论文部分内容阅读
摘 要：对机械加工精度要求比较高的工件，必须要保证一些几何量（如长度等）的数值足够精确，这就需要采用精密测量的方法使误差达到最小。加工中产生的误差主要是形位误差，而直线度误差是形位误差的最基本的技术指标。所以本文主要通过分析几种直线度误差测量方法来讨论如何减少误差。
关键词：直线度误差；几何参数；形位误差
引言：
加工精度是指成品后实际几何参数与理想几何参数的相符合程度，其差异就是误差，在超精密加工与检测技术中，对直线度误差的测量要求越来越高，高精度长导轨的直线度误差是机床检测时控制最严格的一种几何误差量。经常用到的直线度误差测量方法有两种，分别是光学测量法和接触式扫描法。光学测量的方法是把光束作为真正的直线基准进行测量，这种方法需要几个光学仪器，譬如激光干涉仪等；而接触式扫描法需要的基准比光学测量的精度更高，这也导致其在实际生活中的应用更困难，对此，国内外经过大量的研究，开发了一种新方法，即误差分离法。这种方法的优点是可以将误差分离出来，缺点和优点一样明显，就是容易造成误差的积累，从而将误差放大，所以在应用中要根据要求采取合理的方法缩小误差并提高可操作性。几何参数和形位公差是评定机械零件性能优劣的重要指标，对工件的使用性能和装配完成后的质量影响很大，所以在进行测量时，几何参数和形位公差都要考虑在内，从而实现零件设计的目的并提高经济效益。
一、误差分离技术
误差分离技术按照从实验中获取信息资料的路径可以分为三种方法，分别是错位分离法、多测头分离法以及反向分离法。目前最常用的是多测头法中的三点法，这种方法的测量精度受多重因素的影响，例如，几何参数（结构参数）的选择不合理就有可能造成分离出的直线度误差波形曲线失去准确度，使测量结果误差特别大，甚至产生结果完全错误；测头与测头之间的距离不合适，也就是说制造和安装时存在误差，会造成采到的样本数据不准确，从而使信号失真；另外在传感器标定过程中也存在不小的误差，使得分离出的工件包含了运动产生的误差残留下的信息，应想办法进行补偿并加以消除；工件在安装过程中由于人的限制因素一定会产生一些偏斜量，这个偏斜量会传递给工件的形状，因此也需要加以消除。尽管有这样或那样的缺陷，但误差分离技术能够得到广泛应用就说明它可以大大提高测量的效率和精确度，只是对个别问题要多加注意，以有利于将此技术发挥到极致。
1.直接法与间接法
直接法就是无需转换、利用直接的测量仪器来测量零件不确定度误差的方法，仪器显示的数值就是测量结果。它包括指示器的测量、光轴的测量和钢丝法，一般按两端点连线法和最小包容区域法以及最小二乘法评定，这种方法简单有效、切实可行，只不过要解得方程过多，计算量非常大，从而会造成相当大的误差，还会增加测出结果难度。间接法一般是指用水平仪或者自准直仪法来进行直线度的测量，其特点是仪器显示的数值仅代表前后相邻两点的大小关系， 需要先将仪器显示的数值换算到同一个坐标系中然后才能利用这些数值求误差值。它的评定方法和直接法一样，都是按照端点连线、最小区域和最小二乘法的方式评定。
可见对直线度误差进行测量时无论用直接法还是间接法都跟评定方法、分段数、和偏离最大值和最小值的数值有关。对这两种测量方法测出的结果进行分析，可以得出直接法比间接法的测量结果更准确。
2.转位测量法
利用前面的方法虽然都可以简单方便的测量出直线度误差，但其结果总是不够准确，而本方法通过采用一个或多个测量头来测量圆柱体轴线的直线度误差的方法可以进一步降低误差。这种方法也是利用误差分离技术分离出直线度误差和直径半径的偏差等，从而大大提高了测量结果的准确性和有效性，而且本方法还可以进行在线测量。
该方法的测量原理是，为了能在同一时间对很多个几何要素都一起进行直线度误差测量，就采用了双侧头的装置，测量装置如下图所示：
