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摘 要：轮廓仪作为精密测量仪器，主要用来测量各种精密机械零件的轮廓形状参数，在汽车制造以及铁路等行业得到了广泛的应用。轮廓仪在测量过程中，由于仪器不准、测量方法和科学水平的限制，测出的数值和真实值不一致，这就产生了误差。要获取准确的高精度的测量结果，就必须尽可能地分析并降低检测仪器的误差。本文对马尔轮廓仪测量误差进行了分析，探讨了降低测量误差的方法。
关键词：马尔轮廓仪；测量误差；降低；方法
中图分类号：TH741.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0258-01
轮廓仪主要用来测量各种精密机械零件的轮廓形状参数，如圆弧半径、直线度、凸度、沟心距、倾斜度、垂直距离、水平距离、台阶等形状参数。例如汽车零件中的沟槽的槽深、槽宽、倒角（包括倒角位置、倒角尺寸、角度等），圆柱表面素线的直线度等参数。作为精密测量仪器，轮廓仪在汽车制造以及铁路等行业得到了广泛的应用。
轮廓仪在测量过程中，由于仪器不准、测量方法和科学水平的限制，测出的数值和真实值不一致，这就产生了误差。要获取准确的高精度的测量结果，就必须尽可能地分析并降低检测仪器的误差。
1 马尔轮廓仪测量误差分析
（1）环境误差。环境误差是指马尔轮廓仪在使用过程中，因轮廓仪所处的环境条件不理想，引起轮廓仪的各项参数发生变化，而导致轮廓仪的测量结果出现误差。对于这种误差，有的可以通过专门的设备或计算进行订证，来加以消除。
（2）系统误差。轮廓仪在测量时，系统误差主要是测量原点的定位误差（e1，e2）和测量坐标系与镜面坐标系的不重合误差α，其对面形误差Pv影响随顶点曲率c的绝对值、口径R、偏心率函数K的增大而增大，并且随定位误差e1，e2以及不重合误差α的增大而增大。
（3）触针引起的测量误差。针描法测量的原理，是利用一个很尖细的触针，来感触被测零件表面的轮廓。触针的运动要最大限度的把被测零件表面的实际轮廓曲线反映出来，在理论上，触针尖端圆角的半径等于零，最为理想。而实际情况是，使用的触针尖端圆角的半径不可能等于零，通常都有一定的半径，因此会引起测量误差。
（4）测量方向的不同造成的误差。进行粗糙度测量时，在垂直于加工痕迹的方向上进行，这样得到的数值最为准确，如果是其他的测量方向会造成误差。在表面粗糙度评定中，测量時应避开零件表面存在缺陷（划痕、气孔、沟槽等）的地方，否则会造成误差。
（5）测量部位选择不合理造成的误差。有些情况下，用同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值会不一样。连杆大头孔粗糙度超差，可能是由于测量部位选择不合理，在有锈蚀的位置测量，而造成了误差。
2 降低马尔轮廓仪测量误差的方法
要提高马尔轮廓仪测量结果的准确性，除了要正确的操作，还要注意在操作过程中出现的情况，让轮廓仪在良好的环境下工作。
（1）保持良好的测量环境。测量环境应保持：度20℃±2℃，湿度30～65%。移动测针时应小心，避免撞针。测针及驱动器下方禁止放置任何物品。安装测头时，不能对测头用力过度，装好后将测头轻轻地作上下移动，确认在行程内是否能顺利移动。检测轮廓形状更换测针或杆时，务必对测量力进行调整。将砝码左边缘与轴的第4条刻线对齐，转动轴，左右方向移动，在锁紧固定螺钉时，目测支臂与检测器罩盖保持平衡。再将砝码向左移动一条刻线。此外，更换支臂或探针后，必须进行校正。
（2）定期对仪器复查检定。为了保证轮廓仪的使用能达到一定的精确度，要对仪器进行定期复查检定，得出新的订正值，以便决定仪器是否使用。没有检定证的仪器，或虽有检定证但已经超检的仪器都不能正式用于观测。在测量过程中，要得到高精度的检测结果，必须找准非球面的旋转轴心，而且，要保证放置工件的三维平台与工作台的平行度。
