直线度测量方法研究

1、直线度测量是几何量计量领域里一个最基本的项目，它是平面度，平行度，同轴度等几何测量的基础,是与尺寸精度，圆度和表面粗糙度同称为影响产品质量的四大要素，在生产实践中受到高度重视,出现了很多种直线度的测量方法和装置。直线度误差是指实际直线对理想直线的变化量，反映了被测直线的不直程度。根据ISO推荐的标准和国家标准，直线度误差可分为给定平面内的直线的误差，给定方向的直线度误差和任意方向内的直线度误差。通常，给定平面内的直线度误差和给定方向内的直线度误差被称为平面直线度误差，任意方向内的直线度误差被称为空间直线度误差。深孔表面为回转体表面，深孔直线度公差带根据要素的特征及其使用要求，分为限制圆柱面直母

2、线形状误差的两平行直线和限制圆柱体轴线形状误差的圆柱体两种。深孔直线度检测是精密深孔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，是贯彻质量标准的技术保证，有着极其重要的意义。1国内外深孔直线度测量技术的研究现状深孔直线度测量技术的研究主要有两个方面。1。1深孔直线度测量方法的研究1。1。1直线度综合量规先利用一个长度较短的极限塞规测量合格后，再用直线度综合塞规测量，由塞规通过与否判断孔轴线直线度合格与否。其特点是：测量精度高，效率高，只能判断合格与否，不能得出数据大小。缺点是同一尺寸有时需要几个综合塞规，以满足一个公差段内几组尺寸的要求，适用于小孔测量。1。1。2感

3、应式应变片测量法在刀杆的适当部位粘贴上X,Y方向的应变片，感应电流经放大器放大，通过记录及数据处理，即可确定出加工时所产生的偏移及直线度误差。1。1。3超声波测量法超声波在同一种介质中传播时的声速为一常数，当遇到不同介质界面时有反射特性，利用这一特性对已加工孔的壁厚进行测量，从而计算出孔轴线的直线度误差。其优点为：操作简单，实用性强。其测量精度主要与测厚仪显示值的分辨率有关，同时要求零件的外圆有较好的已加工表面。1。1。4气动量仪测量内孔不直度气动量仪测量是将被测孔径尺寸的变化转化成气体流动压力的变化或流量的变化。其特点是：测量精度高，一般可高达士（0。3人-1）rim;可进行非接触测量，测量

4、力特别小，对易变形薄壁零件的测量特别有利；适用于大批量生产测量；量仪结构简单，对环境要求低；可实现自动检测；但尚需改善其动态特性，扩大示值范围及测量气隙。1。1。5圆度法圆度法是逐次测量每一径向固定间距截面的外圆柱面或内圆柱面的圆度，经数据处理得到该截面的圆心位置，再进行评定。1。1。6杠杆法测量时，孔管在工作台上移动，测量元件感知被测截面圆心位置的变化，并通过杠杆反映给千分表进行读数。该方法属近似测量，每次测量的都是某一轴向截面内的直线度，因此，测量轴线直线度时要多次旋转孔管。其测量精度不高，测量设备笨重。1。1。7校正望远镜测量法该方法只能测量已加工好的大孔。测量时，在孔内安放与孔大小相适

5、应的测标，调整望远镜位置使其光轴通过首尾两孔的测标，建立测量基准线。然后，移动孔内的测标到相应位置，借助望远镜瞄准测标并测出孔心的偏移量。其优点为：结构简单，操作方便，成本低廉，应用范围广，瞄准精度高。1。1。8测量机测量法三坐标测量机是近20年发展起来的一种以精密机械为基础，结合光栅与激光干涉技术，计算机技术,电子技术等先进技术的测量设备。高，测量速度快。1。1。9准直光管法准直光管以"节距法"分段测量斜率变化，再通过数据处理求得实际表面的直线度误差，最后按规定条件评定直线度误差的数值。这种方法的特点是：测量精度高，可进行数字化处理，提高了测量效率和减少了人为误差；可测较

6、长内孔和不同孔径的内径孔；不适用于小孔径测量。1。1。10。激光准直法该方法是利用激光准直仪发出平行的，能量分布中心对称的激光光束微准直测量的基准线。激光器发出的激光经过准直后射向可以在深孔中移动的测量元件，测量元件感知深孔被测截面实际中心位置的变化，其上装有的CCD,可实时得到相应的图像，图像经处理后，可获得各被测截面实际的圆心位置，再经直线度评定，即可获得深孔的轴线直线度。该方法具有瞄准方便，测量效率高测量精度较高和容易实现自动化等优点。由于激光的能量强，方向性和相干性好，因此,该方法可用于长距离测量。但该方法的准直精度受激光光束本身特性的限制（如光束漂移，随机抖动等）,如要求高精度，则需

7、选用高稳定性，任意截面光强分布稳定的激光束。1。1。11双频激光干涉法利用双频激光干涉仪，以激光束为基准直线，采用干涉原理进行t数。其特点是：分辨率和测量精度高;测量原理和光学系统不受激光束漂移的影响；各采样点误差值之间彼此不相关，测量误差不累加;使用方便，性能稳定。1。1。12基于图像处理的激光反射法测量基于图像处理的激光反射法的测量原理。测量时，激光器发出的激光经准直后射向分光镜，一部分反射后射向测量元件，测量元件在齿轮齿条机构的驱动下在孔管内移动，其步进量由光栅测量。测量元件感知孔管实际轴线位置的变化，其上安装一个反光镜，激光经过反射后透射过分光镜到达光靶上，CCD摄像机即可摄得光靶上包

