導軌直線度誤差的測量

摘 要：導軌直線度誤差的大小直接影響到工件的加工精度，文章采用了簡單而容易操作的導軌直線度誤差測量方案。把激光傳感器安裝在測距裝置上，使之沿著工作臺移動，工作臺和被測導軌放在同一平板上，以保證有共同的測量基準。將測得的數據用最小包容區域法做出評定，同時用matlab對數據進行精確的處理，由此便實現了對導軌快速、精確的測量。

關鍵詞：導軌直線度；激光傳感器；最小區域法

引言

隨著科學技術的不斷創新與發展，對各領域生產過程中的形位參數精度要求越來越嚴格了。導軌直線度作為形位誤差之一，直接影響到了生產零件的精度、性能、質量及沿導軌運動的運動精度。

非接觸的測量技術避免了許多傳統接觸式測量的缺點，而且也擴大了測量的范圍。所以，對導軌直線度誤差的非接觸式測量的研究具有深遠而重大的意義，提高導軌直線度的精確度能改善加工、運動以及測量的精確度。測量運動中導軌的直線度誤差技術的開發與不斷優化將會給測量技術開辟更加光明的前進道路。

1 直線度誤差的概念及現狀

直線度誤差就是被測線相對于理想直線的變動量， 就國內外直線度測量現狀來看，精度低于0.5um/m的劃分為一般精度，高于0.5um/m劃分為高精度，高于0.1um/m就進入世界先進水平。

2 導軌直線度誤差的測量方法

按測量器具是否直接與被測導軌接觸分類，導軌直線度誤差的測量方法分為接觸式和非接觸式測量。接觸式測量主要有：跨步儀法、平尺法、千分表法、水平儀檢驗法、拉鋼絲法和測微儀法等。非接觸導軌直線度測量方法有：激光準直儀法、雙頻激光準直儀法、激光干涉法、基于偏振干涉原理的線偏振光橫向調制光束測量直線度、圖像法等。非接觸測量法的前兩種方法在測量過程中的操作量是很大的，而且技術要求也比較高，在一般的實驗室里是不可能實現的。另外，以上兩種測量方法在經濟要求上也比較高。基于以上原因，文章提出了一種易于在一般實驗室里實現的導軌直線度誤差的非接觸測量方法。

3 直線度誤差的評定

常用的直線度誤差評定方法有如下三種：兩端點連線法、最小二乘法、最小包容區域法。基于對三種評定方法的認知，可以總結出以下結論：由上述內容可以總結出三種評定直線度誤差方法的特點。兩端點連線法獲得的理想直線不能滿足最小條件，導致評定結果精確度不高。 最小二乘法本身存在較大的運算量，自然會存在計算誤差，這直接影響到了直線度誤差評定的準確性。最小區域法是國標評定直線度的評定方法，與以上兩種評定法相比，最小區域法的評定結果更精確，更接近于被測線的實際直線度誤差。基于此，文章就運用了最小區域法來評定導軌的直線度誤差。

4 導軌直線度誤差的測量方案

基于對傳統導軌直線度誤差的認知和分析，發現有許多操作上和測量精度上的不足，因此文章提出了一種易于在一般實驗室里實現的、精度相比之下較理想的導軌直線度誤差的非接觸測量方法，該法直接應用了現代科技的優秀成果，即用帶數顯設備的激光傳感器測量導軌直線度誤差的原始數據，因此重點在于測量裝置的設計和導軌直線度的評定。本測量方案用的測量儀是激光傳感器，它是一種結合激光和傳感器的優質性能而制造的高精度測量儀，比一般測距儀量程大、速度快、精度高，因此在測量領域中廣受歡迎。

4.1 測量裝置及測量方法

激光傳感器測量導軌直線度誤差的主要零件有：標準平板，其作用是保證工作臺和被測導軌在同一基準面上；工作臺，在測量過程中支撐測量裝置；螺栓和螺母起傳動和固定作用；滑塊上開有配合帶有螺桿的滑塊的槽，使得其他結構在其上面滑動；墊片和螺母一起將其他零件固定在某一位置上；裝激光傳感器的結構；被測導軌。

測量時，先將被測導軌放在平板上一合適位置，然后根據導軌的位置移動滑塊和測量儀，使得導軌寬度在傳感器的測量范圍內，移動到合適位置后用墊片和螺母一起將滑塊固定。然后將裝有測量儀的結構調整在符合測量儀范圍內的一個合適的垂直位置上，用螺母將其固定。之后調整裝測量儀盒的結構在水平面內的位置，使其與被測導軌在空間內相互垂直。調好后用螺釘固定。最后確定激光傳感器一個位置，使滑塊沿著工作臺移動，移動時，每隔一定的距離記錄一次測量導軌的數據，這樣就實現了對導軌直線度原始數據的采集。

4.2 評定方案

通過比較，用最小區域法評定直線度誤差的優越性更強，所以以下將用該法來評定導軌的直線度誤差。文章給出一種用matlab實現最小區域法評定導軌直線度誤差的方法。用最小區域法評定直線度誤差就是包容找被測線的最短距離的兩條平行線，因此直線度誤差的獲得可以轉化成求最小值的問題。直線在平面中的直線方程可寫成：

參考文獻

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