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三坐標測量機機床和儀器導軌表面直線(xiàn)度的測量
- 2019-04-01-

1) 用自準直儀按圖2測量截面上1~n段上反射鏡的傾角:α1,α2,……,αi,……,αn。單位為:秒。
   2) 計算平均值:

   3) 各點(diǎn)傾角減去平均值:
  
   4) 計算累加和:
 
    式中yi為截面上1~n點(diǎn)的直線(xiàn)度誤差,單位為μm;dx為橋板跨距,單位為mm。
    國家標準GB1985《形狀和位置公差》規定直線(xiàn)度可以按“兩端點(diǎn)連線(xiàn)法”評定,也可以采用“最小包容區域法”評定。對于后者:包容實(shí)際輪廓線(xiàn)且距離為最小的兩平行直線(xiàn)之間的距離為直線(xiàn)度。按該定義評定直線(xiàn)度的人工計算較為繁瑣,不過(guò)使用計算機編程計算并不困難。
    對于光學(xué)表面的平直度,可以利用它本身的表面反射進(jìn)行非接觸測量。如圖3所示:五棱鏡將光電自準直儀發(fā)出的光束折轉90°,射到被測表面上,再經(jīng)反射返回。五棱鏡裝在滑架上?;苓\動(dòng),使光束掃過(guò)被測表面,光電自準直儀記錄表面上各位置斜率變化,按“兩端點(diǎn)連線(xiàn)法”或“最小包容區域法”計算直線(xiàn)度。

     由于五棱鏡的幾何性質(zhì),滑架非直線(xiàn)運動(dòng)造成的五棱鏡轉動(dòng),不會(huì )使入射到被測面的90°光線(xiàn)偏轉,從而不會(huì )引起測量誤差。由于是非接觸測量,因此無(wú)變形,也不損傷表面,具有較高的測量精度,特別適合測量長(cháng)條形金屬研磨平面和玻璃平面。
三. 平面度的測量
      雙軸溫控轉臺認為平面度測量(圖4),是將平面劃分為若干行和列及對角線(xiàn),用自準直儀測量每條線(xiàn)所在截面的直線(xiàn)度,利用各截面公共點(diǎn)聯(lián)系各組直線(xiàn)度數據,計算出整體平面度。由于敘述這種計算法的篇幅較大,且有專(zhuān)著(zhù)論述,本文不再贅述。

    對平板等平面的平面度進(jìn)行測量,以便確定其平面度是否合格。而在某些場(chǎng)合我們還想進(jìn)一步了解平面度誤差的分布情況:何處凸起,何處凹陷,以便對凸起部分進(jìn)行研磨或鏟刮;或在平面上尋找平面度最佳區域,以便進(jìn)行高精度的測量工作。這就要求除以數值形式給出平面度,還希望將面的實(shí)際形狀用圖形表示出來(lái)。
    用計算機軟件對測得數據進(jìn)行插值計算,繪制三維形貌圖(圖5)能對實(shí)際面形作更為直觀(guān)和形象的描述[7]。等高線(xiàn)圖(圖6)可用于指導平面修整工作,等高線(xiàn)可被視為修整加工的區域線(xiàn);也可指導尋找平面度最佳區域。


四. 平行度、垂直度的測量
    圖7是測量?jì)赏瑐绕矫娴钠叫卸?,使用一塊反光鏡貼在基準面和被測面上,讀取兩個(gè)面的夾角。所用反光鏡兩個(gè)面應相互平行,其中一個(gè)面為反光面。

    圖8是測量?jì)上鄬ζ矫娴钠叫卸?,使用一塊反光鏡貼在基準面和被測面上,讀取兩個(gè)面的夾角。必須借助一塊五棱鏡將光束轉90°,測量右側面時(shí),五棱鏡和反光鏡應擺在圖中虛線(xiàn)位置。不要擔心五棱鏡擺放不正會(huì )帶來(lái)測量誤差,五棱鏡的幾何性質(zhì)決定了它即使捎有偏斜,通過(guò)的光線(xiàn)仍能準確地折轉90°。

     圖9是測量?jì)善矫娴拇怪倍?,使用一塊帶反光面的直角鐵貼在基準面和被測面上,讀取兩個(gè)面的夾角。測量垂直面時(shí)必須借助一塊五棱鏡將光束轉90°。

五. 檢定角度測量?jì)x器和分度裝置
    三坐標測量機 用自準直儀和多面棱體配合使用,可以對角度測量?jì)x器和分度裝置的示值進(jìn)行檢定。
     多面棱體是以底面為基面的直棱柱體(圖10),各面均與基面垂直,且被加工成鏡面,各面法線(xiàn)的夾角,被稱(chēng)為“工作角”。使用時(shí),多面棱體與被撿儀器同軸安裝,用自準直儀依次照準多面棱體的每一個(gè)鏡面,以各工作角為基準,檢定儀器的角度示值。多面棱體的規格較多,除面數為:4、6、8、9、12、24、36、72外,還有13、17、23等質(zhì)數面多面棱體,由于360°不能被其整除,工作角名義值包含了度、分、秒,用其檢定角度儀器的示值時(shí),能把測微器的誤差或細分誤差也包括在檢定結果之中,因此可以更能全面地評價(jià)儀器的準確度。

