精密測量技術應用！

內弧半徑怎麼測量

產品的精度提高後，需要高精度的測量儀器進行檢測，對於測量精度和自動化程度高的儀器，在使用中必須要結合實際情況，進行分析，同時必須對測量結果進行計算和比對。

本文結合實際的工作經驗，對運用測量儀器解決實際測量難題和測量結果的分析和判斷做了較詳細的論述，為今後在使用儀器檢測程式、方法和結果的判斷提供了參考。

關鍵詞：精密測量、儀器裝置、檢測

現代精密測量技術是一門集光學、電子、感測器、影象、製造及計算機技術的綜合性交叉學科，在現代工業製造和科學研究中，測量儀器具有精密化、整合化、智慧化的發展趨勢。三座標、影像測量儀、圓柱度儀和經數字化改造後的萬能工具顯微鏡已得到廣泛應用，它們幾乎可以對生產中的所有三維、二維複雜零件尺寸，形狀和相互位置進行高準確度測量。

每一種測量儀器均有其使用特點，作為精密測量人員不僅應當熟悉每一種測量儀器的正確使用，還應掌握其應用技巧，解決各種測量中遇到的問題，下面是我在測量工作中的一些應用方法。

一、影像測量儀在檢測圓弧類產品、量具中的應用

隨著我公司新產品更新換代速度的逐步加快，產品的設計加工、精度均有了較大提高，相應的產品的尺寸精度同樣提高了許多，在我公司的許多軍、民品中的圓弧測量需要使用各種複雜圓弧樣板或進行直接測量，對圓弧的外形、尺寸精度等都有了較高要求。

按照常用檢測方法可以分為兩種，一是使用三座標測量，眾所周知，對於短圓弧大半徑的檢測是公認的測量難題，使用三座標不僅需要樣板圓弧面要有較高的表面粗糙度（一般Ra≤0。8μm），而且圓弧部分對應圓心角要大於60°，這樣才能保證測量結果的準確性，二是使用投影儀對被測圓弧進行比較測量，而由於繪製出的標準線存在誤差，被測圓弧公差達到±0。02㎜，在人為比對時，根本無法判斷被測圓弧的測量結果，因此急需找出新的測量方法來完成此類量具的檢測任務。

經過大量實踐摸索，我們採用影像測量儀進行檢測。TESA VISIO300影像測量儀是基於工具顯微鏡和投影儀發展起來的新一代的測量裝置，具有更高的操作方便性和更高的效率。基本原理是將零件光學放大後透過CCD相機抓取照片傳輸到計算機，然後透過專業的軟體進行資料分析和處理，輔以測量軟體對被測元素進行評價，並可在評價中自動剔除毛刺點，從而得到結果。

其測量範圍200×300mm（X/Y）。精度可達（2。4+4L/1000）um。完全能夠滿足量具精度要求。根據圓弧樣板外形特點及尺寸要求，我們將圓弧樣板的測量分為四類。

1．預置圓心法：利用其他外形尺寸確定圓心，透過採集圓弧上不同位置測量點，測量出該測量點到圓心的距離，即為圓弧半徑。

如圖1所示，R100圓弧對應圓心角為25°，直接測量時，測量結果分佈在R98～R103之間，重複性差，測量結果不確定度達到2㎜，根本無法滿足圖紙設計尺寸公差要求。

然而此類圓弧樣板可以從圖紙中找到的圓心位置是與兩邊交點重合。因此採用預置圓心測量方法，在兩邊夾角合格的情況下，找出兩邊交點，將此交點作為圓心，再於園弧部分處找出若干（一般均部取五個）測量點，透過分別求測量點至交點的距離即為圓弧半徑，並與標稱半徑值比較，判斷該圓弧半徑偏差是否在公差範圍內。經過測量，所得半徑值偏差為±0。02㎜，測量不確定度為0。01㎜，完全能夠滿足檢測要求。同理兩孔位置處的半徑值R95也可以此判斷。

圖1

2．轉換切點：根據量具圖紙設計要求，將所測切點位置轉換為相應圓心或垂足點位置。

如圖2所示，該類樣板大多由圓弧與圓弧，圓弧與直線間相切形成，要求測量切點位置尺寸11±0。02和20。88±0。02。而在測量過程中如果按照通常測量方法就會發現在透過直線與圓弧找切點時，裝置根本無法做到，一種是直線與圓弧相離，另一種是直線與圓弧相交為兩個交點，形不成切點無法進行檢測。

因此針對這一問題，透過合理轉換測量點的位置，也就是利用圓心在座標系中沿直線方向的位置座標代替切點位置，或者透過軟體做一條過圓心且與直線相垂直的直線，並用此兩條直線交點作為切點位置進行測量，透過實際檢測，這兩種方法所得測量結果基本一致，雖然每次被測圓弧半徑值不同，但對測量結果影響很小，測量結果偏差在0。01mm之內。這兩種方法均提高了資料的一致性，保證了測量結果的準確性。

圖2

3．標準圓法：即利用電腦軟體功能，繪製上下極限標準圓，用被測圓弧與標準圓進行比較。

如圖3所示，還有許多被測圓弧很短，公差也很小（達到±0。02㎜），而且無法藉助其他條件確定圓心位置，因此採用標準圓法，透過被測圓弧與電腦上生成理論圓弧，根據半徑公差給出最大最小圓弧與實際顯示出的圓弧部分進行比對，此法雖然不能直接得出被測圓弧半徑值，但可以判斷出該圓弧半徑是否合格。

圖3

4、平移圓心法：對於在第三種方法中的圓弧，當需要給出測量值和圓心位置時可以用此方法。如圖4所示

。

圖4

透過影像測量儀在對圓弧進行初步測量後，利用圓弧自身的測量點，確定出空間理論圓心點的位置座標，在測量圓弧上任一點與理論圓心點間距離來確定被測圓弧半徑，實際檢測後證明該方法切實有效，使該類樣板檢測準確率大大提高。

同理，三座標測量機使用這種方法，也可以解決此類小圓弧大半徑類的圓弧零件檢測，以及這類球體半徑的檢測。

透過利用影像測量儀對以上四種圓弧測量方法的綜合運用，有效解決了樣板類零件的圓弧測量難題，為公司各類軍、民品的生產提供了更好的服務。

二、圓柱度儀在形位尺寸檢測中的應用

對於各類迴轉體類零件的形位尺寸檢測通常採用的測量儀器為三座標測量機或圓柱度儀進行直接或間接測量。但在測量精度要求較高的情況下往往會因為有些零件測量基準短，被測元素距離遠而產生較大測量誤差，（影象不方便列出。見諒）

該零件形位尺寸要求達到0。025㎜，在直接按圖紙要求測量時，發現無論是用三座標還是圓柱度儀都存在測量結果明顯偏大，測量重複性差的現象，測量結果偏差達到0。05～0。10㎜。

用過分析後認為：三座標測量機、圓柱度儀測控檢點精度很高，但並不等於對具體的物件（如圓弧）所作的結論精度也很高。這是因為從點座標到具體物件所需的結論引數有一個計算過程，測量結果是透過數學方法產生的。

為了評價測量點誤差對被測結果的影響，這裡採用“敏感係數”來量化的表示結論和初始引數之間的關係。由於該零件屬於短基準、長距離測量，同軸度、垂直度等形位尺寸對採點的敏感係數很大，如圖5所示：

圖5

透過2～3個截面圓圓心確定的軸線，由於存在被測基準並非理想元素，存在形狀誤差，因此不可能客觀地反映出該基準軸的真正位置，截面圓的採點所確定的軸線只要與實際軸線稍有偏移測量誤差便會成倍放大，而實際中這種情況時不可能避免的。

因此在經過多次改變測量方法試驗後，認為圓柱度儀主要用於測量回轉體的形位尺寸，在測量圓度。圓柱度。同軸度。跳動。垂直。平面度等方面有其他檢測裝置不可替代的優勢，確定使用圓柱度儀來進行形位尺寸的檢測，透過轉換測量基準，即在圓柱度儀上對零件調心調平後，使用圓柱度儀立柱主軸作為測量基準，分別求出各對應元素的形位尺寸及原基準對現基準（圓柱度儀立柱主軸）的同軸度， 透過這種改進的測量方法，各元素形位尺寸測量結果重複性達到0。01㎜，從而較真實反映出了該零件各部位間的位置關係，為零件的實際狀態，提供了較為準確的資料依據。

另外在使用圓柱度儀對零件形位誤差檢測時可在電腦影象上清晰反映出的被測元素形狀誤差示意圖，透過多個零件的複測，規律比較，借用生產工藝進行了工藝，工裝及夾緊位置的分析，並對前一道工序的毛胚進行比對，即可把第一手資料報告給有關技術人員，為零件加工工藝編制提供了準確的依據。

三、細長圓柱母線直線度的測量

在對細長圓柱測量其母線直線度時，由於其外觀細長，精度要求高（直線度達到0。01㎜），採用三座標、圓柱度儀檢測均有其侷限性，而且測量過程繁瑣，採用平臺測量方法是需要測量人員要有較高的經驗技術，而且不能得到確切資料。

因此我採用萬工顯測量其橫縱座標值，如圖6所示，透過作圖得到該圓柱母線直線度，測量資料處理見圖7，可採用最小區域法評定直線度誤差。隨後轉過90°重複上次測量，取兩次中的最大值作為直線度測量結果。

這種測量方法不僅完全符合直線度概念同時測量簡便快捷。

圖6

圖7