀法、平尺法、千分表法、水平儀檢驗(yàn)法、拉鋼絲法和測(cè)微儀法等。非接觸導(dǎo)軌直線度測(cè)量方法有：激光準(zhǔn)直儀法、雙頻激光準(zhǔn)直儀法、激光干涉法、基于偏振干涉原理的線偏振光橫向調(diào)制光束測(cè)量直線度、圖像法等。非接觸測(cè)量法的前兩種方法在測(cè)量過程中的操作量是很大的，而且技術(shù)要求也比較高，在一般的實(shí)驗(yàn)室里是不可能實(shí)現(xiàn)的。另外，以上兩種測(cè)量方法在經(jīng)濟(jì)要求上也比較高。基于以上原因，文章提出了一種易于在一般實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)軌直線度誤差的非接觸測(cè)量方法。

3 直線度誤差的評(píng)定

常用的直線度誤差評(píng)定方法有如下三種：兩端點(diǎn)連線法、最小二乘法、最小包容區(qū)域法?；趯?duì)三種評(píng)定方法的認(rèn)知，可以總結(jié)出以下結(jié)論：由上述內(nèi)容可以總結(jié)出三種評(píng)定直線度誤差方法的特點(diǎn)。兩端點(diǎn)連線法獲得的理想直線不能滿足最小條件，導(dǎo)致評(píng)定結(jié)果精確度不高。 最小二乘法本身存在較大的運(yùn)算量，自然會(huì)存在計(jì)算誤差，這直接影響到了直線度誤差評(píng)定的準(zhǔn)確性。最小區(qū)域法是國(guó)標(biāo)評(píng)定直線度的評(píng)定方法，與以上兩種評(píng)定法相比，最小區(qū)域法的評(píng)定結(jié)果更精確，更接近于被測(cè)線的實(shí)際直線度誤差?；诖?，文章就運(yùn)用了最小區(qū)域法來(lái)評(píng)定導(dǎo)軌的直線度誤差。

4 導(dǎo)軌直線度誤差的測(cè)量方案

基于對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)軌直線度誤差的認(rèn)知和分析，發(fā)現(xiàn)有許多操作上和測(cè)量精度上的不足，因此文章提出了一種易于在一般實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)的、精度相比之下較理想的導(dǎo)軌直線度誤差的非接觸測(cè)量方法，該法直接應(yīng)用了現(xiàn)代科技的優(yōu)秀成果，即用帶數(shù)顯設(shè)備的激光傳感器測(cè)量導(dǎo)軌直線度誤差的原始數(shù)據(jù)，因此重點(diǎn)在于測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)和導(dǎo)軌直線度的評(píng)定。本測(cè)量方案用的測(cè)量?jī)x是激光傳感器，它是一種結(jié)合激光和傳感器的優(yōu)質(zhì)性能而制造的高精度測(cè)量?jī)x，比一般測(cè)距儀量程大、速度快、精度高，因此在測(cè)量領(lǐng)域中廣受歡迎。

4.1 測(cè)量裝置及測(cè)量方法

激光傳感器測(cè)量導(dǎo)軌直線度誤差的主要零件有：標(biāo)準(zhǔn)平板，其作用是保證工作臺(tái)和被測(cè)導(dǎo)軌在同一基準(zhǔn)面上；工作臺(tái)，在測(cè)量過程中支撐測(cè)量裝置；螺栓和螺母起傳動(dòng)和固定作用；滑塊上開有配合帶有螺桿的滑塊的槽，使得其他結(jié)構(gòu)在其上面滑動(dòng)；墊片和螺母一起將其他零件固定在某一位置上；裝激光傳感器的結(jié)構(gòu)；被測(cè)導(dǎo)軌。

測(cè)量時(shí)，先將被測(cè)導(dǎo)軌放在平板上一合適位置，然后根據(jù)導(dǎo)軌的位置移動(dòng)滑塊和測(cè)量?jī)x，使得導(dǎo)軌寬度在傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)，移動(dòng)到合適位置后用墊片和螺母一起將滑塊固定。然后將裝有測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)調(diào)整在符合測(cè)量?jī)x范圍內(nèi)的一個(gè)合適的垂直位置上，用螺母將其固定。之后調(diào)整裝測(cè)量?jī)x盒的結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)的位置，使其與被測(cè)導(dǎo)軌在空間內(nèi)相互垂直。調(diào)好后用螺釘固定。最后確定激光傳感器一個(gè)位置，使滑塊沿著工作臺(tái)移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)，每隔一定的距離記錄一次測(cè)量導(dǎo)軌的數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)軌直線度原始數(shù)據(jù)的采集。

4.2 評(píng)定方案

通過比較，用最小區(qū)域法評(píng)定直線度誤差的優(yōu)越性更強(qiáng)，所以以下將用該法來(lái)評(píng)定導(dǎo)軌的直線度誤差。文章給出一種用matlab實(shí)現(xiàn)最小區(qū)域法評(píng)定導(dǎo)軌直線度誤差的方法。用最小區(qū)域法評(píng)定直線度誤差就是包容找被測(cè)線的最短距離的兩條平行線，因此直線度誤差的獲得可以轉(zhuǎn)化成求最小值的問題。直線在平面中的直線方程可寫成：

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