8、含被测信息的图像。再经过图像处理及数据处理后，得出对应于每一个被测截面的图像中激光光束的中心，按照角度积累的公式计算出空间直线度误差。敏度比普通的激光准直法大大提高。同时，此法突破了普通激光准直法对于被测对象孔径的限制，可以测量很小的深孔。另外，基于图像处理的方法使得测度。该方法具有灵敏度高，测量速度快,对被测对象。尺寸要求较低，适合在工厂内使用等优点。1。1。13臂杆法臂杆法测量臂杆法测量原理可知，采用的是分段测量的方法。所以，直线度的测量误差，是单次测量误差的综合,而影响这些误差白主要因素有：位移传感器本身的误差，读数误差，直线度测头在被测表面上的定位误差和分段数测量影响的误差。一般，其测

9、量精度可达0。043mm。1。1。14误差分离法a。61误差分离法即EST法,该方法是从测量结果中将标准量的误差和被测量的误差分离开来，从而提高测量精度和测量效率，按照信息获得的途径，可分为反向法，错位法和多测头法。EST的测量基准即是传感器的移动轨迹，在经过数据处理之后，测量误差可与基准误差分离开，因此不要求有高精度的实际基准（如机床导轨等所以，当采用零件表面本身作为测量基准时，采用EST的测量原理未受到任何影响。基于这个原理，采用如图3所示的测量机构。3个位移传感器A,B,C垂直并列装在移动支架上，且两两间距为L。测量前，将3个传感器的零点调在同一条基准线上。测量时，支架由步进电机驱动，沿

10、深孔的轴线方向移动，每移动1个传感器间距L,进彳T1次采样彳导到Ak,Bk,Ck3个测量值。此时的传感器移动轨迹（即测量基准）由支架的2个支点决定。误差分离法采用被测零件的表面作为测量基准，避免了选用导轨作为基准时所带来的种种困难和弊端。用3点法进行直线度评定时的不确定度随着采样点数的增加而迅速增大。这图3深孔母线直线度测量原理图也是由EST的原理造成的固有弊端。因此，当被测零件较长时，可适当地增大传感器的间距，以减少总采样点数来满足测量精度的要求，但这时可能会使一些短周期误差未被发现。1。2深孔直线度评定方法的研究在直线度测量中，每个采样点由读数装置读取的示值称为采样点的读数值。采样点的读数

11、值经归一化处理后的值称为该采样点的偏差值。根据直线度测量方法的不同，采样点的读数值和采样点的偏差值之间的关系也有所不同。一般来说，评定的方法有：最小包容区域法（最小条件法，最小二乘法，两端点连线法。其中最小包容区域法是国家标准规定的方法，当要求严格确定直线度误差的大小时，必须按最小包容区域法进行评定或仲裁。2存在的问题尽管深孔直线度的测量技术在国内外科研人员的努力下已经取得了很大的进展，但在生产实际应用中还存在着以下问题。2。1测f方法的适用性和局限性深孔直线度检测的准确度依赖于检测器具的精密性和检测方法的准确性，而每种检测方法都有其适用性和局限性：如校正望远镜法只适用测量已加工好的大孔；杠杆

12、法只能近似测量；圆度法对被测对象要求高且精度较低；测量机测量法虽精度高，速度快，能测各种孔径，但不能测量较长的内孔，且仪器价格较贵，不适用于一般厂矿企业的检测；超声波测量法操作简单，实用性强，但其测量精度有限。2。2测f数据的获取及处理许多测量方法获取数据都是人工读数，因此,在此过程中存在着人为的操作误差与认知误差。同时，由于测量点个数可能过少，使得获取的数据无法准确真实反映出深孔的直线性。为了快速方便地计算直线度，人们一般采用两端点连线法或最小二乘法的近似算法，这使得最终精度受到影响。因此，建议一般采用最小区域法进行数据处理。具有模拟人眼的功能，更重要的是它能够完成人眼所不能胜任的工作。所以

13、，计算机视觉作为当今高新技术，在电子，光学，图像处理与模式识别以及计算机等技术不断成熟和完善的基础上得到了突飞猛进的发展。机器视觉的重要任务之一就是设法在一般的二维灰度图像中采用距离和深度测量方法求得第三维坐标，从而形成三维视觉。由于实现思想和条件的不同，就产生了相应的诸多视觉方法。其中，结构光三维视觉以其大量程，大视场，较高精度，图像信息提取简单，实时性强及主动受控等特点，近年来在工业中得到了越来越广泛的应用。同时，随着激光技术的发展，可采取措施提高激光能量的稳定性，克服激光光束本身的缺点如：光束漂移，光束弯曲，随机扰动等，得到高稳定性，任意截面光强分布稳定的激光束，并以光电元件直接接收激光

14、束和能量中心的位置来作激光准直法直线度测量。近年来，半导体激光器(LD)的出现，克服了双频激光器价格昂贵，需要稳频的缺点再加上新兴光电位置传感器(PSD),电荷藕合器件(CCD),四象限光电池等传感器性能的提高，使得一批新型激光准直直线度测量仪器渐渐被研制出来。它们分辨率较高，响应速度快，大多可以实现动态在线非接触直线度测量。由于图像处理技术和计算机的迅猛发展，越来越多的手工生产和手工分析检验过程已经逐步地被计算机所代替，图像处理技术领域的进展及图像采集系统的多功能化，多媒体化，为现代分析监测实现高效，高质量的自动分析提供了可能。特别是近20年技术的高速发展，使得图像处理技术已经基本摆脱了各种限制，从研究的阶段走向了实际应用。这一切为深孔直线度测