直角尺角度检测的一种新方法

　　直角尺内外角偏差的检定,通常用直角尺检定仪检定,或依据国家规程进行。根据直角尺检定规程JJG61-81的要求,宽座角尺和铸铁角尺的检定,采用待检直角尺的长边与圆柱角尺母线比较的方法,检定时,在二者之间试塞量块,在全部受检范围内,由可塞入量块的尺寸之差确定直角尺的垂直度误差[1]。这种方法受操作者主观影响较大,检定结果的可靠性差,容易造成误检。为解决上述问题,笔者和重庆长安公司一工厂计量处合作研制了高精度微机型直角尺检查仪。该仪器可检定500 mm以内,0~2级各种类型直角尺内外角的垂直度、直线度。其重复性精度可达0.8μm。该仪器还能用于其他高精度零部件直线度、垂直度的检测。目前该仪器已经在长安公司一工厂计量处投入使用。

　　1　系统构成

　　如图1所示,按照参考文献[2-4]中的测量方法,设计了直角尺垂直度检定仪系统由立柱、定位夹具、夹持夹具、固定工作台、高精度光栅传感器、数据采集卡、工业计算机、计算机测量软件组成。其中光栅传感器均匀分布、静态采点,以确保测量的重复性和准确性。固定工作台采用700 mm×400 mm的高精度花岗岩平板,确保了测量的精度。

　　2　测量原理

　　该仪器采用被检直角尺和高精度标准直角尺比较的测量方法。其中标准直角尺是经重庆市计量技术研究所鉴定符合00级,规格为200 mm×125 mm、315 mm×200 mm的高精度花岗石直角尺和200 mm×125 mm的高精度刀口直角尺,是定位和测量的标准源。检定时首先将标准直角尺装夹到工作平台上,待传感器数据稳定后将传感器数据全部清零,并以标准直角尺长边和短边为轴建立坐标系,以此位置作为系统的零位置。然后将被检尺装夹到工作平台上,待传感器的数据稳定后采集传感器的数据(带±号),此时传感器的数据即为被检尺和标准尺相比较所得的数据,然后对此数据进行处理。根据垂直度的定义,采用5个点包络线间距离来确定偏差值[5],但在具体的试验过程中,发现对同一把直角尺多次检定时,由于5个点的分布情况不同,从而包络线方向不同,导致包络线间距离有时相差很大,甚至出现符号相反的情况,故采用这种算法很难满足仪器重复性精度的要求。为了满足这一要求,应以直角尺检定规程为依据,在此基础上采用一种在多学科领域中获得广泛应用的数据处理方法———最小二乘法。其原理是:设(x1,y1), (x2,y2),…,(xn,yn)是直角平面坐标系下给出的一组数据,若x1< x2<…< xn,也可以把这组数据看作是一个离散的函数。可确定一条直线y= a+bx,使得它能“最好”地反映出这组数据的变化。对个别观察值来说,它可能是正的,也可能是负的。为了不使它们相加彼此抵消,故“最好”应该是最小。令: