随着测量技术的发展,实验室的实验设备主要存在两方面的不足:其一是测量实验设备大都是20世纪70年代的产品,测量方法和手段都比较落后,已经远远跟不上目前的测量水平;其二是测量项目单一,一台仪器只能测量一项或有限几项形位误差,效率不高.

    为改善以上不足,笔者开发了机械零件形位误差自动测量实验系统.该系统采用误差分离方法,使用最小二乘法评定形位误差项目的测量结果,提出了通过分离顶尖轴线回转误差,保证测量精度的实施方案.被测零件的周向转位由步进电机驱动,实现周向自动转位,刻度盘指示周向位置,A/D转换卡采集数据,计算机软件处理误差结果.该系统实现了测量数据及结果的自动显示、误差曲线的动态同步绘制、刻度盘自动找零及测微仪档位的自动控制等工作.

    系统测量精度的保证本系统是在有双顶尖支承的仪器上进行测量,主要是使用三测头同方位、同步测量实时分离顶尖回转轴线的回转误差来保证该测量基准的测量精度,即顶尖轴线的回转精度.在对采集的原始数据进行误差分离前,要对采集到的原始数据进行回零误差修正、标准套鉴定误差修正.回零误差是指被测零件误差测完一周后,测头又回到零位,此时的测量值与开始测量时的零位数值不一样.回零误差按照阿基米德螺线规律修正.标准套鉴定误差修正是在测量过程中把三个标准套的圆度误差认为是0,但实际上不为0,可以将其进行修正.修正了这些误差,测量结果的高精确度便可以得到充分的保证.

    实验系统装置实验测量系统主要由四部分组成:被测件、计算机及采集控制卡、电感测微仪和周向转位结构.实验测量系统装置示意图如图2所示.

    被测件被测件是一阶梯轴,支承在仪器的双顶尖上,被测件上装有三个标准套.三个标准套主要在三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差时使用.标准套是由北京二七机车车辆厂加工,并由该厂计量室鉴定.

    计算机及采集控制卡计算机完成数据处理并给出测量结果、绘出误差曲线图,数据采集控制卡主要完成数据的采集、步进电机的控制.

    电感测微仪电感测微仪是直接从生产厂家购置的,最小档位为±3μm.

    周向转位机构此机构由步进电机、刻度盘、拨杆、拨叉等组成,安装在具有双顶尖支承的仪器的尾顶尖上.在数据采集过程中,大多数误差项目需要测量多个截面,每个截面上又测量多个点,此机构可以实现被测件的周向自动转位.

    测量系统.传感器与测微仪传感器选用:DGC-8ZG/C,测微仪选用:DGB-5B的电感式测微仪.数据采集控制卡此卡的A/D转换精度为±1个字,量化精度为0.003μm.步进电机驱动刻度盘步进电机型号:55BF003,工作在3相6拍方式,步距为1.5°,步进电机输出轴与刻度盘之比为6∶1,所以步进电机转一拍,刻度盘转动1.5°/6=0.25°.抗干扰数据采集控制卡中有光电隔离电路,阻断了来自步进电机驱动电流的电磁干扰,测量软件采用数字滤波方法处理数据,基本消除瞬间的电磁干扰、机械振动、机械冲击和机械干扰,确保测量系统有较好的抗干扰能力.

    系统测量软件系统测量软件控制整个测量系统,能实现步进电机驱动刻度盘完成相应的找零位、转位,测微仪档位的自动检测,从传感器采样到误差结果及误差曲线的显示,还能实现测量点的动态跟踪及测量数据的动态同步显示.

    系统测量软件共有四项菜单:系统菜单,形状误差菜单,位置误差菜单,帮助菜单.系统菜单系统菜单共有三个菜单项,即零位调整,测头调试和退出.零位调整菜单项主要完成步进电机驱动刻度盘自动找零位.测头调试菜单项是完成单个测头的调试及其测微仪档位的自动检测.退出菜单项完成整个测量软件的关闭,即停止运行.形状误差菜单形状误差菜单共有三个菜单项,即直线度(下有两个子菜单,即素线直线度和轴线直线度),圆度和圆柱度.这些菜单项完成各自误差项目的测量工作.位置误差菜单位置误差菜单共有三个菜单项,即同轴度、径向跳动(有径向圆跳动和径向全跳动两个子菜单).这些菜单项完成各自误差项目的测量工作.帮助菜单帮助菜单下有帮助主题和版本信息两个子菜单,是关于系统的使用说明,注意事项等.

    在整个测量过程中,测量点动态跟踪,误差曲线动态同步绘制和测量数据的动态同步显示说明整个软件功能齐全,显示形象直观,具有一定的先进性.

    实验系统的测试在分度头(或其它具有双顶尖支承机构的仪器,可根据实际条件而定)上对测量装置和测量控制软件进行调试,经过反复试验与测试,用该系统测量出的结果与北京二七机车车辆厂计量室的测量结果只差0.2μm,测量精度较高,完全满足企业生产和实验系统的需要.