三滚轮法测量大直径的新技术

　　利用滚轮法测量大直径简单易行,并可实现动态测量及在线测量。滚轮法的测量原理是通过一直径为d的滚轮在被测工件表面上滚动,记录滚轮的转数n和被测工件的转数N,即可计算出被测工件直径D

　　滚轮法测量大直径是根据被测件的周长计算得出其直径值,由于直径意义不明确且存在原理误差,加之不能测量工件的圆度误差,因此难以正确评定工件尺寸和形状误差。正确评定大直径误差必须考虑其圆度误差,而大直径工件的圆度误差测量比较困难。为此,本文提出了三滚轮法测量大直径的新技术,并提出根据改进的循环联系测量法和变步长逼近法获得最小二乘圆直径和圆度误差的方法。

　　一、三滚轮法测量大直径的原理

　　三滚轮法测量大直径的原理框图如图1所示。该方法采用三个直径相同的滚轮进行测量,以获得相同的滤波效果。三个滚轮可利用循环联系法测量工件圆度。测量轮和支撑轮在一定测量压力下紧压在工件上,工件转动一周,与测量轮同轴的圆光栅采集测量信号,经过数据补偿处理(对打滑误差、测量轮直径误差等进行补偿)可获得被测工件的周长值。中间轮与长光栅相连,工件转动时,通过采集长光栅信号,可得到中间轮相对于测量轮和支撑轮的径向变化。这两路信号经计算机数据处理,可根据测量要求得到工件的最小二乘圆直径或最小外接圆直径,并可获得工件圆度误差。

　　由于工件存在圆度误差,直接按(1)式计算得到的直径与工件的最小二乘圆直径或最小外接圆直径(对内径而言为最大内切圆直径)存在差异,为了能正确评定被测直径,采用改进的循环联系测量法和变步长逼近法来获得工件的最小二乘圆直径及最小外接圆直径(或最大内切圆直径)。由于中间轮采集到的数据是相对于测量轮和支撑轮的变化量,因此必须通过一定计算才能获得工件轮廓的变化量。下面以最小二乘圆直径的计算为例说明计算方法。

　　二、计算方法

　　由测量原理可知,测量过程可得到圆周长L以及中间轮相对左右两轮支撑点的变动量ΔHi,因此可以应用改进的循环联系法得到对于被测工件轮廓相对于参考圆(ΔHi=0处三轮接触点所确定圆)半径的变化量。假设最小二乘圆半径为RL,根据半径的变化量可得到存在圆度误差的各点半径值,然后根据傅立叶级数逼近实际轮廓,由积分可得到周长,再应用变步长逼近法得到最小二乘圆半径。

　　1.改进的循环联系测量法

　　循环联系法是获得圆度误差的较好的测量方法,测得值为中间轮相对左右两轮支撑点的变动量,它避免了测量中需要的精密回转轴系,避免了两点法、三点法测圆度误差中校正系数的选择。但它采用首尾相接的测量方式采样点少,不能确切测量形状误差,而且不适合于连续回转自动测量,因此对循环联系法进行改进,以满足圆度误差测量的要求。改进方面主要有两点: