圆度仪精密立柱的作用及基本要求

　　圆度仪是一种广泛应用于机械工业中测量工件圆度误差的高精度仪器，本文研究的Talyrond73型圆度仪传感器与精密主轴等机械部分仍能满足测量工作的精度要求，但其电气系统的元器件已超过使用寿命，使用故障率高，已无维修价值。在上世纪七、八十年代，我国相关单位进口了大批精密圆度仪，这些圆度仪与本文研究的圆度仪具有相似问题，因此，圆度仪智能化改造的研究具有较大价值。

　　在广泛阅读和深入总结国内外相关资料的基础上，本文研究了圆度仪的工作原理，分析了圆度仪改造前存在的具体问题：由于受当时技术条件的限制，Talyrond73型圆度仪数据记录与误差评定方式使测量工作费时费力，且测量结果受人为因素影响较大，测量准确性不能保证；提出了一种可行的圆度仪改造方案：在保留该圆度仪机械结构的前提下，改进信号调理电路，将测量信号经基于PCI总线插卡形式的数据采集卡采集后传输到计算机。

　　本文给出了评定圆度误差的四种方法：最小二乘圆法(LSC)、最小区域圆法(MZC)、最小外接圆法(MCC)、最大内接圆法(MIC)，详细地推导了圆度误差的四种评定方法对应的算法。

　　本文开发了一种圆度误差评定软件，结合虚拟仪器开发平台 LabVIEW，编制了圆度误差评定软件，实现了圆度误差评定。本文开发了数字滤波器，并给出了有效地抑制数字滤波器边缘效应的方法。圆度误差评定结果以图形化方式输出，实现了测量过程中数据记录、存储的智能化，实现了误差评定的自动化与智能化，提高了圆度误差测量速度。

　　转台式圆度仪是一种用于测量圆度、圆柱度、同轴度等参数的仪器.传统的使用圆度仪测量半径的方法由于操作繁琐、定位精度低,已不适用于大批量生产检测.

　　提出了一种新的测量工装,具有结构简单、使用方便等特点.实践证明,使用新的工装辅助圆度仪进行内孔半径的测试,可以对工件进行较精确的定位,充分发挥圆度仪的精准性,有效避免了因定位误差导致需要重新调整工件位置的困扰,显著提高测量定位精度及工作效率.

　　圆度仪精密立柱的作用：立柱的作用是带动测头在垂直方向作精密的直线运动，其直线精度是微米级的，为满足精度要求，对立柱部件的设计必须提出严格的技术要求。

　　圆度仪立柱的基本要求：

　　1.运动副的结构必须适应于高进度运动。运动副的零件，特别是导轨，工艺性好，便于高精度加工。

　　2.必须保证极高的刚度，减少变形。

　　3.精度稳定性好，主要零件的实效处理要充分，彻底消除内应力，而且零件耐磨性好，不易磨损。

　　4.运动性能好，彻底消除爬行、振动等现象。要解决上述问题，必须在运动副的形式、立柱及导轨的材料、立柱的安装调整等几个方面采取措施。

　　表面质量是零部件的重要特性，在计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。本文对表面粗糙度测量仪在实际使用中的一些具体问题进行了探讨，并提出了解决方案。

　　本文首先对表面粗糙度测量技术的相关背景作了具体详实的介绍；既而对触针式表面粗糙度测量仪的工作原理、组成结构进行了分析，介绍了它们的性能指标和选用参数；然后以HOMMELWERKE T1000型粗糙度轮廓仪为对象，对实际使用中遇到的问题—被测物材料硬度与粗糙度测量结果准确度之间的关系，做了深入的研究，文中基于实验采集的数据，用统计学原理对数据进行了分析，并提出抵消不良因素的解决方案；最后从功能和结构两方面对粗糙度测量仪的改进问题进行了探讨，提出了一些设想。

　　通过对圆柱度测量仪中直行和空间回转复合运动误差对圆柱度测量结果的机理研究,并针对标准圆柱测量的特殊性,提出了一种可实时并完全滤除圆柱度测量仪中直行和空间回转复合运动误差的新的圆柱度误差分离方法.

　　该方法基于同一时刻圆柱度空间复合运动误差在标准器对径处作用方向始终相反而标准器轮廓自身形状不变的特性,通过传感器和误差分离台组合使用、错位叠加,可实时分离出所需的标准器表面轮廓

　　形状信号;该方法从原理上可完全滤除圆柱度仪的系统误差,它的统计特性可降低随机误差的影响.

