零件直线度误差虚拟检测系统研究

    0 引言

    随着近代科学技术的迅速发展和生产水平的不断提高，机加工工业的制造精度和与之相应的检验测量器具都有了很大程度的提高和完善。有关形位误差的评定方法、评定理论、解算方法等问题的研究，已成为计量学领域研究的热点[1]。

    机械零件的直线度误差对机械产品的质量有很大影响。准确地求得零件直线度与圆度误差数值，对保证和提高机械产品的质量十分重要。目前，测量轴线直线度误差可以用智能形位误差测量仪，但这种仪器成本高且不能进行功能扩展。

    虚拟仪器的核心是利用计算机所具有的高速计算吞吐能力和计算机环境下丰富的系统资源，将原来用硬件设备完成的功能转化为用计算机软件来解决，这就是所谓“软件就是仪器”的测量理念。由于采用了软件设计技术，大大降低了测量系统的成本，同时对于测量信号的处理更具灵活性。虚拟仪器突破了传统智能化形位误差测量仪在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，用户可方便地进行功能扩展[2]。

    本文要研究开发一个自动检测零件形位误差（直线度）的虚拟智能检测系统，使机械零件形位误差的检测成本低、速度快及精度高。该系统用到美国国家仪器公司开发的LabVIEW软件。

    1 直线度误差的评定

    直线度误差是指实际直线对其理想直线的变动量，理想直线的位置应符合最小条件。与直线度公差带相对应，直线度误差分为给定平面内、给定方向和任意方向的直线度误差等三种形式。在满足被测零件功能要求的前提下，直线度误差值可以选用不同的评定方法来确定。

    1.1 给定平面内的直线度误差评定

    1.1.1 最小包容区域法

    根据给定平面内直线度公差带的形状，由两条平行直线包容实际被测直线S时，成“高—低—高”或“低—高—低”三极点相间接触，则这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域U，如图1所示。这称为给定平面内直线度误差最小区域判别准则。它们之间的宽度 即为符合定义的误差值。

    在本方法中,本文采用“高—低—高”三极点相接触的方法。本文测试所用的数据来自参考文献[3]。该文献中所用数据取自三坐标实测结果，在计算中发现，文献的MATLAB求解程序与三坐标机求解结果基本上没有差异，本文用LabVIEW软件编程求解程序与该文献的求解结果也基本上没有差异。其计算结果如表1所示。