导轨直线度误差的测量

摘 要：导轨直线度误差的大小直接影响到工件的加工精度，文章采用了简单而容易操作的导轨直线度误差测量方案。把激光传感器安装在测距装置上，使之沿着工作台移动，工作台和被测导轨放在同一平板上，以保证有共同的测量基准。将测得的数据用最小包容区域法做出评定，同时用matlab对数据进行精确的处理，由此便实现了对导轨快速、精确的测量。

关键词：导轨直线度；激光传感器；最小区域法

引言

随着科学技术的不断创新与发展，对各领域生产过程中的形位参数精度要求越来越严格了。导轨直线度作为形位误差之一，直接影响到了生产零件的精度、性能、质量及沿导轨运动的运动精度。

非接触的测量技术避免了许多传统接触式测量的缺点，而且也扩大了测量的范围。所以，对导轨直线度误差的非接触式测量的研究具有深远而重大的意义，提高导轨直线度的精确度能改善加工、运动以及测量的精确度。测量运动中导轨的直线度误差技术的开发与不断优化将会给测量技术开辟更加光明的前进道路。

1 直线度误差的概念及现状

直线度误差就是被测线相对于理想直线的变动量， 就国内外直线度测量现状来看，精度低于0.5um/m的划分为一般精度，高于0.5um/m划分为高精度，高于0.1um/m就进入世界先进水平。

2 导轨直线度误差的测量方法

按测量器具是否直接与被测导轨接触分类，导轨直线度误差的测量方法分为接触式和非接触式测量。接触式测量主要有：跨步仪法、平尺法、千分表法、水平仪检验法、拉钢丝法和测微仪法等。非接触导轨直线度测量方法有：激光准直仪法、双频激光准直仪法、激光干涉法、基于偏振干涉原理的线偏振光横向调制光束测量直线度、图像法等。非接触测量法的前两种方法在测量过程中的操作量是很大的，而且技术要求也比较高，在一般的实验室里是不可能实现的。另外，以上两种测量方法在经济要求上也比较高。基于以上原因，文章提出了一种易于在一般实验室里实现的导轨直线度误差的非接触测量方法。

3 直线度误差的评定

常用的直线度误差评定方法有如下三种：两端点连线法、最小二乘法、最小包容区域法。基于对三种评定方法的认知，可以总结出以下结论：由上述内容可以总结出三种评定直线度误差方法的特点。两端点连线法获得的理想直线不能满足最小条件，导致评定结果精确度不高。 最小二乘法本身存在较大的运算量，自然会存在计算误差，这直接影响到了直线度误差评定的准确性。最小区域法是国标评定直线度的评定方法，与以上两种评定法相比，最小区域法的评定结果更精确，更接近于被测线的实际直线度误差。基于此，文章就运用了最小区域法来评定导轨的直线度误差。

4 导轨直线度误差的测量方案

基于对传统导轨直线度误差的认知和分析，发现有许多操作上和测量精度上的不足，因此文章提出了一种易于在一般实验室里实现的、精度相比之下较理想的导轨直线度误差的非接触测量方法，该法直接应用了现代科技的优秀成果，即用带数显设备的激光传感器测量导轨直线度误差的原始数据，因此重点在于测量装置的设计和导轨直线度的评定。本测量方案用的测量仪是激光传感器，它是一种结合激光和传感器的优质性能而制造的高精度测量仪，比一般测距仪量程大、速度快、精度高，因此在测量领域中广受欢迎。

4.1 测量装置及测量方法

激光传感器测量导轨直线度误差的主要零件有：标准平板，其作用是保证工作台和被测导轨在同一基准面上；工作台，在测量过程中支撑测量装置；螺栓和螺母起传动和固定作用；滑块上开有配合带有螺杆的滑块的槽，使得其他结构在其上面滑动；垫片和螺母一起将其他零件固定在某一位置上；装激光传感器的结构；被测导轨。

测量时，先将被测导轨放在平板上一合适位置，然后根据导轨的位置移动滑块和测量仪，使得导轨宽度在传感器的测量范围内，移动到合适位置后用垫片和螺母一起将滑块固定。然后将装有测量仪的结构调整在符合测量仪范围内的一个合适的垂直位置上，用螺母将其固定。之后调整装测量仪盒的结构在水平面内的位置，使其与被测导轨在空间内相互垂直。调好后用螺钉固定。最后确定激光传感器一个位置，使滑块沿着工作台移动，移动时，每隔一定的距离记录一次测量导轨的数据，这样就实现了对导轨直线度原始数据的采集。

4.2 评定方案

通过比较，用最小区域法评定直线度误差的优越性更强，所以以下将用该法来评定导轨的直线度误差。文章给出一种用matlab实现最小区域法评定导轨直线度误差的方法。用最小区域法评定直线度误差就是包容找被测线的最短距离的两条平行线，因此直线度误差的获得可以转化成求最小值的问题。直线在平面中的直线方程可写成：

参考文献

[1]李岩，花国梁.精密测量技术[M].中国计量出版社，2001，8.

[2]赵罘，等.SolidWorks2012中文版基础设计教程[M].清华大学出版社，2012，6.

[3]花世群，落英.基于干涉原理的高精度直线度误差测量[J].中国激光，2006，33（1）.