CN1024086C - 圆度的检测方法及圆度仪 - Google Patents

Abstract

一种圆度的检测方法及圆度仪，它采用降低转动轴系的精度产辅助以高精度的标准圆样件的方法，对由此产生的误差应用误差分离技术分别予以消除或抑制，根据该方法制造的圆度仪具有较好的抗振性和抗干扰性，同时制造简单，并容易得到各种不同测量精度要求的圆度仪，可在比较复杂的生产现场使用。

Description

本发明涉及圆度的检测，特别是对圆度检测过程中出现的误差的消除，以及进行检测的圆度仪。

圆度检测可以概括为定轴测量和不定轴测量两个基本类型，定轴与不定轴是相对的而不是绝对的，所谓定轴测量是以固定轴线旋转进行检测的，例如：圆度仪。目前，圆度仪检测精度的提高，主要是依赖于稳定、精密的转动轴系以及采用计算机消除误差，即无论是测头旋转还是被测件旋转，都必须有一个可靠的、具备一定精度要求的转动轴系，以保持稳定的转动轴线，从而减小圆度仪本身的系统误差，因为该误差是无法消除的，必将被带入测量过程中，采用计算机是为了消除在检测过程中发生的随机圆跳动，从而提高测量精度，例如：英国泰勒公司（TELE）、国内的中原量仪厂以及北京精密机床研究所生产的圆度仪就属于此类。但是，由于这种圆度仪本身的精度较高，给仪器制造提出了比较苛刻的要求，特别是转动轴系必须保证一定的精度，使用时必须在恒温、干燥、洁净及无振动干扰的环境中，因而，圆度仪的价格昂贵，使用条件高，范围有限，无法在生产现场直接使用，因此迫切需要一种既能保证一定的测量精度又能在比较复杂的生产环境下使用，而且制造、使用都比较方便的圆度仪。

本发明的目的在于提出一种圆度的检测方法及利用该方法制造的圆度仪，对在检测过程出现的误差予以消除或抑制，使圆度仪既能保证一定的测量精度又能在生产现场直接使用。

众所周知，高精度仪器与其使用的环境是一对矛盾，仪器的精度越高，其使用环境的条件越苛刻，对圆度仪来说如何避开轴系制造中的高精度要求，又能在比较复杂的生产现场直接使用并保证一定的测量精度便成了一个问题。因此，本发明提出降低转动轴系的精度并在其上同轴嵌入高精度的标准圆样件，对由此产生的误差采用分离技术，分别予以消除或抑制，测量的误差来源主要是经向圆跳动产生的误差δ_R、工作台端跳产生的误差δ_端、标准圆样件本身的误差δ_样及其鉴定误差δ_检，因此，总的测量误差为：

$\mathrm{\delta \; =}\sqrt{\delta {}^R{}_2+{}^2{}_{端}\mathrm{+\; \delta }{}^2{}_{祥}\mathrm{+\; \delta }{}^2{}_{检}}$

α.径向圆跳动产生的误差δ_R的处理：

该误差在平面直角坐标系上可以分解为x、y方向的值δ_x、δ_y，对δ_x采用比较测量法予以消除，即用两个同在x方向的测头对与转动轴系同轴放置的被测件与标准样件同时测量，由于转动轴系引起的圆跳动的x方向对两测头量值的影响大小一致、方向相同，因而可以用和差演算予以消除;对δ_y是在误差分析的基础上对被测件、标准圆样件的曲率半径以及转动轴系径向圆跳动的范围予以限定，参考附图1，设旋转轴系圆跳动为ξ，标准圆样件半径为R₁，被测件半径为R₂，则在y方向的最大跳动值ξ_y＝ξ/2，其对标准圆样件的影响为：

${\delta }_{\mathrm{R\; 1}}\mathrm{=\; R}{}_1-\sqrt{R{}^2{}_1\mathrm{-\; \xi }{}^2{}_y}{\mathrm{=\; \xi }}^2{}_y\mathrm{/\; (R}{}_1+\sqrt{R{}^2{}_1\mathrm{-\; \xi }{}_{\mathrm{y\; 2}})}$

对被测件的影响为

${\delta }_{\mathrm{R\; 2}}\mathrm{=\; R}{}_2-\sqrt{R{}^2{}_2\mathrm{-\; \xi }{}^2{}_y}{\mathrm{=\; \xi }}^2{}_y\mathrm{/\; (R}{}_2+\sqrt{R{}^2{}_2\mathrm{-\; \xi }{}_{\mathrm{y\; 2}})}$

所以，y方向的值

${\delta }_y=\sqrt{\delta {}^2{}_{\mathrm{R\; 1}}\mathrm{+\; \delta }{}^2{}_{\mathrm{R\; 2}}}$

