平面度誤差測量數(shù)據(jù)處理

1、平面度誤差測量數(shù)據(jù)處理。在大中專學(xué)校機(jī)械類各專業(yè)中，互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，該課 程內(nèi)容十分豐富，而教學(xué)課時相對較少，許多重點和難點內(nèi)容難以作詳細(xì)講解。其中形位公 差與技術(shù)測量的內(nèi)容學(xué)生理解掌握更為困難，在四項形位公差中，直線度與平面度誤差的測 量是一般機(jī)械制造行業(yè)主要的檢測項目，故要求學(xué)生重點學(xué)習(xí)和掌握。直線度誤差的測量相 對較為簡單，而平面度誤差的測量及數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜，且理解困難。本文僅對平面度誤差 的測量和數(shù)據(jù)處理作較為詳細(xì)的介紹，希冀初學(xué)者能盡快掌握這一重點和難點內(nèi)容。一、平面度誤差的測量平面度誤差是指被測實際表面對其理想平面的變動量。平面度誤差是將被測實際表面與

2、理想平面進(jìn)行比較，兩者之間的線值距離即為平面度誤差 值；或通過測量實際表面上若干點的相對高度差，再換算以線值表示的平面度誤差值。平面度誤差測量的常用方法有如下幾種：1、平晶干涉法：用光學(xué)平晶的工作面體現(xiàn)理想平面，直接以干涉條紋的彎曲程度確定被測 表面的平面度誤差值。主要用于測量小平面，如量規(guī)的工作面和千分尺測頭測量面的平面度 誤差。2、打表測量法：打表測量法是將被測零件和測微計放在標(biāo)準(zhǔn)平板上，以標(biāo)準(zhǔn)平板作為測量 基準(zhǔn)面，用測微計沿實際表面逐點或沿幾條直線方向進(jìn)行測量。打表測量法按評定基準(zhǔn)面分 為三點法和對角線法:三點法是用被測實際表面上相距最遠(yuǎn)的三點所決定的理想平面作為評 定基準(zhǔn)面，實測時先將

3、被測實際表面上相距最遠(yuǎn)的三點調(diào)整到與標(biāo)準(zhǔn)平板等高；對角線法實 測時先將實際表面上的四個角點按對角線調(diào)整到兩兩等高。然后用測微計進(jìn)行測量，測微計 在整個實際表面上測得的最大變動量即為該實際表面的平面度誤差。3、液平面法：液平面法是用液平面作為測量基準(zhǔn)面，液平面由“連通罐”內(nèi)的液面構(gòu)成， 然后用傳感器進(jìn)行測量。此法主要用于測量大平面的平面度誤差。4、光束平面法：光束平面法是采用準(zhǔn)值望遠(yuǎn)鏡和瞄準(zhǔn)靶鏡進(jìn)行測量，選擇實際表面上相距 最遠(yuǎn)的三個點形成的光束平面作為平面度誤差的測量基準(zhǔn)面。除上述方法可測量平面度誤差外，還有采用平面干涉儀、水平儀、自準(zhǔn)直儀等用于測量大型 平面的平面度誤差。二、平面度誤差的評定

4、方法平面度誤差的評定方法有：三遠(yuǎn)點法、對角線法、最小二乘法和最小區(qū)域法等四種。1、三遠(yuǎn)點法：是以通過實際被測表面上相距最遠(yuǎn)的三點所組成的平面作為評定基準(zhǔn)面，以 平行于此基準(zhǔn)面，且具有最小距離的兩包容平面間的距離作為平面度誤差值。2、對角線法：是以通過實際被測表面上的一條對角線，且平行于另一條對角線所作的評定 基準(zhǔn)面，以平行于此基準(zhǔn)面且具有最小距離的兩包容平面間的距離作為平面度誤差值。3、最小二乘法：是以實際被測表面的最小二乘平面作為評定基準(zhǔn)面，以平行于最小二乘平 面，且具有最小距離的兩包容平面間的距離作為平面度誤差值。最小二乘平面是使實際被測 表面上各點與該平面的距離的平方和為最小的平面。此法

5、計算較為復(fù)雜，一般均需計算機(jī)處 理。4、最小區(qū)域法：是以包容實際被測表面的最小包容區(qū)域的寬度作為平面度誤差值，是符合 平面度誤差定義的評定方法。三、平面度誤差的數(shù)據(jù)處理由上述平面度誤差的測量方法和評定方法闡述可知，測量方法和評定方法不同，數(shù)據(jù)處理的 方法也不相同。選定某一測量方法和評定方法，可能直接得到實際表面的平面度誤差值，如 采用打表法進(jìn)行測量，再用對角線法評定其平面度誤差，則可不必進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可直接得 到測量結(jié)果；采用水平儀進(jìn)行測量，則不論采用何種評定方法，均需進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；而對于 任何一種測量方法，如果按最小區(qū)域法來評定其平面度誤差，都必須進(jìn)行數(shù)據(jù)處理才能得到 平面度誤差值。另外，還

