圆度误差的检测和评定.doc

1、圆度误差的检测和评定摘要：圆度误差的光测法具有测量速度快、测量精度高以及可进行非接触测量的特点，同时该方法扩大了测量范围，同时也可对大型工件进行测量，易于实现在线检测。 关键词：传统圆度误差检测技术 圆度误差的基于计算机的视觉技术 圆度误差的检测 圆度误差的评定 在精密测量中，圆度误差的测量是一项重要且复杂的工作。目前，接触测量是圆度误差测量的主要手段。接触测量包括专用圆度测量仪器和使用传感器采集数据的微机圆度测量系统两大类。就国内而言，圆度测量仪是圆度误差测量最有效的手段，圆度测量仪是指用于测量圆度误差并具有精密回转主轴的的仪器。从结构上分为两种：转轴式测量仪和转台式测量仪。前者的典型代表是

2、 TalyRond73 型及 DQR-1 型，后者的典型代表是 TalyRond200 型及 Y901 型。转轴式测量仪在测量时保持被测工件固定不变，测头与零件接触并旋转，适合测量大的零件。转台式是将被测零件装在旋转的回转台上，测头固定不动，适合测量小的零件。 使用传感器采集数据的微机圆度测量系统是在测量时，将传感器的测头与零件的表面接触，被测圆轮廓的半径变化量通过测头反映给传感器，再转化为电信号输送到放大设备、滤波器、运算器、微机系统中，实现数据的自动处理。 综上所述，对于大型、长型零件，目前还缺乏准确合适的好圆度误差检测手段，对于一般等级的零件，也缺乏一种更加便利经济的检测手段。以下，概括

3、圆度误差接触测量检测的方法的特点如下： 1.圆度仪和三坐标测量仪测量精度高，但成本高，不经济，不使用于生产场地，效率低。 2.传统的测量方法操作简便，设备简单，但人为因素较高，误差大，效率低，同时不能实现场的在线 100%检测。 3.在线微机检测系统，可以在线测量，而且精度较高，但适应性差，只能接触测量，适用范围减少。 计算机的处理技术是目前圆度误差的非接触检测方法的基础。与传统圆度误差检测方法技术比较， 这种检测技术还处于初步阶段， 技术实施不完善。但它有很多的优点： 1.视觉检测系统柔性度高， 可以通过变化组合不同的模块模板， 适应不同的应用； 2.视觉检测速度较快 ， 精度高， 受环境影

4、响小； 3.视觉检测适合在线 100%的检测， 提高生产效率， 扩大使用范围；4.视觉检测系统成本低， 适于中小型企业； 现在，考虑到回转体直径大于 500 毫米，甚至几米，一般的圆度测量仪无法完成其检测的问题和圆度误差的非接触检测方法的优点，非接触激光圆度仪也研究成功，该仪器是采用激光狭缝扫描原理和光电传感技术，通过电子学单片机技术进行误差及数据处理，从而实现圆度测量误差。该仪器是利用光学窗口与工件边缘形成的狭缝，对扫描光的通过和遮断而产生的光强调制作用来测量的。非接触激光圆度测量仪测量范围大、精度高、功能多，而且实现了非接触测量。 一、圆度误差的检测 形状误差是指被测实际要素对其理想要素的

5、变动量。如果被测实际要素与其理想要素相比较能完全重合，表明形状误差为零；如有偏离，表明有形状误差，其偏离的程度就是该实际要素的形状误差值。 圆度误差是指在回转体同一横截面内，被测实际圆对理想圆的变动量，而理想圆的选择应使变动量为最小。 对于任何测量过程来说，由于计量器具和测量条件的限制，不可避免的会出现或大或小的测量误差。 由于测量误差的存在，测量值只能近似的反映被测几何量的真值。为了尽量减小测量误差，就必须仔细分析产生测量误差的原因，归结下来主要由以下几方面： 1.计量器具的误差 计量器具的误差是指计量器具本身所具有的误差，包括计量器具的设计、制造、和使用过程中的各项误差，这些误差的总和反映

6、在示值误差和测量的重复性上。 2.方法误差 方法误差是指测量方法的不完善（包括计算公式不准确，测量方法选择不当，工件安装、定位不准确）引起的误差。 3.环境误差 环境误差是指测量时环境条件所引起的误差，如：温度、湿度、气压、电磁场等产生的误差，其中温度影响最为突出。 4.人员误差 人员误差是指测量时人员人为的差错，如，测量瞄准不准确、估读等产生的误差。 圆度误差产生的原因大多可以归为以下六种：机床主轴回转精度的影响；夹具的影响；工件的影响（如工件材料硬度的影响） ；外力的原因（如夹紧力、传动力、惯性力） ；零件的内应力；工艺原因。 圆度误差就是在垂直于回转体轴线截面（即正截面）上的轮廓对其理想