由于x方向的值δ_x已被消除，因此由径向圆跳动引起的误差δ_R＝δ_y，可以看出，当标准圆样件及被测件半径远远大于径向圆跳动的条件下，半径越小误差越大，半径越大误差越小。

b.工作台端跳引起的误差δ_端的处理：

对该误差的处理也是在误差分析的基础上对被测件半径及工作台端跳的范围予以限定。参考附图2，设工作台端跳为ξ，被测件半径为R₂，限定被测件半径远远大于ξ，可以认为

${\delta }_{端}=\sqrt{R{}^2{}_2\mathrm{-\; \xi }{}^2}{\mathrm{-\; R}}_2\mathrm{=\; \xi }{}^2\mathrm{/\; (}\sqrt{R{}^2{}_2\mathrm{+\; \xi }{}^2}{\mathrm{-\; \xi }}_2\mathrm{+\; R}{}_2)$

由上式可见，被测件半径越小误差越大，被测件半径越大误差越小。

c.标准圆样件的自身圆度误差δ_样，取决于该样件的加工精度，其鉴定误差δ_检，取决于对该样件测量产生的误差。

图1为由于圆径向跳动而产生误差的示意图。

图2为由于工作台端跳而产生误差的示意图。

图3为本发明实施例的结构原理图。

实施例：由上述圆度的检测方法可以看出，在被测件和标准圆样件的半径远远大于径向圆跳动和工作台端跳的条件下，制造的圆度仪其旋转轴系的精度不高且在与台体组装时可以有一定的裕量，因此，参考附图3，圆度仪由密珠轴承系（1）、标准圆样件（2）、工作台（3）、探测头（4，5）、调中心螺钉（7）、调平螺钉（8）、立柱（9，10）、测量杆（11）及升降臂（12）组成，其特征在于密珠轴承系（1）由主轴、轴套以及密集于二者之间并具有过盈配合的滚珠组成，该轴系同轴嵌有标准圆样件（2）并与工作台（3）相连，工作台（3）上有调平工作台（3）的调平螺钉（8）和调整工作台（3）中心线与旋转轴系（1）中心线重合的调中心螺钉（7），位于同一方向的测量标准圆样件（2）的探测头（4）以及测量被测件P的探测头（5）分别与测量杆（11）、立柱（9）相连，可在立柱（10）上滑动的升降臂（12）与测量杆（11）相连。探测头（4，5）测出的值由测量仪表指示。

根据生产现场环境的要求以及测量精度的要求，对径向径跳动、工作台端跳、被测件的最小半径以及标准圆件的最小半径予以限定，可以提供不同种测量精度的圆度仪，一般情况下，取径向圆跳动值小于10μm，工作台端跳小于10μm，被测件半径大于2mm，标准圆样件半径大于50mm、圆度误差小于0.2μm、鉴定精度小于0.2μm，此时，圆度仪的测量精度可达到0.3μm。

本发明的优点在于应用误差分离技术将在圆度检测过程中产生的误差予以分别处理，提出降低转动轴系精度并辅以标准圆样件以保证测量精度，从而改变了传统圆度仪的测量精度的提高依赖于高精度的旋转轴系的观念，使得圆度仪可以在比较复杂的生产现场使用，具有较好的抗振性和抗干扰性，由于转动轴系的精度降低使得圆度仪的制造简单，造价低。

Claims (2)

1、一种圆度的检测方法，在转动轴系上同轴嵌入高精度的标准圆样件，其特征在于：对产生的误差予以分离，分别进行消除或抑制，其中，

a.径向圆跳动产生的误差在平面直角坐标系上分解为x，y方向的值，用两个同在x方向的探测头同时对同轴放置的标准圆样件、被测件进行测定，对测量的值用和差演算消除x方向的值；限定被测件及标准圆样件的最小半径远远大于径向圆跳动值，从而抑制y方向的值；

b.限定被测件的半径远远大于工作台端跳动值，可抑制工作台端跳动产生误差。

2、一种为使用如权利要求1所述的方法而专门设计的圆度仪，其特征在于：密珠轴承系（1）由主轴、轴套以及密集于二者之间并具有过盈配合的滚珠组成，该轴系同轴嵌有标准圆样件（2）并与工作台（3）相连，工作台（3）上有调平工作台（3）的调平螺钉（8）和调整工作台（3）中心线与旋转轴系（1）中心线重合的调中心螺钉（7），位于同一方向的测量标准圆样件（2）的探测头（4）以及测量被测件P的探测头（5）分别与测量杆（11）、立柱（9）相连，可在立柱（10）上滑动的升降臂（12）与测量杆（11）相连，限定被测件P及标准圆样件（2）的最小半径远大于径向圆跳动值，限定被测件P的半径远大于工作台端跳动值。

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