测量的时候，被测量的工件要保持静止状态，侧头在轴向来回移动，每移动一个节距，采集一次数据，然后把工件旋转一个平角，再进行一次测量，在采集数据的时候，一定要使两次测量过程中序号相同的采样点处于同一横截面内，也就是说让他们处在同一个采样截面内。依靠这种测量的方法，同时在几个轴向测量截面内进行测量。有的时候为了方便更为了节省时间，就只在两个垂直的截面内进行测量。对于采样截面的多少，要根据被测量的工件的长度和宽度以及对它准确性即精确度的要求，还有误差的范围等方面来确定。然后对数据进行处理得出直线度测量误差，这样知道这个误差比其他方法测量出的误差要小很多。转位测量法的本质是根据误差分离的方法对有关的各项误差进行比较彻底的分离，并且只使用一个传感器，这使得传感器带来的误差减少甚至消失，从而在极大程度上提高了测量的准确度。这相对于传统的直接发、间接法或者双表测量法都比较优越，所以应用也更广泛。
二、手算法
手算法是一种比较实用的直线度误差测量方法，它是指对测量出的数据采用图解法或者计算法，在数据的计算结果上进行考虑，想办法减少计算上的误差，从而使误差达到最小。无论图解法还是计算法都包括另外两种方法，即最小条件法和端点连线法。最小条件法是在利用误差数据所画出的折线上，过两个最低点和它们之间的最高点、或者反之过两个最高点和它们之间的最低点做两条相互平行的直线去把误差形成的折线围在里面，然后根据这些条件求出直线度误差的大小。端点连线法具体是指将折线上的第一点和最后一点连接起来形成一条直线，然后过分别过图上的数值最高的一点和最低的一点做这条直线的两条平行线，这两条平行线沿着纵坐标方向之间的距离就是利用端点连线的方法评定的直线度误差。
三、结束语
本文介绍了几种直线度测量方法，这些方法各有自己的优点和缺点，对它们的优点要想办法加以利用，对缺点要尽量改进。在实际生活中我们要根据工件精密度的要求选择合理的方法从而使误差限制在可以允许的范围内。
参考文献：
[1] 王宪平，李圣怡.直线度误差分离方法的误差分析[J].国防科技大学学报，2010，22（3）：100-104.
[2]黄飞李倬.一种动导轨运动直线度误差的测量方法[J].金华市科技情报研究所，2012，5（264）.
关键词：直线度误差；几何参数；形位误差
引言：
加工精度是指成品后实际几何参数与理想几何参数的相符合程度，其差异就是误差，在超精密加工与检测技术中，对直线度误差的测量要求越来越高，高精度长导轨的直线度误差是机床检测时控制最严格的一种几何误差量。经常用到的直线度误差测量方法有两种，分别是光学测量法和接触式扫描法。光学测量的方法是把光束作为真正的直线基准进行测量，这种方法需要几个光学仪器，譬如激光干涉仪等；而接触式扫描法需要的基准比光学测量的精度更高，这也导致其在实际生活中的应用更困难，对此，国内外经过大量的研究，开发了一种新方法，即误差分离法。这种方法的优点是可以将误差分离出来，缺点和优点一样明显，就是容易造成误差的积累，从而将误差放大，所以在应用中要根据要求采取合理的方法缩小误差并提高可操作性。几何参数和形位公差是评定机械零件性能优劣的重要指标，对工件的使用性能和装配完成后的质量影响很大，所以在进行测量时，几何参数和形位公差都要考虑在内，从而实现零件设计的目的并提高经济效益。
一、误差分离技术
误差分离技术按照从实验中获取信息资料的路径可以分为三种方法，分别是错位分离法、多测头分离法以及反向分离法。目前最常用的是多测头法中的三点法，这种方法的测量精度受多重因素的影响，例如，几何参数（结构参数）的选择不合理就有可能造成分离出的直线度误差波形曲线失去准确度，使测量结果误差特别大，甚至产生结果完全错误；测头与测头之间的距离不合适，也就是说制造和安装时存在误差，会造成采到的样本数据不准确，从而使信号失真；另外在传感器标定过程中也存在不小的误差，使得分离出的工件包含了运动产生的误差残留下的信息，应想办法进行补偿并加以消除；工件在安装过程中由于人的限制因素一定会产生一些偏斜量，这个偏斜量会传递给工件的形状，因此也需要加以消除。尽管有这样或那样的缺陷，但误差分离技术能够得到广泛应用就说明它可以大大提高测量的效率和精确度，只是对个别问题要多加注意，以有利于将此技术发挥到极致。
