降低馬爾輪廓儀測量誤差的方法

李惠

摘 要：輪廓儀作為精密測量儀器，主要用來測量各種精密機械零件的輪廓形狀參數，在汽車制造以及鐵路等行業得到了廣泛的應用。輪廓儀在測量過程中，由于儀器不準、測量方法和科學水平的限制，測出的數值和真實值不一致，這就產生了誤差。要獲取準確的高精度的測量結果，就必須盡可能地分析并降低檢測儀器的誤差。本文對馬爾輪廓儀測量誤差進行了分析，探討了降低測量誤差的方法。

關鍵詞：馬爾輪廓儀；測量誤差；降低；方法

中圖分類號：TH741.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0258-01

輪廓儀主要用來測量各種精密機械零件的輪廓形狀參數，如圓弧半徑、直線度、凸度、溝心距、傾斜度、垂直距離、水平距離、臺階等形狀參數。例如汽車零件中的溝槽的槽深、槽寬、倒角（包括倒角位置、倒角尺寸、角度等），圓柱表面素線的直線度等參數。作為精密測量儀器，輪廓儀在汽車制造以及鐵路等行業得到了廣泛的應用。

輪廓儀在測量過程中，由于儀器不準、測量方法和科學水平的限制，測出的數值和真實值不一致，這就產生了誤差。要獲取準確的高精度的測量結果，就必須盡可能地分析并降低檢測儀器的誤差。

1 馬爾輪廓儀測量誤差分析

（1）環境誤差。環境誤差是指馬爾輪廓儀在使用過程中，因輪廓儀所處的環境條件不理想，引起輪廓儀的各項參數發生變化，而導致輪廓儀的測量結果出現誤差。對于這種誤差，有的可以通過專門的設備或計算進行訂證，來加以消除。

（2）系統誤差。輪廓儀在測量時，系統誤差主要是測量原點的定位誤差（e1，e2）和測量坐標系與鏡面坐標系的不重合誤差α，其對面形誤差Pv影響隨頂點曲率c的絕對值、口徑R、偏心率函數K的增大而增大，并且隨定位誤差e1，e2以及不重合誤差α的增大而增大。

（3）觸針引起的測量誤差。針描法測量的原理，是利用一個很尖細的觸針，來感觸被測零件表面的輪廓。觸針的運動要最大限度的把被測零件表面的實際輪廓曲線反映出來，在理論上，觸針尖端圓角的半徑等于零，最為理想。而實際情況是，使用的觸針尖端圓角的半徑不可能等于零，通常都有一定的半徑，因此會引起測量誤差。

（4）測量方向的不同造成的誤差。進行粗糙度測量時，在垂直于加工痕跡的方向上進行，這樣得到的數值最為準確，如果是其他的測量方向會造成誤差。在表面粗糙度評定中，測量時應避開零件表面存在缺陷（劃痕、氣孔、溝槽等）的地方，否則會造成誤差。

（5）測量部位選擇不合理造成的誤差。有些情況下，用同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值會不一樣。連桿大頭孔粗糙度超差，可能是由于測量部位選擇不合理，在有銹蝕的位置測量，而造成了誤差。

2 降低馬爾輪廓儀測量誤差的方法

要提高馬爾輪廓儀測量結果的準確性，除了要正確的操作，還要注意在操作過程中出現的情況，讓輪廓儀在良好的環境下工作。

（1）保持良好的測量環境。測量環境應保持：度20℃±2℃，濕度30～65%。移動測針時應小心，避免撞針。測針及驅動器下方禁止放置任何物品。安裝測頭時，不能對測頭用力過度，裝好后將測頭輕輕地作上下移動，確認在行程內是否能順利移動。檢測輪廓形狀更換測針或桿時，務必對測量力進行調整。將砝碼左邊緣與軸的第4條刻線對齊，轉動軸，左右方向移動，在鎖緊固定螺釘時，目測支臂與檢測器罩蓋保持平衡。再將砝碼向左移動一條刻線。此外，更換支臂或探針后，必須進行校正。

（2）定期對儀器復查檢定。為了保證輪廓儀的使用能達到一定的精確度，要對儀器進行定期復查檢定，得出新的訂正值，以便決定儀器是否使用。沒有檢定證的儀器，或雖有檢定證但已經超檢的儀器都不能正式用于觀測。在測量過程中，要得到高精度的檢測結果，必須找準非球面的旋轉軸心，而且，要保證放置工件的三維平臺與工作臺的平行度。

（3）在不同部位多次測量。在測量粗糙度數值時，應在零件的不同部位上，進行多次測量，并且對多次的結果進行綜合分析與判斷，即16%規則。這個規則所基于的原因是，在一個單位測量距離內粗糙度的偶然超差，并非在所有情況下都會影響到功能適用性。因此，我們需要反復測量一個或多個其它部位，然后對數據進行綜合分析與評價。

（4）降低觸針引起的測量誤差。輪廓儀在測量時，對測量方向上的定位要求的不是很嚴格，可以由軟件的AutoCrest自動尋找最高點以保證測量的矢高要求。Z軸方向的定位誤差對面形檢測精度的影響較明顯，測量時應盡量減小此方向大偏移。不重合誤差α引起的面形誤差隨口徑R的變化率較大，測量時盡可能地減小不重合誤差。

（5）采用三坐標測量裝置測量。采用三坐標測量裝置進行測量時，操作簡單，方便，不需要輪廓的樣板，只需要零件的CAD數學模型，即可完成。因此，該測量方法應用廣泛，可應用于任何場合，而且測量的數據比較可靠，測量結果準確度高。

綜上所述，誤差是不可避免的，但是我們在測量過程中，要根據對輪廓儀的測量誤差分析，采取多種對策，保持良好的測量環境，定期對儀器復查檢定，在不同部位多次測量，降低觸針引起的測量誤差，采用三坐標測量裝置測量，來最大限度的降低馬爾輪廓儀的測量誤差，提高測量結果的可靠性。

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收稿日期：2018-9-10