检测机床导轨运动时直线度误差的方法:
机床导轨直线度误差是被测导轨实际线对其理想直线的变动量,对给定平面内导轨直线度误差常用水平仪、自准直仪、激光干涉仪3种方法进行测量。在实际测量过程中,测量仪器及参数确定后,计算出测量方法误差是非常必要的。下面介绍这3种测量方法的基本原理并分析其误差。
1 水平仪测量法
1.1 水平仪测量原理
以普通气泡式水平仪为例进行分析。首先根据机床导轨直线度误差的精度要求,选择合适精度的水平仪和合适步距的专用桥架;然后将水平仪调零,放在专用桥架上,把专用桥架放在被测导轨的一端开始进行测量。每次记录下相应段的水平仪气泡移动的格数,并按其正负记录下来,然后进行误差值换算数据处理,最后根据所测点数据做误差曲线图,使用最小包容平行线法即可求出其直线度误差。
1.2 误差分析
设每段测量的观测值为$i,测量导轨的前n段累积误差为$n,由误差合成原理可知,
其中,$0为整个测量过程的平均误差,
…+$m),m为测量导轨全长总分段数,m=l/l(l为所测量导轨长度,l为测量所选择的步距)。则:
由于各测量段的测量值是等精度的独立的直接观测值,各段均含单次测量误差d,根据随机误差合成原理:
为了求出$n的最大值,令n=xm(0<x≤1),则式(1)变成:
其中,m和d都是固定值。再令
1),很容易求出x=1/2时,y取最大值ymax=1/2,所以。
应用水平仪测量,单次测量误差d一般从3方面考虑:¹水平仪示值误差d1,一般d1不大于1/4刻度;º测量读数误差d2,一般d2不大于1/5刻度;»测量位置引起的误差d3,一般d3不大于1/4刻度。根据误差合成原理:
,即:
其中:s是水平仪精度值。
实际测量中,如果能满足为所允许的最大直线度误差值),则认为该测量方法误差能够满足测量精度要求[1]。因此测量时要提高测量精度,首先,要选择合适精度的水平仪,减小单次测量误差d;尽可能地减小移动桥架引起的测量位置误差;合理选择测量段数m,测量段数过多虽然提高了单次测量精度,但使累积误差增大,从而降低了测量精度。
2 自准直仪测量法
2.1 自准直仪测量原理
自准直仪主要由具有一定焦距的物镜(望远镜)、带有分划板及照明装置的自准直测微目镜和置于被测对象上的反射镜组成。目前使用的自准直仪主要有3种:光学自准直仪、平直度检查仪和光电自准直仪。下面以光学自准直仪为例进行分析,其基本测量原理见图1。
分划板置于物镜的焦平面上,其上的o点位于物镜的光轴上,光源1发出的光线通过o点经过物镜后成一束与光轴平行的平行光线射向反射镜4。当反射镜面垂直于光轴时,光线仍按原路返回,经物镜后仍成像在分划板上o处,与原目标重合。如果反射镜与光轴有一倾角a,则反射光线的偏转角为2a,通过物镜后成像在分划板上的o′处,此时线位移oo′=s,表示了偏转角度的大小,即:
s=f′tan2α。
其中:f′为物镜的焦距。当α很小时, tan2α≈2α,则:
设反射镜桥板跨距(测量间隔)为b,自准直仪读得反射镜倾斜角a与倾斜高度h的关系为h=ba。
2.2 误差分析
对式(2)两边微分可得:
由式(3)可见,角度误差是由测量像的线位移误差ds和焦距误差df′所引起的,焦距越长越有利,但却会产生仪器过长而且笨重的问题。
从式(2)可知,s=2f′a,由于把线量s和角量a保持线性等比关系,即tan2a≈2a,所以存在理论误差。a角越大,则理论误差越大,通常自准直仪的最大测角值约为2a=2×(5′)=10′,所以当a±5′时,d=tan2a-2a≈0.002′;当a=±1′时,d=tan2a-2a≈0。
在实际测量过程中,自准直仪测量误差还包括出射光非严格平行光线所引起的误差、准直系统的对准误差、视差所引起的误差以及反射镜平面度误差所带来的误差等,这些都是自准直仪测量误差的重要组成部分。
3 激光干涉仪测量法
3.1 激光干涉仪测量原理
激光具有方向性好、单色性好、能量集中和相干性强等优点,使用激光干涉法测量直线度精度较高。当前多采用氦—氖激光,它是可见光,且功率和频率的稳定性容易控制,频带比较窄。以雷尼绍公司的ml10激光器为例,其测量原理见图3。
入射光束4被角度干涉镜中包含的分光镜分为光束5和光束6,光束5和光束6又分别被角度反射镜反射回分光镜的同一位置,分光镜对两束光进行调制后直接把光束传送到激光发射器中,从而使两束光在探测器中产生干涉条纹。根据光的叠加和干涉原理,凡光程差等于波长整数倍的位置,振动加强,产生明条纹;凡光程差等于半波长奇数倍的位置,振动减弱,产生暗条纹。使用激光干涉仪测量机床导轨时,反射镜3沿着导轨方向运动,当反射镜有偏转角度时,光束5和光束6会产生光程差,即干涉条纹会产生相应的变化,通过运算器可将其转换为直线度误差值。
