形位误差检测系统的误差因素分析

　　0　引言

　　为满足现代化生产规模对零件形位公差进行实时、准确、快捷检测的要求,在原有实验设备基础上,通过与计算机对接形式提高测量精度,成为克服以往手工操作存在误差大、数据处理繁琐的一种趋势.计算机检测系统的基本原理如图1所示.测量时,利用传感器采集被测信号,对采样信号进行前置处理后(如放大、A/D转换等)[1],输入计算机进行数据综合处理,最后显示打印测量结果.正如公差制度的建立是以承认误差存在为依据一样,利用计算机检测系统进行形位公差检测时,也同样存在着各种误差因素的困扰.本文从计算机检测系统出发,分析了构成测量系统的机械部分、计算机硬件和软件部分的误差因素.

　　1　计算机综合测量系统的误差分析

　　1.1　机械部分的误差分析

　　机械部分的误差因素主要是由量仪的回转误差、轴向导轨的直线度误差、轴向导轨与量仪回转轴线平行度误差和工件安装误差等几方面构成[2].

　　量仪回转误差运动使回转轴在每一瞬时发生平行或垂直于轴线的移动,前者为端面误差运动,后者称为径向回转误差运动.端面误差运动使被测工件一转内的采样点不在同一截面内,从而使各采样点间的相关性降低,但是由于端面误差运动一般较小,并且测头在平滑被测面上是以小面积接触,因此对测量精度的影响可以忽略.径向回转误差运动将直接传递到采样数据中,进而影响最小二乘圆心的计算精度.因此,径向回转精度是形位误差测量仪器最重要的精度指标.

　　轴向导轨的直线度误差分为与回转轴线所在平面内的导轨直线度平行和垂直两种情况,在两种情况对比过程中,后者误差因使测头偏离径向方向使半径增量过小而忽略;前者将使误差1:1地复映到测量结果中.但对于同一截面的采样数据,则只相当于存在一个定值误差,它不会改变截面中心的位置.因此,对于采用符合相应误差定义的数据处理系统,此方向上的导轨直线度误差将会影响被测工件圆柱度误差、素线直线度误差的测量精度,但不会影响圆度、同轴度、直线度误差的测量精度.

　　轴向导轨与量仪回转轴线平行度误差对测量系统的影响情况与以上分析相似:垂直于导轨方向与回转轴线所在平面属非敏感性误差,可忽略;当量仪回转轴线与测头轴向移动方向不平行时,其平行度误差会1:1地复映到采样数据中,由于此误差属于线性系统误差,对于同一截面的采样数据,只相当于存在一个定值误差,不会改变截面中心的位置.因此,对于采用符合相应误差定义的数据处理系统,此项误差只会影响圆柱度误差评定结果,不会影响圆度、同轴度、轴线和素线直线度误差的测量精度.工件的安装误差包括安装偏心误差和安装倾斜误差.只要保证一定的安装精度,在测量过程中不超量程,安装偏心误差对测量过程的影响很小,可忽略.工件安装倾斜时,在各采样点的采样数据中叠加了一个二次谐波分量,这对被测量截面轮廓最小二乘圆心坐标的计算精度无影响.因此工件安装误差对测量精度影响不大.