6、應(yīng)注意到，測量基準(zhǔn)面和評定基準(zhǔn)面一般是不重合的（或說不平行的）。尤其是符 合最小條件的評定基準(zhǔn)面的位置是按實際表面的形狀確定的，不可能在測量之前預(yù)先確定， 如圖一所示。且測量所得到的原始數(shù)據(jù)中的最大值與最小值并不一定是實際表面上的最高點 和最低點，故在數(shù)據(jù)處理之前，一般應(yīng)根據(jù)所測數(shù)據(jù)對實際表面的形狀特征進(jìn)行大致分析， 初步判斷實際表面是凸形、凹形、鞍形或其它復(fù)雜形態(tài)，以免過多重復(fù)計算花費時間，必要 時還可畫出其數(shù)據(jù)空間分布示意圖，進(jìn)而確定其評定基準(zhǔn)面。數(shù)據(jù)處理方法有：解析法、坐標(biāo)變換法和投影作圖法等。其中坐標(biāo)變換法對數(shù)據(jù)處理帶有一 般性，應(yīng)該熟練掌握。坐標(biāo)變換法是將被測實際表面上各點對測量基準(zhǔn)

7、面的坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)換為與評定方法相對應(yīng)的評 定基準(zhǔn)面的坐標(biāo)值。由于評定基準(zhǔn)面的旋轉(zhuǎn)可使各測得值產(chǎn)生不同的變化，從而獲得不同的 評定結(jié)果。坐標(biāo)變換法又稱為旋轉(zhuǎn)法，其實質(zhì)是在測得數(shù)據(jù)上加上一對應(yīng)的等差數(shù)列。各測 點的旋轉(zhuǎn)量如圖二所示。當(dāng)采用最小區(qū)域法評定實際表面的平面度誤差時，最小區(qū)域法判別準(zhǔn)則亦應(yīng)熟練掌握，才能 在數(shù)據(jù)處理之前做到胸有成竹，避免過多重復(fù)計算而少走彎路。平面度最小區(qū)域的判別準(zhǔn)則 是：由兩平行平面包容實際被測要素時，實現(xiàn)至少三點或四點接觸，且具有下列形式之一者， 即為最小區(qū)域2、三遠(yuǎn)點法確定平面度誤差選擇a3、bl、c 2三點組成的三角形作為評定基準(zhǔn)面，采用旋轉(zhuǎn)法將此三點旋轉(zhuǎn)至等高，計算

8、旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn)量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加，可得評定數(shù)據(jù)如圖五所示。建立方程組：解之得：由評定數(shù)據(jù)可知，過最高點b2 =115和最低點a1=0,可作兩包容平面且平行a 3=b1=c3=5組 成的三角形評定基準(zhǔn)面，則被測實際表面的平面度誤差值為：f 2 =115 - 0 =115umo3、最小包容區(qū)域法確定平面度誤差由原始數(shù)據(jù)分析，實際表面為凸型，可實現(xiàn)三角形準(zhǔn)則，今選擇a1、a3、c2三點組成的三 角形平面作為一個包容平面，采用旋轉(zhuǎn)法將此三點旋轉(zhuǎn)至等高，計算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn) 量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加，可得評定數(shù)據(jù)如圖六所示。建立方程組：解之得：由評定數(shù)據(jù)可知，最高點b2 =111.75，

9、最低點a1=a3=c2 =0，其余各點的坐標(biāo)值均在最高點 與最低點之間，過最高點和最低點作兩包容平行平面，符合最小包容區(qū)域的準(zhǔn)則，故被測實 際表面的平面度誤差值為：f3=111.75 - 0=111.75u m.。例二、用水平儀測量某實際表面的平面度誤差，所測數(shù)據(jù)按測量順序累積后，各測點坐標(biāo)值 (單位：um)，如圖七所示，試確定其平面度誤差值。解：采用水平儀測量，不可能直接得到測量結(jié)果，現(xiàn)采用坐標(biāo)變換法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以適用 不同評定方法獲得實際表面的平面度誤差值。1、對角線法確定平面度誤差將兩對角線的測得值旋轉(zhuǎn)至等高，計算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn)量與最大值與最小值可直接得到被測表面的平面度誤差值為