7、圆的变动量，是以半径差来计量的。机械零件回转表面正截面轮廓的圆度误差对机器和仪器的功能有直接的影响，因此，在设计机器和仪器时，根据零件的功能要求，要给定适宜的公差。而完工零件的圆度误差是否被控制在给定的公差之内，需要通过测量加以判定。因此，对回转体零件的典型截面进行圆度误差测量是检验该类零件加工质量的重要指标之一。圆度误差的评定与检测随着现代制造技术、现代误差理论及电子技术的发展而日趋完善。数十年来，国内外许多专家学者一直致力于此方面的研究，取得了很大的成果，但距该问题的完满解决仍有一定的差距。 二、圆度误差的评定 随着现代生产技术水平的日益提高，对机械零件的圆度误差要求亦愈来严格，常用的静态

8、测量圆度误差的手段已显得落伍。按 GB1183-80与 GB1958-80 规定：圆度公差是在同一正截面上半径差为 T 的两同心圆之间的区域。该定义使误差评定较为直观，在理论上具有唯一性。 圆度误差值的评定方法，按定义应为最小区域法，近似的评定方法有： 1.最小二乘圆法 2.最小外接圆法 3.最大内接圆法 4.最小区域圆法 最小二乘圆是一个穿过测量轮廓的圆，设圆的中心到测量轮廓之间的径向差值的平方和为最小值，以此中心为基准，画出包容圆形图的两个同心圆以半径差作为圆度误差。从误差理论上看，以最小二乘圆作为评定基准是合理的。其特点是圆度误差的数值和中心位置均是唯一的。评定结果不易受到个别大的误差因

9、素的影响，能综合反映实际轮廓的整个情况，并且作为细化项目的基础。 最小外接圆多用于评定轴类零件的圆度误差，而最大内接圆多用于评定孔类零件的圆度误差。它们在道理上是一致的，这里只介绍最大内接圆法。最大内接圆是指内接于实际被测轮廓的可能最大圆。用最大内接圆法评定圆度误差，是指把被测实际圆的最大内接圆作为内包容圆，以最大内接圆的圆心为中心，做出被测实际圆的外包容圆（此圆与被测实际圆最少有一点接触） ，将这样两个同心圆的半径差作为被测实际圆的圆度误差。最大内接圆的判别标准有两点接触法和三点接触法。两点接触法要求接触的两点刚好在一条直线上。三点接触法要求接触的三个点连接起来构成锐角三角形。 所谓最小区域

10、，是指包容被测实际要素时，具有最小宽度或直径的包容区域，各项形状误差最小区域的形状，分别与其公差带形状一致，其宽度或直径决定于对被测实际要素本身的要求。形状误差评定实质上是一个非线性最优化问题，目前仍然是计量领域的一个研究热点。最小区域中心是两个同心圆的圆心，他们包容同一测量轮廓且半径差是最小的，其半径差即为圆度误差，这是按最小条件原则评定的方法。形状和位置公差国家标准规定，最小条件是评定形状误差的基本原则。圆度误差按这一原则的判别准则为：两同心圆包括被测实际轮廓，至少应有内外交替四点接触。此时，两最内点的连线与两最外点的连线相交叉。 实验证明，最小区域法的测量值是最小的，最小二乘圆法稍次之，

11、而其它两种方法较大，但都应保证这四种方法评定值在（-10%+10%）之内变化。 随着圆度误差检测技术的不断提高， 计算机视觉技术的不断完善， 微机图像处理技术的不断发展， 实现非接触的在线圆度误差检测系统是历史发展的必然。对于将来的圆度误差的测量中，对于大型 、长轴零件的圆度检测方法的研究，对计算机视觉的圆度检测技术的深入将是圆度误差的研究方向和重点。 参考文献 1 田村秀行.计算机图像处理.北京.科学出版社.2004：117-175 2 Gonzalez.数字图像处理（英文版）.北京.电子工业出版社.2002：519-560 作者： 武丽娜：（1975-） ，女，内蒙古包头人，包头市产品质量计量检测所工程师，研究方向：力学计量。 高君斌：（1976-） ，男，内蒙古包头人，包头市产品质量计量检测所工程师，研究方向：计量检验。