雷慶滿

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007)

0 引言

對于直徑的測量，目前有著各式各樣的測量方式和工具，接觸式或非接觸式都有涉及。直徑在反映被測物件的固有特征的同時，其測量結(jié)果與其他形位公差間具有很大的聯(lián)系。

本文在讀數(shù)型直徑檢具測量原理基礎上，根據(jù)圓度、直線度、圓柱度的相關(guān)定義簡述了這三種形位特征與直徑測量的相關(guān)性，并介紹了利用直徑的數(shù)值計算這三種形位公差的方法。

1 直徑測量

按測量原理，可將常用直徑測量方式分為兩種：

(1) 最小二乘圓法：該方法是利用被測件某個截面的大量輪廓點的坐標來進行最小二乘法擬合圓計算，從而求出其圓心和半徑[1]，則所得擬合圓的直徑即為所測直徑，如圖1所示。該方法較為復雜，需進行相對復雜數(shù)據(jù)計算，不便于一般的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，所以一般在計算機輔助設備上使用，如圓度儀、三坐標測量機等。其優(yōu)點可以將測量誤差最小化從而得到最優(yōu)的結(jié)果，所以很多高精度要求的形位公差的計算方式都是基于最小二乘圓法進行計算的。

圖1 最小二乘法擬合圓

(2) 直接對外圓壁或內(nèi)圓壁進行兩端點距離測量來獲取直徑(見圖2)，如測長機、千分尺等。該方法由于受被測件放置條件的影響，需要對裝夾位置進行微調(diào)以獲取相應的“轉(zhuǎn)折點”，所以測量速度較慢。

圖2 常用圓柱件外徑和內(nèi)徑的測量方式

在批量生產(chǎn)中有一種常用的讀數(shù)型檢具，測量原理與上面介紹的第二種方法類似，是利用檢具圓周上的兩測點進行測量，檢具在設計時保證測點位置與圓心在同一直線上，通過氣動或電子傳感器獲得相應接觸位置(被測件)的數(shù)值，來計算兩測點間的距離從而獲得直徑結(jié)果，如圖3所示。該方法能比較快捷地得出直徑數(shù)值。

圖3 讀數(shù)型直徑檢具的常見結(jié)構(gòu)

利用讀數(shù)型檢具的計數(shù)特點，我們可以使用這種直徑檢具進行內(nèi)孔(或柱面體)的圓度、直線度、圓柱度輪廓數(shù)據(jù)輸出，減少大型復雜設備的使用，從而快速獲得相應的數(shù)值結(jié)果。

2 圓度測量

根據(jù)圓度的測量定義，參考GB/T 1958-2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)形狀和位置公差檢測規(guī)定，我們需要測出所求截面上相對于旋轉(zhuǎn)中心最近與最遠距離的點的數(shù)值。

在此可以使用具有記錄最大(或小)值功能的讀數(shù)型檢具進行實時測量。首先將讀數(shù)型直徑檢具在被測截面旋轉(zhuǎn)一周(見圖4)，然后記錄其中的最大直徑及最小直徑值，它們之差的一半可看作是被測截面的圓度[2]，即相對于旋轉(zhuǎn)中心的最長距離R1與最短距離R2(見圖5)，其差值t即可認為是被測位置的圓度。

圖4 截面輪廓數(shù)據(jù)采集方式

圖5 被測截面圓度示意圖

3 直線度測量

對于直線度，根據(jù)測量定義，參考GB/T 1958-2004產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)形狀和位置公差檢測規(guī)定，我們需要使用檢具測出柱面體上不同素線的直徑值，其中直徑最大值與最小值之差的一半可作為被測物體的直線度，即相對于檢具中心的最長L1與最短L2的距離(見圖6)，其差值t可認為是被測位置的直線度。

圖6 素線輪廓數(shù)據(jù)采集方式及其計算示意圖

4 圓柱度測量

圓柱度可視為圓度與直線度的組合體，即圓柱度為圓度在不同截面上的綜合體現(xiàn)。因而在做圓柱度測量時，我們可以在轉(zhuǎn)動檢具的同時也將其向上或向下移動，即測頭做螺旋線運動(也可在不同高度截面固定地進行輪廓數(shù)據(jù)采集)，在整個運動過程中，選取檢具獲得的直徑讀數(shù)的最大值與最小值，它們之差的一半即可視為被測物體的圓柱度，如圖7所示。

圖7 柱面體輪廓數(shù)據(jù)采集方式及其計算示意圖

5 小結(jié)

本文所述為相關(guān)形位特征的近似算法，適用于測量點離散性不大的輪廓中，特別是在有限的條件或者精度要求不是很高的情況下，常見的讀數(shù)型直徑檢具可近似獲得符合要求的測量結(jié)果。相較于其局限性而言，本文所述方法易于實現(xiàn)，非常適合初學者對于這些形位特征的理解。