圖11是以多面棱體為基準,用自準直儀檢定光學(xué)分度頭的示值誤差。

    多面棱體的檢定需要以多齒(端齒、鼠齒)分度臺為基準,檢定同樣離不開(kāi)自準直儀(圖12)。

    多齒分度臺由上下兩塊齒數相等的端齒盤(pán)組成。齒的根部具有深槽,使齒富有彈性,即使齒的分度存在誤差,上下齒盤(pán)也能很好地吻合。根據“封閉原則”齒盤(pán)分度誤差的總和為零,上下齒盤(pán)嚙合后分度誤差得到了很好的平均。因此多齒分度臺比多面棱體的分度精度更高,分度誤差可控制在0.1?之內。

自準直儀可以用比較法測量角度;也可以測量直線(xiàn)度、平面度、垂直度和平行度等形狀和位置誤差,同時(shí)也是圓分度儀器檢定必不可少的檢定設備。
一. 機床和儀器工作臺運動(dòng)直線(xiàn)度的測量
    自準直儀經(jīng)常被用來(lái)測量精密機床和儀器工作臺運動(dòng)的直線(xiàn)度(圖1)。通常運動(dòng)直線(xiàn)度要求以角秒為單位評定。為了區別按線(xiàn)值評定的零件表面直線(xiàn)度(見(jiàn)下節),常把工作臺運動(dòng)直線(xiàn)度稱(chēng)為“角偏擺”。 
     將自準直儀架在被測工作臺外端,將反射鏡置于工作臺面上,使工作臺運動(dòng),在全程范圍內,以自準直儀反射像在視場(chǎng)內的最大位移量作為運動(dòng)直線(xiàn)度的測量結果。

    測量前應正確安裝反射鏡和自準直儀,特別是對于大長(cháng)度導軌,隨意安裝往往會(huì )影響測量精度,甚至在反射鏡移動(dòng)到遠端時(shí),反射像昏暗,無(wú)法讀數。正確的安裝方法是:
    1)粗略地將反射鏡和自準直儀安裝在預定的部位;外觀(guān)上使二者大致同軸;移動(dòng)工作臺至離準直儀最近端,調整反射鏡或自準直儀位置,使自準直儀出射光斑打在反射鏡中央。為了便于鑒別光斑。觀(guān)察時(shí)可用一小塊硫酸紙蓋住反射鏡面。
    2) 移動(dòng)工作臺至離準直儀最遠端,原地調整自準直儀水平和仰俯角度,使自準直儀出射光斑也打在反射鏡中央。再次回到離準直儀最近端,檢查光斑位置,直至遠、近端光斑位置均在反射鏡中央。這時(shí)的自準直儀光軸與被測運動(dòng)方向已調成平行,自準直儀不再作任何調整。
    3)移動(dòng)工作臺至離準直儀最近端,原地調整反射鏡的水平和仰俯角度,使自準直儀反射像出現在視場(chǎng)中央。安裝完畢。
    注意:測量前應檢查自準直儀與被測儀器底座是否為剛性連接。
二. 機床和儀器導軌表面直線(xiàn)度的測量
    在精密零件加工過(guò)程中,自準直儀經(jīng)常被用來(lái)測量機床和儀器導軌表面的直線(xiàn)度(圖2)。
    測量前,應按前述觀(guān)察光斑的方法校正自準直儀出射光束與被測導軌方向平行。

    測量時(shí),自準直儀架在導軌的一端,將反射鏡放在導軌表面,分段測量各位置表面的斜率變化,用近似積分算法得到導軌上各點(diǎn)高度yi。

    然后通過(guò)坐標平移和旋轉,得到直線(xiàn)度,這種方法被稱(chēng)為“節距法”。
    節距法測量應該相鄰節距的首尾銜接??芍谱饕粔K“橋板”,將反射鏡固定在橋板之上,以橋板兩端的支點(diǎn)距離即“橋板跨距”作為節距跨度dx。對于導軌垂直導向面的直線(xiàn)度,橋板的側面的兩個(gè)凸臺與被測導軌垂直導向面接觸,兩凸臺的距離作為節距跨度dx。
      多面棱體評定直線(xiàn)度必須建立基準直線(xiàn)。最常用的方法是以被測截面兩端點(diǎn)連線(xiàn)作為基準直線(xiàn),被稱(chēng)為“兩端點(diǎn)連線(xiàn)法”。
     兩端連線(xiàn)法的數據處理過(guò)程如下:

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