　　文中针对大型圆柱度仪测控和定位系统涉及的若干理论问题及关键技术展开深入的研究.研究了大尺寸、大载荷及高精度之间的矛盾及由此派生出来的调整分辨力和稳定性等问题:

　　(1)分析并论证此类系统特有的设计原则和方法及其在该仪器中的应用;

　　(2)根据测量系统的干扰现象,提出了抑制环境振动对双静压系统影响的振动模态设计模型

　　(3)建立了调控系统中的机械零部件因力变形而引起的漂移模型以及基准及测量系统误差模型等,从而为后续的关键技术的研究奠定必要的基础.

　　圆度仪是机械工业中应用最广泛的检测回转体零件圆度误差的高精度仪器。

　　目前许多老式进口圆度仪，由于使用时间较长，性能下降，故障增多，甚至无法正常工作。因此，对传统的圆度仪的技术改造便具有重要意义。 计算机技术的飞速发展以及虚拟仪器的产生使测量仪器发生了革命性的变化，在此背景下，开展利用虚拟仪器技术改造现有圆度仪器的研究，不仅是可行的，而且顺应了科技发展的要求。 本课题围绕圆度仪器测控系统改造做了以下主要工作：

　　首先，在广泛阅读和深入总结国内外相关文献资料的基础上，对圆度仪的工作原理进行了研究，并对其进行性能和参数测试，分析了Talycenta圆度仪改造前存在的具体问题，制定可行的改造方案。 其次，将虚拟仪器技术引入圆度仪改造领域，先后选择和设计了虚拟仪器硬件和软件。在硬件方面，保留原有圆度仪的机械结构部分，使用西门子S7-200PLC作为下位机的核心控制器，构建电机控制系统和数据采集系统。在软件设计方面，上位机用在CAT(计算机辅助测试技术)领域广泛采用的美国NI公司的LabVIEW作为圆度仪测控系统软件部分的开发平台，开发LabVIEW与PLC的通信程序，在此基础上搭建圆度仪电机控制和数据采集软件平台。

　　下位机编写PLC与LabVIEW的通信，电机控制以及数据采集的PLC程序。 再次，分析最小二乘圆算法的原理，以此算法评定被测工件圆心与圆度仪转台的偏差，通过调心电机实现调心功能。 最后，用设计的虚拟圆度仪对工件进行实际测试和分析。实验证明本虚拟圆度仪能够满足圆度检测功能的需求，精度上也能达到要求，为在用虚拟仪器改造圆度仪领域，提供了理论和实践依据

　　利用精密轴系中的轴回转一周所形成的圆轨迹（理想圆）与被测圆比较，两圆半径上的差值由电学式长度传感器转换为电信号，经电路处理和电子计算机计算后由显示仪表指示出圆度误差，或由记录器记录出被测圆轮廓图形。回转轴法有传感器回转和工作台回转两种形式。前者适用于高精度圆度测量，后者常用于测量小型工件。按回转轴法设计的圆度测量工具称为圆度仪。

　　常将被测工件置于V形块中进行测量。测量时，使被测工件在V形块中回转一周，从测微仪读出最大示值和最小示值，两示值差之半即为被测工件外圆的圆度误差。此法适用于测量具有奇数棱边形状误差的外圆或内圆，常用2 角为90°、120°或72°、108°的两块V形块分别测量。

　　常用千分尺、比较仪等测量，以被测圆某一截面上各直径间最大差值之半作为此截面的圆度误差。此法适于测量具有偶数棱边形状误差的外圆或内圆。

　　常在投影仪上测量，将被测圆的轮廓影像与绘制在投影屏上的两极限同心圆比较，从而得到被测件的圆度误差。此法适用于测量具有刃口形边缘的小型工件。

　　一般在带有电子计算机的三坐标测量机上测量。按预先选择的直角坐标系统测量出被测圆上若干点的坐标值、，通过电子计算机按所选择的圆度误差评定方法计算出被测圆的圆度误差

　　表面粗糙度是评定工件性能的一项重要指标，直接影响到工件的摩擦系数、抗疲劳能力等性能以及外观，因此，作为测量表面粗糙度的重要仪器，轮廓仪在机床、汽车、仪器仪表等行业中运用广泛。轮廓仪的性能优劣主要取决于测量精度，而信号调理电路的性能以及粗糙度数字滤波器的好坏直接决定着轮廓仪的测量精度。在查阅相关资料的基础上，本文首先对国内外的粗糙度测量技术进行了分析，在此基础上设计了轮廓仪的信号调理电路与数字滤波器，并将所研究的技术运用到了Talysurf5型轮廓仪的改造过程中。

　　对轮廓仪信号调理电路的功能与结构进行了分析，并研制了正弦波振荡电路、交流放大电路、带通滤波电路、量程切换电路、相敏检波电路以及低通滤波电路。研制了模数转换电路以及高精度的参考电压电路。分析了光电耦合抗干扰的原理，并运用光电耦合器来对信号调理电路的模拟部分和数字部分进行隔离。