3-65  一种基于圆度仪的平行度、平面度测量方法

杨维川  王宝瑞  袁道成

高精度坐标测量机单轴测量不确定度U₉₅一般约为0.6 mm，加上导轨直线度误差，则坐标测量机对平行度、平面度测量的扩展不确定度U₉₅约在1 mm。等厚干涉仪可解决高精度的平面度测量问题（如平晶的检定），但平行度却缺乏更高精度的测量方法，并且当测量须针对零件端面上的特定点位时，等厚干涉仪也无能为力。而在高精度圆度仪上，不需改动任何硬件和软件可以解决上述问题。圆度仪对圆端面平面度和平行度的测量是可通过工作台主轴旋转的圆周运动和横臂带动测头的径向运动来实现，测量数据点位呈几个同心圆分布。由于为了实现圆度仪上的多圈采点测量，必须在工件端面径向移动测头，这就将圆度仪横臂导轨的直线度和相对于主轴的不垂直度带入了平面度和平行度的测量中，使得这两项误差直接影响到最终的测量结果，因此必须加以修正。

测量方法分为两个步骤：导轨修正和测量采点；导轨修正就是用圆度仪测头在一个找正了的平晶工作面上测量一条直线，得到其相对于仪器主轴的夹角，以后可根据这个角度修正实际测量中的数据。

测量方法是：在圆度仪转台上放置平晶并且相对转台主轴找水平，然后将被测零件放置在平晶上，通过圆度仪转台的回转运动和横臂的直线运动，使得测头在平晶上测量得到呈同心圆形的数据点，将坐标转换成直角坐标系，再通过分析这些数据，可以求得此被测平面的平面度以及平行度。

该测量方法的测量不确定度（以f 50为例）主要包括以下5项分量：导轨直线度误差引入的不确定度分量u₁约为0.07 mm；横臂导轨倾斜修正引入的不确定度分量u₂约为0.04 mm；平晶找平误差引入的不确定度分量u₃约为0.03 mm；电感传感器分辨率引入不确定度分量u₄约为0.015 mm；圆度仪转台端面跳动引入的不确定度分量u₅小于0.06 mm。因此，这5项分量构成的合成不确定度

即u_c = 0.10 mm，则扩展不确定度U = ku_c = 2´0.10 = 0.2 mm (k=2)。可见，在测量f50的零件平面度和平行度时扩展不确定度小于0.2 mm。这种平行度、平面度测量方法对圆度仪不需要添加任何硬件和修改其本身测量软件，只需编制一个分析软件，即可实现一些特殊场合下的高精度平行度和平面度测量，在一定程度上弥补了坐标测量机对平行度、平面度测量的不足。