3.2 误差分析
激光干涉仪是一种高精度的计量仪器,自身的精度很高,但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度和线膨胀系数不准确等诸多因素的影响,从而降低了测量精度。激光干涉仪在机床导轨直线度测量中的误差包括:¹激光干涉仪的极限误差u1=±10-7l;º安装误差u2=±l(1-cosh),其中,h为测量轴线与机床导轨移动的轴线之间的夹角;»温度误差u3=
±l(ut+c)2+(ut+uc)2,其中,ut为机床温度测量误差;c为机床材料膨胀系数;uc为线性膨胀系数测量误差[3]。
4 三种测量方法优缺点分析
水平仪法操作简单、使用方便、成本较低。但是精度较低,一般只能达到20lm/m。水平仪可以测量导轨在垂直面内的直线度以及两条导轨之间的平行度,但是测量水平面内的直线度很困难。用水平仪测试法,数据的采集和整理容易出错,由于此法是以导轨上某些固定采样点为测量对象,所以测量距离长了难以保证测试结果的真实性。
自准直仪法的缺点是不易达到很高精度,一般为5lm/m。因为光线在空气中并非绝对准直,测量范围越大,其偏差就越大,采用的光电位置敏感元件的测量精度较难大幅度提高,光束在传播过程中容易受到各种干扰而出现偏差,为非连续测量,结果具有很大的随机性,成本相对激光干涉仪低。
激光干涉仪的优点是测量距离大,测量速度快,测量精度高,而且可连续测量和采用微计算机进行数据处理、显示和打印。激光抗干扰能力强,尤其是抗空气扰动的能力强,因此它适于在车间等环境稍差些的场合应用,测量精度可达0.4lm/m。但是价格昂贵,一般用于对精度要求很高的场合。
综上所述,各种检测直线度的方法都各有其优缺点,企业在选用测量方法的时候应该考虑两方面的要求:一是精确度要求,即测量结果必须达到一定的可信程度;二是经济性要求,即在保证测量结果精确性的前提下,应使测量过程简单、经济、花费代价最小。
机床导轨直线度误差是被测导轨实际线对其理想直线的变动量,对给定平面内导轨直线度误差常用水平仪、自准直仪、激光干涉仪3种方法进行测量。在实际测量过程中,测量仪器及参数确定后,计算出测量方法误差是非常必要的。下面介绍这3种测量方法的基本原理并分析其误差。
1 水平仪测量法
1.1 水平仪测量原理
以普通气泡式水平仪为例进行分析。首先根据机床导轨直线度误差的精度要求,选择合适精度的水平仪和合适步距的专用桥架;然后将水平仪调零,放在专用桥架上,把专用桥架放在被测导轨的一端开始进行测量。每次记录下相应段的水平仪气泡移动的格数,并按其正负记录下来,然后进行误差值换算数据处理,最后根据所测点数据做误差曲线图,使用最小包容平行线法即可求出其直线度误差。
1.2 误差分析
设每段测量的观测值为$i,测量导轨的前n段累积误差为$n,由误差合成原理可知,
其中,$0为整个测量过程的平均误差,
…+$m),m为测量导轨全长总分段数,m=l/l(l为所测量导轨长度,l为测量所选择的步距)。则:
由于各测量段的测量值是等精度的独立的直接观测值,各段均含单次测量误差d,根据随机误差合成原理:
为了求出$n的最大值,令n=xm(0<x≤1),则式(1)变成:
其中,m和d都是固定值。再令
1),很容易求出x=1/2时,y取最大值ymax=1/2,所以。
应用水平仪测量,单次测量误差d一般从3方面考虑:¹水平仪示值误差d1,一般d1不大于1/4刻度;º测量读数误差d2,一般d2不大于1/5刻度;»测量位置引起的误差d3,一般d3不大于1/4刻度。根据误差合成原理:
,即:
其中:s是水平仪精度值。
实际测量中,如果能满足为所允许的最大直线度误差值),则认为该测量方法误差能够满足测量精度要求[1]。因此测量时要提高测量精度,首先,要选择合适精度的水平仪,减小单次测量误差d;尽可能地减小移动桥架引起的测量位置误差;合理选择测量段数m,测量段数过多虽然提高了单次测量精度,但使累积误差增大,从而降低了测量精度。
2 自准直仪测量法
2.1 自准直仪测量原理
自准直仪主要由具有一定焦距的物镜(望远镜)、带有分划板及照明装置的自准直测微目镜和置于被测对象上的反射镜组成。目前使用的自准直仪主要有3种:光学自准直仪、平直度检查仪和光电自准直仪。下面以光学自准直仪为例进行分析,其基本测量原理见图1。
分划板置于物镜的焦平面上,其上的o点位于物镜的光轴上,光源1发出的光线通过o点经过物镜后成一束与光轴平行的平行光线射向反射镜4。当反射镜面垂直于光轴时,光线仍按原路返回,经物镜后仍成像在分划板上o处,与原目标重合。如果反射镜与光轴有一倾角a,则反射光线的偏转角为2a,通过物镜后成像在分划板上的o′处,此时线位移oo′=s,表示了偏转角度的大小,即:
