[发明专利]一种形位公差测量方法

说明书

技术领域

本发明提出一种公差测量方法，特别是涉及一种形位公差的测量方法。

背景技术

形位公差包括直线度、平面度、垂直度、圆跳动等。形位公差对于保证零件质量具有重要意义，如径向圆跳动公差过大极易导致动不平衡的出现，并使零件和支撑轴承等磨损乃至损坏。目前普遍采用的形位公差测量方法主要是机械式百分表。百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动,将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。主要用于测量制件的尺寸和形状、位置误差等。分度值为0.01毫米,测量范围为0-3、0-5、0-10毫米。百分表需要接触零件表面进行测量，测量结果直观，但测量效率低，精度有限。

近年来，也有采用光学方法测量形位公差的，光学测量精度高，对操作环境要求高，使用不便，成本也很高。

霍尔效应发现至今已一百多年，而投入实际应用则是最近三十年的事。今天，霍尔元件已经广泛于工业领域，包括汽车、计算机和飞机等。霍尔传感器测量精度高、可靠性好，可用于位移测量、转速测量、位置监测等。霍尔传感器可以测量微小位移，但测量范围窄，且测量位移时需要复杂的调零操作。

发明内容

百分表属于机械测量，需要利用探针等直接接触被测零件表面，这是其效率低下的主要原因，无法在整个区域内作全面检测，一般只能选取几个点检测然后取最大差值，精度不高。直接接触还可能会伤及零件表面。光学测量虽然为非接触测量，但操作不便，成本昂贵。

本发明采用霍尔传感器检测形位公差，霍尔传感器不需要与零件表面直接接触，且霍尔传感器本身的特性决定了其更适合测量微小位移的相对变化量，也就是更适合公差的测量，具有成本低，操作简单，重复性好，精度也比较高，对使用环境无特殊要求等优点。

参照图1，在工作台上安装好被测零件。采用具有线性输出的霍尔传感器，传感器周围布置有永久磁铁或电磁铁，用一壳体将传感器和磁铁固定，确保主磁通穿过传感器，且传感器不处于饱和状态，传感器与磁铁的具体距离与磁铁的磁场强度有关。传感器壳体固定在保持架上，保持架安装在支座上，并能在支座上调节。传感器通过导线与信号处理与显示单元连接。

该装置在测量之前应进行校准，但并不是每次测量都需要校准。具体的校准步骤如下：

1、  在某滑动导轨上安装一表面光滑且平整的试块，固定传感器与之垂直相对，调节传感器和试块间隙至2毫米；

2、  缓慢移动试块，记录试块位置与对应的输出电压，绘出试块位置与输出电压的关系曲线，该曲线在某一区间内应为近似直线；

3、  信号处理与显示单元记录试块位置变化区间，并拟合出近似直线段的曲线，用公式Y=KX+b表示，可得△X/△Y=K，即位置的变化量与电压的变化量为定值K。将该数据存入到信号处理与显示单元。

具体的测量步骤如下：

1、  固定被测零件或传感器，确保除零件表面形貌的变化外，不应有其它可能影响传感器输出电压变化的因素；

2、  调整传感器和被测零件之间的位置关系和间隙，使传感器垂直于被测零件表面，并保证传感器工作在合适的线性范围（由校准试块位置变化区间决定）；

3、  使霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动，由于被测零件会有一定的形位公差，传感器与被测零件的间隙发生改变，传感器上的输出电压也随之变化；

4、  信号处理与显示单元记录传感器输出电压信号，根据形位公差计算公式和校准数据，计算并显示被测零件的形位公差。

本方法的测量原理是：霍尔线性传感器布置于被测的铁磁性零件与磁铁之间，当霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动时，由于零件表面形貌的变化，磁铁和被测零件的间隙产生变化，磁铁周围的磁场强度会随之按一定规律变化。霍尔线性传感器感应到磁场强度的变化，并在一定范围线性地反映为电压的变化。因此零件表面形貌的变化最终反映为电压的变化。在线性范围内，不必考虑电压信号对应的传感器绝对位置，仅根据获取的电压信号的变化量，结合校准数据和公差公式，即可以得出被测零件的形位公差。通过采用不同的安装方法，所能测量的形位公差包括：直线度、平面度、圆柱度、垂直度、平行度、径向圆跳动和端面圆跳动。

相对于目前使用最广泛的百分表，有以下优点：

1、  不需要与零件表面直接接触，实现了非接触公差测量；

2、  能够对零件表面进行连续测量，测量效率高；

3、  测量精度高，经过补偿后精度可达1微米；

4、  能够实现自动测量。

相对于光学测量的方法，该发明具有以下优点：

1、  测量操作简单，不需特殊的使用培训；