超長導軌直線度的測量和計算方法

江蘇省計量科學研究院

0 引言

直線度是機械零件上各種要素中最常見的一種要素，直線度誤差的測量是形狀誤差測量中最基本的一項測量。

直線度誤差的定義是“被測實際輪廓線對理想直線的變動量”。在實際檢測中，“與理想要素比較原理”應用較多，常采用精密加工形成的刃、棱、導軌、平面或拉緊的細鋼絲等做為標準直線，這類標準直線通?？缍缺容^小，不適于對大型長導軌進行測量。也有利用幾何光學原理制成的準直類儀器的光軸來做“標準直線”的，這類儀器在實際使用中，超過一定的長度（極限為幾十米）就變得很不穩(wěn)定，同樣也解決不了超長導軌直線度的測量問題。

本文利用光電自準直儀加反射鏡的方法，采用分段拼接技術，能很好地解決超長導軌直線度的測量問題。

1 工作原理

傳統(tǒng)的用光電自準直儀測量導軌直線度的工作原理如下：將自準直儀置于被測零件之外的基座上，反射鏡安放在跨距適當?shù)臉虬迳?，橋板置于被測導軌上，如圖1所示。測量時，先記下反射光點的位置，然后將反射鏡沿被測導軌按一定間距移動，若反射光點的位置沒有變化，則導軌的直線度為零，若反射光點的位置有變化，則通過計算可以得到導軌的直線度誤差。

常用的直線度誤差有兩端點連線法和最小區(qū)域法兩種評定方法。

傳統(tǒng)方法的測量距離通常不大，已知儀器的測量極限大約有幾十米，對更長的導軌就可以按照分段拼接技術來加以解決，具體的做法是把反射鏡與自準直儀都裝在磁性表座上，光電自準直儀下面和反射鏡下面的橋板完全一致，先把反射鏡和自準直儀靠在一起，置于被測導軌上，將自準直儀固定在導軌上，將其示值置零，接著把反射鏡沿導軌前移步距L后固定到導軌上，記下此時的X和Y方向上的角度偏移(dx1，dy1)；然后把自準直儀前移到靠近反射鏡處固定在導軌上，將其示值置零，接著把反射鏡沿導軌前移步距L后固定到導軌上，記下此時的X和Y方向上的角度偏移(dx2，dy2)；重復以上過程，直到經(jīng)過第n個步距L后記下此時的X和Y方向上的角度偏移（dxn，dyn）。

圖1 傳統(tǒng)直線度測量

圖2 分段拼接工作原理

2 系統(tǒng)的組成

目前光電自準直儀的主要生產(chǎn)廠家有德國、美國、英國和日本等國企業(yè)，準確度較高的有德國生產(chǎn)的EC-3000光電自準直儀，其準確度在20''之內(nèi)是±0.1''，在±1 000''范圍內(nèi)為±0.25''，儀器采用高分辨力CCD相機，帶有RS-232接口，最大工作距離為25 m。

3 實例計算

以對跨度為1 000 mm， 50 m的長導軌進行分段測量為例，得到如表1所示的結(jié)果。

表1 測試結(jié)果

與原始位移圖（見圖3）相比，采用端點連線法（見圖4）進行評定，計算得到X方向直線度為0.0412 mm，Y方向直線度為0.040 9 mm。

計算方法是把所有點繞第0點旋轉(zhuǎn)，使最后一點與第0點等高，分別找出最高點和最低點，則端點連線法的直線度誤差就是該最高點和該最低點之間的高度差。

圖3 原始位移

圖4 端點連接法

采用最小區(qū)域法（見圖5）進行評定，計算得到X方向直線度為0.038 5 mm，Y方向直線度為0.035 6 mm。

計算方法是把所有點繞第0點旋轉(zhuǎn)，使所有的點出現(xiàn)低高低或高低高的情況，則最小區(qū)域法的直線度誤差就是該最高點和最低點之間的高度差。

圖5 最小區(qū)域法

圖5中所示的X方向為典型的低高低現(xiàn)象，即兩最低點等高，最高點在兩低點之間。Y方向為典型的高低高現(xiàn)象，即兩最高點等高，最低點在兩高點之間。這兩種情況都符合最小區(qū)域法的判定準則。

4 結(jié)語

用光電自準直儀可以測量導軌的直線度，采用拼接技術可以實現(xiàn)超長導軌的直線度測量，通過旋轉(zhuǎn)可以快速計算端點連線法和最小區(qū)域法的直線度誤差。將測量方法進行適當改進可以大大拓展傳統(tǒng)方法的測量極限。

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