1.直接法与间接法
直接法就是无需转换、利用直接的测量仪器来测量零件不确定度误差的方法，仪器显示的数值就是测量结果。它包括指示器的测量、光轴的测量和钢丝法，一般按两端点连线法和最小包容区域法以及最小二乘法评定，这种方法简单有效、切实可行，只不过要解得方程过多，计算量非常大，从而会造成相当大的误差，还会增加测出结果难度。间接法一般是指用水平仪或者自准直仪法来进行直线度的测量，其特点是仪器显示的数值仅代表前后相邻两点的大小关系， 需要先将仪器显示的数值换算到同一个坐标系中然后才能利用这些数值求误差值。它的评定方法和直接法一样，都是按照端点连线、最小区域和最小二乘法的方式评定。
可见对直线度误差进行测量时无论用直接法还是间接法都跟评定方法、分段数、和偏离最大值和最小值的数值有关。对这两种测量方法测出的结果进行分析，可以得出直接法比间接法的测量结果更准确。
2.转位测量法
利用前面的方法虽然都可以简单方便的测量出直线度误差，但其结果总是不够准确，而本方法通过采用一个或多个测量头来测量圆柱体轴线的直线度误差的方法可以进一步降低误差。这种方法也是利用误差分离技术分离出直线度误差和直径半径的偏差等，从而大大提高了测量结果的准确性和有效性，而且本方法还可以进行在线测量。
该方法的测量原理是，为了能在同一时间对很多个几何要素都一起进行直线度误差测量，就采用了双侧头的装置，测量装置如下图所示：
测量的时候，被测量的工件要保持静止状态，侧头在轴向来回移动，每移动一个节距，采集一次数据，然后把工件旋转一个平角，再进行一次测量，在采集数据的时候，一定要使两次测量过程中序号相同的采样点处于同一横截面内，也就是说让他们处在同一个采样截面内。依靠这种测量的方法，同时在几个轴向测量截面内进行测量。有的时候为了方便更为了节省时间，就只在两个垂直的截面内进行测量。对于采样截面的多少，要根据被测量的工件的长度和宽度以及对它准确性即精确度的要求，还有误差的范围等方面来确定。然后对数据进行处理得出直线度测量误差，这样知道这个误差比其他方法测量出的误差要小很多。转位测量法的本质是根据误差分离的方法对有关的各项误差进行比较彻底的分离，并且只使用一个传感器，这使得传感器带来的误差减少甚至消失，从而在极大程度上提高了测量的准确度。这相对于传统的直接发、间接法或者双表测量法都比较优越，所以应用也更广泛。
二、手算法
手算法是一种比较实用的直线度误差测量方法，它是指对测量出的数据采用图解法或者计算法，在数据的计算结果上进行考虑，想办法减少计算上的误差，从而使误差达到最小。无论图解法还是计算法都包括另外两种方法，即最小条件法和端点连线法。最小条件法是在利用误差数据所画出的折线上，过两个最低点和它们之间的最高点、或者反之过两个最高点和它们之间的最低点做两条相互平行的直线去把误差形成的折线围在里面，然后根据这些条件求出直线度误差的大小。端点连线法具体是指将折线上的第一点和最后一点连接起来形成一条直线，然后过分别过图上的数值最高的一点和最低的一点做这条直线的两条平行线，这两条平行线沿着纵坐标方向之间的距离就是利用端点连线的方法评定的直线度误差。
三、结束语
本文介绍了几种直线度测量方法，这些方法各有自己的优点和缺点，对它们的优点要想办法加以利用，对缺点要尽量改进。在实际生活中我们要根据工件精密度的要求选择合理的方法从而使误差限制在可以允许的范围内。
参考文献：
[1] 王宪平，李圣怡.直线度误差分离方法的误差分析[J].国防科技大学学报，2010，22（3）：100-104.
[2]黄飞李倬.一种动导轨运动直线度误差的测量方法[J].金华市科技情报研究所，2012，5（264）.