基于相对比较测量法的深孔直线度测量系统

　　1 引言

　　直线度测量是几何量计量领域里最基本的项目,是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量测量的基础。深孔直线度检测是深孔类零件加工过程中的重要组成部分,是对深孔零件进行质量控制和管理的重要手段。目前,国内外直线度测量方法种类繁多,按照测量中有无直线基准,可将直线度测量方法大致归纳为无直线基准测量和有直线基准测量两大类。

　　无直线基准测量是指被测对象直线度的测量量不是与某种直线基准进行比较,而是沿被测表面以线值测量的方法得到被测表面上各采样点的偏差值,然后经数据处理得到被测对象的直线度误差。主要采用误差分离技术从测量结果中将标准量的误差和被测量的误差分离开,从而提高测量精度和测量效率,测量方法有反向法、移位法、多测头法和相对比较测量法。

　　有直线基准测量是指直接采用一定的直线基准,并以此基准来检测被测表面的直线度偏差,从而获得被测表面的直线度误差值。通常采用的直线基准有实物基准、重力水平基准和光线基准。常用的测量方法有光隙法、节距法、测微仪法、三坐标法、平晶干涉法、激光准直仪法、双频激光干涉法和激光全息法等。

　　上述各种检测直线度的方法各有其特点和适用范围,从生产和实用角度来讲,相对测量法较适合深孔直线度的检测。

　　2 相对比较测量法的基本原理

　　理想状态下,深孔的轴线与理想的母线在空间的任意方向为互相平行的两条直线,如果加工中轴线出现弯曲,母线应与之一样弯曲,母线直线度完全反映轴线直线度。在实际生产中,受加工中各种原因影响,母线直线度不完全反映轴线直线度。究其主要原因为:(1)由于加工误差使孔各截面上的内径不相等,而孔心不变,造成母线弯曲;(2)母线和轴线间存在着不稳定的波动关系,如圆度误差引起的波动,即同一截面上直径不等的圆度误差以及不同截面上圆度误差引起母线呈任意方向变化的随机误差。为了消除上述两种原因,必须对各截面处的孔径和圆度误差的基本数据进行采集,并用合理的方法予以补偿。相对比较测量法原理如图1所示,在本体M上装有后支撑点A和前支撑点B,在点A和B的连线处(AB=BC=L)处安装有高精度位移传感器C,为消除直径和圆度误差对直线度的影响,在前支撑点B的对面安装位移传感器D。测量前,将此装置放在高精度平尺或平板上,将位移传感器C的示值调为零,然后将测量装置放置在被测孔内进行测量。每移动一个L的距离读取一次。移动时,前一次的测量点位置就是后一次测量的前支撑点位置,因此D采集到的是前一次位移传感器C测量点处的孔径变动量。如此依次逐段测完深孔的全长。设传感器C、D在每一点处i的测量值分别为ci,di,即可得到消除直径圆度误差后的偏差值$rij=ci=ci-(di-1-di)/2,再经数据处理便可得到孔的直线度。