（3）在不同部位多次测量。在测量粗糙度数值时，应在零件的不同部位上，进行多次测量，并且对多次的结果进行综合分析与判断，即16%规则。这个规则所基于的原因是，在一个单位测量距离内粗糙度的偶然超差，并非在所有情况下都会影响到功能适用性。因此，我们需要反复测量一个或多个其它部位，然后对数据进行综合分析与评价。
（4）降低触针引起的测量误差。轮廓仪在测量时，对测量方向上的定位要求的不是很严格，可以由软件的AutoCrest自动寻找最高点以保证测量的矢高要求。Z轴方向的定位误差对面形检测精度的影响较明显，测量时应尽量减小此方向大偏移。不重合误差α引起的面形误差随口径R的变化率较大，测量时尽可能地减小不重合误差。
（5）采用三坐标测量装置测量。采用三坐标测量装置进行测量时，操作简单，方便，不需要轮廓的样板，只需要零件的CAD数学模型，即可完成。因此，该测量方法应用广泛，可应用于任何场合，而且测量的数据比较可靠，测量结果准确度高。
综上所述，误差是不可避免的，但是我们在测量过程中，要根据对轮廓仪的测量误差分析，采取多种对策，保持良好的测量环境，定期对仪器复查检定，在不同部位多次测量，降低触针引起的测量误差，采用三坐标测量装置测量，来最大限度的降低马尔轮廓仪的测量误差，提高测量结果的可靠性。
参考文献
[1]周 琴.公差配合与技术测量[D].北京：北京理工大学出版社，2014，08.
[2]杨 武.发动机曲轴粗糙度的测量误差因素[J].装备制造技术，2015，7.
[3]王亚元，李正盛.汽车覆盖件面轮廓度误差的测量[J].汽车技术，2006（6）.
[4]高建平，童云飞.触针式表面轮廓度测量仪校准方法探讨[J].中国计量杂志，2008（7）.
[5]施国洪.质量管理与检验[D].北京：化学工业出版社，2004，07.
[6]莫 文.二维曲线的精密测量方法[J].计测技术，2009（2）.
[7]程子清，耿安兵，杨长城.轮廓仪检测的系统误差分析[J].光学与光电技术，2005（2）.
收稿日期：2018-9-10
关键词：马尔轮廓仪；测量误差；降低；方法
中图分类号：TH741.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0258-01
轮廓仪主要用来测量各种精密机械零件的轮廓形状参数，如圆弧半径、直线度、凸度、沟心距、倾斜度、垂直距离、水平距离、台阶等形状参数。例如汽车零件中的沟槽的槽深、槽宽、倒角（包括倒角位置、倒角尺寸、角度等），圆柱表面素线的直线度等参数。作为精密测量仪器，轮廓仪在汽车制造以及铁路等行业得到了广泛的应用。
轮廓仪在测量过程中，由于仪器不准、测量方法和科学水平的限制，测出的数值和真实值不一致，这就产生了误差。要获取准确的高精度的测量结果，就必须尽可能地分析并降低检测仪器的误差。
1 马尔轮廓仪测量误差分析
（1）环境误差。环境误差是指马尔轮廓仪在使用过程中，因轮廓仪所处的环境条件不理想，引起轮廓仪的各项参数发生变化，而导致轮廓仪的测量结果出现误差。对于这种误差，有的可以通过专门的设备或计算进行订证，来加以消除。
（2）系统误差。轮廓仪在测量时，系统误差主要是测量原点的定位误差（e1，e2）和测量坐标系与镜面坐标系的不重合误差α，其对面形误差Pv影响随顶点曲率c的绝对值、口径R、偏心率函数K的增大而增大，并且随定位误差e1，e2以及不重合误差α的增大而增大。
（3）触针引起的测量误差。针描法测量的原理，是利用一个很尖细的触针，来感触被测零件表面的轮廓。触针的运动要最大限度的把被测零件表面的实际轮廓曲线反映出来，在理论上，触针尖端圆角的半径等于零，最为理想。而实际情况是，使用的触针尖端圆角的半径不可能等于零，通常都有一定的半径，因此会引起测量误差。