10、：f1= 90-(-50)=140 um。2、三遠(yuǎn)點法確定平面度誤差選擇a3、b1、c 2三點組成的三角形作為評定基準(zhǔn)面，采用旋轉(zhuǎn)法將此三點旋轉(zhuǎn)至等高，計算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn)量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加，可得評定數(shù)據(jù)如圖五所示。由評定數(shù)據(jù)可知，過最高點b2 =115和最低點a1=0,可作兩包容平面且平行a 3=b1=c3=5組 成的三角形評定基準(zhǔn)面，則被測實際表面的平面度誤差值為：f 2 =115 - 0 =115umo 3、最小包容區(qū)域法確定平面度誤差由原始數(shù)據(jù)分析，實際表面為凸型，可實現(xiàn)三角形準(zhǔn)則，今選擇a1、a3、c2三點組成的三 角形平面作為一個包容平面，采用旋轉(zhuǎn)法將此三點旋轉(zhuǎn)至等高，計

11、算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn) 量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加，可得評定數(shù)據(jù)如圖六所示。建立方程組：解之得：1、一個最高（低）點在另一包容平面上的投影位于三個最低（高）點所形成的三角形區(qū)域 內(nèi)，稱為三角形的準(zhǔn)則，如圖三（a）、（b）所示。2、兩個最高點的連線與兩個最低點的連線在包容平面上的投影相交，稱為交叉準(zhǔn)則，如圖 三（c）所示。3、一個最高（低）點在另一個包容平面上的投影位于兩個最低（高）點的連線上，稱為直 線準(zhǔn)則。如圖三（d）所示，直線準(zhǔn)則是三角形準(zhǔn)則和交叉準(zhǔn)則的特殊情況四、舉例例一、用打表法測量某實際表面的平面度誤差數(shù)據(jù)（單位um），如圖四所示，試確定其平 面度誤差值。解：1、對角線法確定平面度誤差

12、因?qū)崪y數(shù)據(jù)兩對角線已等高，不必再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)實測數(shù)據(jù)的由評定數(shù)據(jù)可知，最高 點b2 =111.75，最低點a1=a3=c2 =0，其余各點的坐標(biāo)值均在最高點與最低點之間，過最高 點和最低點作兩包容平行平面，符合最小包容區(qū)域的準(zhǔn)則，故被測實際表面的平面度誤差值 為：f3=111.75 - 0=111.75um.。例二、用水平儀測量某實際表面的平面度誤差，所測數(shù)據(jù)按測量順序累積后，各測點坐標(biāo)值 （單位：um），如圖七所示，試確定其平面度誤差值。解：采用水平儀測量，不可能直接得到測量結(jié)果，現(xiàn)采用坐標(biāo)變換法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以適用 不同評定方法獲得實際表面的平面度誤差值。1、 對角線法確定平面度誤差

13、將兩對角線的測得值旋轉(zhuǎn)至等高，計算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn)量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加， 可得評定數(shù)據(jù)如圖八所示。根據(jù)評定數(shù)據(jù)可得被測實際表面的平面度誤差值為：f 1=37-(-7.5)=44.5rm。2、三遠(yuǎn)點法確定平面度誤差選擇a2、bl、c 3三點組成的三角形作為評定基準(zhǔn)面，采用旋轉(zhuǎn)法將此三點旋轉(zhuǎn)至等高，計 算旋轉(zhuǎn)量，并將各點旋轉(zhuǎn)量與原始數(shù)據(jù)各對應(yīng)點相加，可得評定數(shù)據(jù)如圖九所示。建立方程組：解之得：小包容區(qū)域準(zhǔn)則，不在交叉線上的其余點均可落在此包容區(qū)域內(nèi)， 故實際被測表面的平面度誤差值為：f3=32-(-10)=42umo例三、某被測實際表面的平面度誤差數(shù)據(jù)(單位：rm)，如圖十一所示，數(shù)據(jù)處理

14、采用投 影作圖法，試按最小包容區(qū)域法評定其平面度誤差值。解：投影作圖法實質(zhì)是畫法幾何基礎(chǔ)理論中的投影變換法，其中有換面法和旋轉(zhuǎn)法。將實測 數(shù)據(jù)置于投影體系中，對選定的評定基準(zhǔn)面變換成某投影面的垂直面，即可根據(jù)相應(yīng)的評定 方法確定被測實際表面的平面度誤差值。根據(jù)被測實際表面的原始數(shù)據(jù)判斷為凸形表面，可實現(xiàn)三角形準(zhǔn)則。畫出各測點的空間分布 示意圖，如圖十二所示。選擇a 3、bl、c2三點組成一個三角形包容平面，若過最高點b 2 作另一包容平面，則可實現(xiàn)最小包容區(qū)域準(zhǔn)則。今采用換面法確定其平面度誤差，將各測點向V/H投影體系中進(jìn)行投影，并將a3、bl、c2三點組成的三角形平面變換成V1/H 新投影體系中的垂直面，其余測點都向V1面投影，過最高點b 2作平行線與垂直面平行， 可見其余測點均在兩平