圆度误差测量及评定方法综述

　　1 引言

　　圆度误差的概念来自于工程实际,按照国际标准ISO1101的规定,圆度误差为包容实际圆轮廓的半径差为最小的两同心圆的半径差。圆度误差的存在直接影响到零部件的配合、旋转精度,会引起摩擦、振动、噪声等,将降低零部件的使用寿命,增加能耗,因此准确评定圆度误差不仅为零件的验收提供依据,而且为零件加工精度和装配精度的提高提供可靠的保证。

　　圆度误差的研究是伴随着标准体系的逐步完善而不断向前发展的。早期对圆度误差做了规定的ISO1101体系,是以几何学的公差体系为基础。其规定了圆度误差传统的测量手段、评定模型及方法,但这些方法均具有较大的经验性及随机性,常常引起规范不到位、可操作性差等问题。随着对测量精度要求日益提高,需要处理的数据也越来越多。诸如多目标、多约束等复杂问题,传统的测量和评定方法逐渐显现出精度低、数字化程度差、不能与计算机辅助设备相集成等弊端。单一的评定指标,信息利用率差,评定效率低,设计、制造和检验脱节等等的问题都促使标准体系不断发展。20世纪90年代中后期产生了第一代产品几何量技术规范GPS(Geomet-rical Product Specifications),它虽然整合了产品设计、制造及检验技术规范,但并没有提供它们之间的连接信息,仍是一套传统的几何标准与检测规范。进入21世纪,产生了以计量数学为基础的新一代GPS体系。其利用基于对偶性的操作技术,提出了新的测量和评定方法,如几何要素的分离、提取、滤波、拟合和评估等操作算子,将几何产品的设计、制造、检验环节等系统科学地融为一体,实现了产品功能、规范和测量评定的一体化,评定过程的规范化和数字化。本文针对标准中提及的圆度误差测量及评定方法的发展做了概述性的介绍。

　　2 测量方法介绍

　　圆度测量方法发展到现在,经历了从接触式测量到非接触式测量,从离线测量到在线测量,从被动测量到主动测量等发展阶段。总体来说,测量方法可分为传统测量法和新式测量法两大类。

　　2.1 传统测量法

　　(1)比较检验法

　　将被测圆轮廓直接与标准圆(如标准圆图形、标准半球、标准圆盘等)进行比较,以检验被测工件是否合格。比较常用的方法是影像测量法。在投影仪等光学仪器上将被测圆的轮廓影像与绘制在投影屏上的两极限同心圆比较,从而得到被测件的圆度误差。此法适用于测量具有刃口形边缘的小型工件,效率较高,但测量过程中存在成像对准误差和读数误差,且测量精度受仪器放大率的限制[1]。

　　(2)特征参数测量法

　　理论上是基于被测圆轮廓具有某种谐波特性,即工件圆轮廓呈“弧边形”(生产中称为棱圆形),如二棱圆、三棱圆等。测量时,可根据具体情况采用两点法、三点法、两点与三点组合法及其它组合测量法。两点法、三点法是国家标准[2]中确定的测量圆度误差的一种方法,适用于测量零件内、外圆形要素的圆度误差。同时,标准中给出了相应的修正系数,以弥补两点法、三点法对棱圆轮廓的敏感性带来的影响。