降低馬爾輪廓儀測量誤差的方法

李惠

摘 要：輪廓儀作為精密測量儀器，主要用來測量各種精密機(jī)械零件的輪廓形狀參數(shù)，在汽車制造以及鐵路等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。輪廓儀在測量過程中，由于儀器不準(zhǔn)、測量方法和科學(xué)水平的限制，測出的數(shù)值和真實值不一致，這就產(chǎn)生了誤差。要獲取準(zhǔn)確的高精度的測量結(jié)果，就必須盡可能地分析并降低檢測儀器的誤差。本文對馬爾輪廓儀測量誤差進(jìn)行了分析，探討了降低測量誤差的方法。

關(guān)鍵詞：馬爾輪廓儀；測量誤差；降低；方法

中圖分類號：TH741.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0258-01

輪廓儀主要用來測量各種精密機(jī)械零件的輪廓形狀參數(shù)，如圓弧半徑、直線度、凸度、溝心距、傾斜度、垂直距離、水平距離、臺階等形狀參數(shù)。例如汽車零件中的溝槽的槽深、槽寬、倒角（包括倒角位置、倒角尺寸、角度等），圓柱表面素線的直線度等參數(shù)。作為精密測量儀器，輪廓儀在汽車制造以及鐵路等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

輪廓儀在測量過程中，由于儀器不準(zhǔn)、測量方法和科學(xué)水平的限制，測出的數(shù)值和真實值不一致，這就產(chǎn)生了誤差。要獲取準(zhǔn)確的高精度的測量結(jié)果，就必須盡可能地分析并降低檢測儀器的誤差。

1 馬爾輪廓儀測量誤差分析

（1）環(huán)境誤差。環(huán)境誤差是指馬爾輪廓儀在使用過程中，因輪廓儀所處的環(huán)境條件不理想，引起輪廓儀的各項參數(shù)發(fā)生變化，而導(dǎo)致輪廓儀的測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。對于這種誤差，有的可以通過專門的設(shè)備或計算進(jìn)行訂證，來加以消除。

（2）系統(tǒng)誤差。輪廓儀在測量時，系統(tǒng)誤差主要是測量原點的定位誤差（e1，e2）和測量坐標(biāo)系與鏡面坐標(biāo)系的不重合誤差α，其對面形誤差Pv影響隨頂點曲率c的絕對值、口徑R、偏心率函數(shù)K的增大而增大，并且隨定位誤差e1，e2以及不重合誤差α的增大而增大。

（3）觸針引起的測量誤差。針描法測量的原理，是利用一個很尖細(xì)的觸針，來感觸被測零件表面的輪廓。觸針的運(yùn)動要最大限度的把被測零件表面的實際輪廓曲線反映出來，在理論上，觸針尖端圓角的半徑等于零，最為理想。而實際情況是，使用的觸針尖端圓角的半徑不可能等于零，通常都有一定的半徑，因此會引起測量誤差。

（4）測量方向的不同造成的誤差。進(jìn)行粗糙度測量時，在垂直于加工痕跡的方向上進(jìn)行，這樣得到的數(shù)值最為準(zhǔn)確，如果是其他的測量方向會造成誤差。在表面粗糙度評定中，測量時應(yīng)避開零件表面存在缺陷（劃痕、氣孔、溝槽等）的地方，否則會造成誤差。

（5）測量部位選擇不合理造成的誤差。有些情況下，用同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值會不一樣。連桿大頭孔粗糙度超差，可能是由于測量部位選擇不合理，在有銹蝕的位置測量，而造成了誤差。

2 降低馬爾輪廓儀測量誤差的方法

要提高馬爾輪廓儀測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，除了要正確的操作，還要注意在操作過程中出現(xiàn)的情況，讓輪廓儀在良好的環(huán)境下工作。

（1）保持良好的測量環(huán)境。測量環(huán)境應(yīng)保持：度20℃±2℃，濕度30～65%。移動測針時應(yīng)小心，避免撞針。測針及驅(qū)動器下方禁止放置任何物品。安裝測頭時，不能對測頭用力過度，裝好后將測頭輕輕地作上下移動，確認(rèn)在行程內(nèi)是否能順利移動。檢測輪廓形狀更換測針或桿時，務(wù)必對測量力進(jìn)行調(diào)整。將砝碼左邊緣與軸的第4條刻線對齊，轉(zhuǎn)動軸，左右方向移動，在鎖緊固定螺釘時，目測支臂與檢測器罩蓋保持平衡。再將砝碼向左移動一條刻線。此外，更換支臂或探針后，必須進(jìn)行校正。

（2）定期對儀器復(fù)查檢定。為了保證輪廓儀的使用能達(dá)到一定的精確度，要對儀器進(jìn)行定期復(fù)查檢定，得出新的訂正值，以便決定儀器是否使用。沒有檢定證的儀器，或雖有檢定證但已經(jīng)超檢的儀器都不能正式用于觀測。在測量過程中，要得到高精度的檢測結(jié)果，必須找準(zhǔn)非球面的旋轉(zhuǎn)軸心，而且，要保證放置工件的三維平臺與工作臺的平行度。

（3）在不同部位多次測量。在測量粗糙度數(shù)值時，應(yīng)在零件的不同部位上，進(jìn)行多次測量，并且對多次的結(jié)果進(jìn)行綜合分析與判斷，即16%規(guī)則。這個規(guī)則所基于的原因是，在一個單位測量距離內(nèi)粗糙度的偶然超差，并非在所有情況下都會影響到功能適用性。因此，我們需要反復(fù)測量一個或多個其它部位，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與評價。

（4）降低觸針引起的測量誤差。輪廓儀在測量時，對測量方向上的定位要求的不是很嚴(yán)格，可以由軟件的AutoCrest自動尋找最高點以保證測量的矢高要求。Z軸方向的定位誤差對面形檢測精度的影響較明顯，測量時應(yīng)盡量減小此方向大偏移。不重合誤差α引起的面形誤差隨口徑R的變化率較大，測量時盡可能地減小不重合誤差。

（5）采用三坐標(biāo)測量裝置測量。采用三坐標(biāo)測量裝置進(jìn)行測量時，操作簡單，方便，不需要輪廓的樣板，只需要零件的CAD數(shù)學(xué)模型，即可完成。因此，該測量方法應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于任何場合，而且測量的數(shù)據(jù)比較可靠，測量結(jié)果準(zhǔn)確度高。

綜上所述，誤差是不可避免的，但是我們在測量過程中，要根據(jù)對輪廓儀的測量誤差分析，采取多種對策，保持良好的測量環(huán)境，定期對儀器復(fù)查檢定，在不同部位多次測量，降低觸針引起的測量誤差，采用三坐標(biāo)測量裝置測量，來最大限度的降低馬爾輪廓儀的測量誤差，提高測量結(jié)果的可靠性。

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收稿日期：2018-9-10