（4）测量方向的不同造成的误差。进行粗糙度测量时，在垂直于加工痕迹的方向上进行，这样得到的数值最为准确，如果是其他的测量方向会造成误差。在表面粗糙度评定中，测量時应避开零件表面存在缺陷（划痕、气孔、沟槽等）的地方，否则会造成误差。
（5）测量部位选择不合理造成的误差。有些情况下，用同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值会不一样。连杆大头孔粗糙度超差，可能是由于测量部位选择不合理，在有锈蚀的位置测量，而造成了误差。
2 降低马尔轮廓仪测量误差的方法
要提高马尔轮廓仪测量结果的准确性，除了要正确的操作，还要注意在操作过程中出现的情况，让轮廓仪在良好的环境下工作。
（1）保持良好的测量环境。测量环境应保持：度20℃±2℃，湿度30～65%。移动测针时应小心，避免撞针。测针及驱动器下方禁止放置任何物品。安装测头时，不能对测头用力过度，装好后将测头轻轻地作上下移动，确认在行程内是否能顺利移动。检测轮廓形状更换测针或杆时，务必对测量力进行调整。将砝码左边缘与轴的第4条刻线对齐，转动轴，左右方向移动，在锁紧固定螺钉时，目测支臂与检测器罩盖保持平衡。再将砝码向左移动一条刻线。此外，更换支臂或探针后，必须进行校正。
（2）定期对仪器复查检定。为了保证轮廓仪的使用能达到一定的精确度，要对仪器进行定期复查检定，得出新的订正值，以便决定仪器是否使用。没有检定证的仪器，或虽有检定证但已经超检的仪器都不能正式用于观测。在测量过程中，要得到高精度的检测结果，必须找准非球面的旋转轴心，而且，要保证放置工件的三维平台与工作台的平行度。
（3）在不同部位多次测量。在测量粗糙度数值时，应在零件的不同部位上，进行多次测量，并且对多次的结果进行综合分析与判断，即16%规则。这个规则所基于的原因是，在一个单位测量距离内粗糙度的偶然超差，并非在所有情况下都会影响到功能适用性。因此，我们需要反复测量一个或多个其它部位，然后对数据进行综合分析与评价。
（4）降低触针引起的测量误差。轮廓仪在测量时，对测量方向上的定位要求的不是很严格，可以由软件的AutoCrest自动寻找最高点以保证测量的矢高要求。Z轴方向的定位误差对面形检测精度的影响较明显，测量时应尽量减小此方向大偏移。不重合误差α引起的面形误差随口径R的变化率较大，测量时尽可能地减小不重合误差。
（5）采用三坐标测量装置测量。采用三坐标测量装置进行测量时，操作简单，方便，不需要轮廓的样板，只需要零件的CAD数学模型，即可完成。因此，该测量方法应用广泛，可应用于任何场合，而且测量的数据比较可靠，测量结果准确度高。
综上所述，误差是不可避免的，但是我们在测量过程中，要根据对轮廓仪的测量误差分析，采取多种对策，保持良好的测量环境，定期对仪器复查检定，在不同部位多次测量，降低触针引起的测量误差，采用三坐标测量装置测量，来最大限度的降低马尔轮廓仪的测量误差，提高测量结果的可靠性。
参考文献
[1]周 琴.公差配合与技术测量[D].北京：北京理工大学出版社，2014，08.
[2]杨 武.发动机曲轴粗糙度的测量误差因素[J].装备制造技术，2015，7.
[3]王亚元，李正盛.汽车覆盖件面轮廓度误差的测量[J].汽车技术，2006（6）.
[4]高建平，童云飞.触针式表面轮廓度测量仪校准方法探讨[J].中国计量杂志，2008（7）.
[5]施国洪.质量管理与检验[D].北京：化学工业出版社，2004，07.
[6]莫 文.二维曲线的精密测量方法[J].计测技术，2009（2）.
[7]程子清，耿安兵，杨长城.轮廓仪检测的系统误差分析[J].光学与光电技术，2005（2）.
收稿日期：2018-9-10