戈 娟，井溢濤

（1.齊魯工業(yè)大學 機械與汽車工程學院，山東 濟南 250353；2.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250306）

機械加工工業(yè)的快速發(fā)展，對機床精度、穩(wěn)定性都提出了更為嚴格的要求，同時對機床附帶的工具、夾具、刀具也提出了更高要求，同時對與之配套的測量設備也提出了更為苛刻的要求。本論文僅從機床配件-刀具安裝、位置檢測過程中分析可能存在的誤差，對提高整臺機床的精度提供了技術(shù)支持。針對目前國內(nèi)市場上出現(xiàn)的檢測設備基本上是基于計算機、CCD、光學影像于一體的測量設備，這種設備無論是在軟件上還是硬件上都存在相應的誤差[1、2]。

為此，基于機床上的圓柱刀具精確對刀，借助某公司開發(fā)的機床工具測量儀[3]進行誤差分析，根據(jù)在實際使用的過程中存在著軟件及硬件相應的誤差,主要是針對線性尺寸測量時產(chǎn)生的誤差進行分析。以下是從十字光標線、工件軸線的平行度、、及鏡頭放大倍數(shù)三個方面進行誤差分析。

1 十字光標線的誤差

該檢測設備的工作原理是基于光學成像系統(tǒng)，借助光學鏡頭、CCD在電腦上捕捉到被測刀具的影像，通過移動十字光標線的位置獲得測量結(jié)果。十字光標線在電腦屏幕上也是有寬度的，依據(jù)光學鏡頭不同的放大不倍數(shù)測得的線寬也是不一樣的。在測量過程中，選取標準線寬為128。不同的放大倍數(shù)下，十字光標線的線寬也是不同的。本次實驗選取了三種放大倍數(shù)：40×、120×、200×。如表 1 所示。

表1 不同放大倍數(shù)下的線寬值

被測工件在制造過程中，測量精度要求在20um以內(nèi)，測量精度和選取的線寬有直接關系，故理論上線寬越窄誤差越小，然而線寬窄到一定程度，肉眼不易分辨，同樣會帶來較大的誤差。在盡量減小測量人員誤差的前提下，經(jīng)多次試驗，選取標準線寬為128時，放大倍數(shù)為120倍時，進行測量誤差是最小的。

2 被測工件軸線對測量精度的誤差

檢測過程中，選取一把普通圓柱刀具作為標樣，工件圓柱表面V型塊、托架及鎖緊螺釘定位夾緊。如圖1所示，裝夾時因夾緊力位置、方向不同，導致工件軸線與水平線發(fā)生傾斜，傾斜角度為0.7°時，實際值為79.985mm，測量值為79.980mm，測量值比實際值小6μm。被測工件越長，誤差值就越大。所以，測量中應盡可能保證被測工件的軸線水平。

圖1 工件具受力夾緊變形圖

3 放大倍數(shù)對測量精度的誤差

在實際測量中，光學鏡頭的放大倍數(shù)對測量精度也有影響。實驗過程中，我們選擇3種放大倍數(shù)進行6次測量（如表2所示），標準棒階梯長為79.985mm。對數(shù)據(jù)進行分析，如圖2所示。

表2 不同放大倍數(shù)下的測量值

圖2 不同放大倍數(shù)下的測量值

放大倍數(shù)為40×——圖2中線1所示（表3）

平均誤差為：Δ=79.9863-79.985=-0.0013

標準差為:Sn=0.00415

表3 放大倍數(shù)為40×的測量值

放大倍數(shù)為120×——圖中線2所示（表4）

依據(jù)上述公式，可計算出

平均誤差為Δ=79.9852-79.985=0.0002

表4 放大倍數(shù)為120X的測量值

標準差：Sn=0.002

放大倍數(shù)為200×——圖中線3所示（表5）

依據(jù)上述公式，可計算出

平均誤差為Δ=79.9815-79.985=-0.0035

標準差：Sn=0.0027

表5 放大倍數(shù)為200X的測量值

三種放大倍數(shù)下,實測值與標準值的偏差與方差如表6所示。

我們用平均值來反映的這三組數(shù)據(jù)的平均水準，用標準差則是來反應反映這三組數(shù)據(jù)的離散程度，方差越小這組數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，圍繞平均值波動的程度就越小。由上表可知，當放大倍數(shù)為120倍時，平均值越接近實際值，偏差越小，結(jié)果也越穩(wěn)定。

4 結(jié)論

從三個方面分析了檢測裝置的誤差來源，簡單定量分析了三種誤差的大小，最終選出了最優(yōu)組合，為測量人員在今后的測量過程中提供了一個測量依據(jù)，對實際生產(chǎn)有著指導性的意義。

[1]陶志健.刃口鈍化參數(shù)檢測系統(tǒng)設計中關鍵問題的研究[D].大連：大連工業(yè)大學，2011.

[2]武漢大學測繪學院測量平差學科組.誤差理論與測量平差基礎[M].第二版.武漢：武漢大學出版社，2003：12-50.

[3]陳應州.基于圖像處理的幾何參數(shù)測量系統(tǒng)[J].大連輕工業(yè)學院學報，2003，22（4）：293-295.