s=f′tan2α。
其中:f′为物镜的焦距。当α很小时, tan2α≈2α,则:
设反射镜桥板跨距(测量间隔)为b,自准直仪读得反射镜倾斜角a与倾斜高度h的关系为h=ba。
2.2 误差分析
对式(2)两边微分可得:
由式(3)可见,角度误差是由测量像的线位移误差ds和焦距误差df′所引起的,焦距越长越有利,但却会产生仪器过长而且笨重的问题。
从式(2)可知,s=2f′a,由于把线量s和角量a保持线性等比关系,即tan2a≈2a,所以存在理论误差。a角越大,则理论误差越大,通常自准直仪的最大测角值约为2a=2×(5′)=10′,所以当a±5′时,d=tan2a-2a≈0.002′;当a=±1′时,d=tan2a-2a≈0。
在实际测量过程中,自准直仪测量误差还包括出射光非严格平行光线所引起的误差、准直系统的对准误差、视差所引起的误差以及反射镜平面度误差所带来的误差等,这些都是自准直仪测量误差的重要组成部分。
3 激光干涉仪测量法
3.1 激光干涉仪测量原理
激光具有方向性好、单色性好、能量集中和相干性强等优点,使用激光干涉法测量直线度精度较高。当前多采用氦—氖激光,它是可见光,且功率和频率的稳定性容易控制,频带比较窄。以雷尼绍公司的ml10激光器为例,其测量原理见图3。
入射光束4被角度干涉镜中包含的分光镜分为光束5和光束6,光束5和光束6又分别被角度反射镜反射回分光镜的同一位置,分光镜对两束光进行调制后直接把光束传送到激光发射器中,从而使两束光在探测器中产生干涉条纹。根据光的叠加和干涉原理,凡光程差等于波长整数倍的位置,振动加强,产生明条纹;凡光程差等于半波长奇数倍的位置,振动减弱,产生暗条纹。使用激光干涉仪测量机床导轨时,反射镜3沿着导轨方向运动,当反射镜有偏转角度时,光束5和光束6会产生光程差,即干涉条纹会产生相应的变化,通过运算器可将其转换为直线度误差值。
3.2 误差分析
激光干涉仪是一种高精度的计量仪器,自身的精度很高,但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度和线膨胀系数不准确等诸多因素的影响,从而降低了测量精度。激光干涉仪在机床导轨直线度测量中的误差包括:¹激光干涉仪的极限误差u1=±10-7l;º安装误差u2=±l(1-cosh),其中,h为测量轴线与机床导轨移动的轴线之间的夹角;»温度误差u3=
±l(ut+c)2+(ut+uc)2,其中,ut为机床温度测量误差;c为机床材料膨胀系数;uc为线性膨胀系数测量误差[3]。
4 三种测量方法优缺点分析
水平仪法操作简单、使用方便、成本较低。但是精度较低,一般只能达到20lm/m。水平仪可以测量导轨在垂直面内的直线度以及两条导轨之间的平行度,但是测量水平面内的直线度很困难。用水平仪测试法,数据的采集和整理容易出错,由于此法是以导轨上某些固定采样点为测量对象,所以测量距离长了难以保证测试结果的真实性。
自准直仪法的缺点是不易达到很高精度,一般为5lm/m。因为光线在空气中并非绝对准直,测量范围越大,其偏差就越大,采用的光电位置敏感元件的测量精度较难大幅度提高,光束在传播过程中容易受到各种干扰而出现偏差,为非连续测量,结果具有很大的随机性,成本相对激光干涉仪低。
激光干涉仪的优点是测量距离大,测量速度快,测量精度高,而且可连续测量和采用微计算机进行数据处理、显示和打印。激光抗干扰能力强,尤其是抗空气扰动的能力强,因此它适于在车间等环境稍差些的场合应用,测量精度可达0.4lm/m。但是价格昂贵,一般用于对精度要求很高的场合。
综上所述,各种检测直线度的方法都各有其优缺点,企业在选用测量方法的时候应该考虑两方面的要求:一是精确度要求,即测量结果必须达到一定的可信程度;二是经济性要求,即在保证测量结果精确性的前提下,应使测量过程简单、经济、花费代价最小。
温馨提示：答案为网友推荐，仅供参考
第1个回答 2015-10-26
直线度一般是出厂时检测的，安装设备一般检测的是导轨的行走平行度，如下图，滑块滑动时，与导轨基准侧的整体滑动平行度对设备精度有很大的影响的，希望能帮到你.
第2个回答 2010-12-02
直线度一般是出厂时检测的，安装设备一般检测的是导轨的行走平行度，如下图，滑块滑动时，与导轨基准侧的整体滑动平行度对设备精度有很大的影响的，简单说明，希望能帮到你，欢迎交流Q:18774846
第3个回答 2010-12-01
准直仪
第4个回答 2010-11-28
在百度里输入 机床导轨运动时的直线度误差 搜后，豆丁网也有详细的方法。