坐标机测量范文

坐标机测量范文（精选8篇）

坐标机测量 第1篇

依据公司规定, 所有检测设备验收及周期检定都需要按照“专用检测设备能力认可标准” (PSA标准E41.36.110.N) 规定要求进行评定其测试能力值 (CMC) 。其原理是测量5个零件, 一方面用计量设备进行测量得出零件“真值”;另一方面用待评估的专用检具进行测量, 然后比较二者的测量结果, 得出测量不确定度, 再通过公式计算出公差与测量不确定度的比值, 核查该指标是否满足检测要求。其操作的难度在于测试零件“真值”的获取, 而连杆终检机属于气动测量, 其设计、结构、原理较为复杂, 测量精度高, 尤其平行度、交叉度两项形位公差项目, 终检机需要采集多个传感器数据通过计算机系统进行复杂公式计算才能得出, 这就直接造成了在计量设备上模拟其测量过程比较困难, “真值”无从获取。还要考虑到计量仪器应用中涉及到的环境温度影响、装夹定位影响、坐标系建立等复杂的系统方法, 更增加了检定难度。通过对测量过程的反复优化, 分析探索, 最终成功摸索出了一套系统方法, 解决了这一测量难题。

2 连杆终检机相关分析

2.1 连杆终检机简介

连杆终检机由法国MECALIX公司提供, 是一台气动测量仪器, 最小分辨率为0.000 5 mm, 该终检机测量效率高, 并且具备对零件进行称重分组、合格品与不合格品分类、激光刻码的功能。由于是气动测量, 不会划伤零件内孔, 其测量效率、准确度高, 在众多终检机中具有代表性。该终检机检测内容见表1。

2.2 连杆终检机测量过程分析

根据连杆终检机测头位置 (图1) , 对应计算公式可以比较清晰地了解该检具建立的数学模型。直径测量时使用分截面测量, 尽可能地分布在零件的上下边缘并两两十字交叉布置, 这样可以比较全面地测量零件整体的加工状况。由于使用气动测量头的缘故, 同时为了避开连杆瓦槽, 测头位置距离上下端面和瓦槽均有一定的设计距离, 两两对应的测头之和为直径。厚度测量因为无需使用三坐标测量机进行比较, 在此不作分析。连杆大小头中心距测量是将大小头中心连线方向的上下两组测量结果平均后的差值。

平行度的检测比较复杂, 这里质检工艺与检具设计者为方便生产线调整加工, 将圆柱形公差带分解为两个垂直方向的分量。小头轴线相对于大头轴线的平行方向的分量称为平行度 (图2) , 公差为0.06/100, 即在100 mm的评价长度上平行度不能超过0.06 mm, 在检具公式中检具供应商使用的是两端面间的实际距离24 mm, 测量结果公差为0.06×24/100=14μm。大小头轴线间交叉方向分量称为交叉度 (图3) , 公差为0.09×24/100=21μm, 即评价长度为24 mm时的公差为21μm。这样将公差带为圆柱形的平行度分解, 不仅有利于分析加工问题, 也便于手工校正超差零件。

3 测量仪器的选择

计量检定用设备的选择原则如下。

a.测试方法的可复现性

在计量室条件下尽可能地按照检具的检测方法对零件进行复核, 因此三坐标机、高度尺、测长仪、外径千分尺等都可以使用。由于该终检机测量结构较为复杂, 测量方式为多测头静态测量, 测量点较为固定, 并且通过数学公式得出测量结果, 从而决定该终检机只能在三坐标测量这类自由度较高的计量设备中才可能完全复现测量过程, 同时由于没有特殊角度的缘故, 采用固定式测头Z向探针就可以完全模拟检测状态。

b.精度选择

一般按照检具精度 (可用检查工艺的最小公差带代替) 的1/10, 高精度可按照检具精度的1/2来选择对应计量仪器, 连杆终检机检测尺寸中公差等级最严的为13μm (19.4630+0.0 1 3尺寸) , 可以初步判断其不确定度为13/10=1.3μm, 因此选择精度等级最高的ZEISS UPMC850型三坐标机, 精度MPEe=0.8+L/900μm。

4 检定过程

4.1 恒温

将零件放入中心计量室 (20±2) ℃条件下恒温2 h以上, 并用温度传感器在非测量位置吸附补偿温度。连杆材料为钢, 输入膨胀系数11.5×10-6 m/℃, 此处需要说明的是膨胀系数是指该材料的线膨胀系数, 而具体零件由于结构不规则, 质量分布不均匀会导致补偿与实际不符合, 膨胀变化量难以确定, 故最好等温度完全恒定后再开始测量, 而这一恒温时间需要根据零件质量增加而延长。

4.2 装夹及固定方式的选择

4.2.1 装夹基本要求

a.零件装夹后结构稳定, 位置不变动, 包括承受测量力、装夹力、支撑力等均不能有所变动。

b.零件装夹后不变形, 包括尽可能不受自重影响。

c.零件装夹结构易于测量, 不干扰测量过程且简单易行。

根据标准要求, 计量检测应参照检具测量条件进行, 即在相同的定位点、尽可能相同的夹紧条件下测量。为避免装夹及固定力对测量的影响, 同时又使固定牢靠, 参考零件现场装夹方式, 零件在终检机上检测时用气动压板将零件大头两端面压紧后测量, 所以将零件大头水平放置在三坐标大理石台上的基准平面上, 上面使用弹性压板固定, 由于此时小头端悬空, 受力容易晃动, 使用2个磁力铁将其固定。连杆装夹定位方式见图4。

4.2.2 装夹重复性验证

装夹后需要验证固定的可靠性, 重复测量小头孔, 比较其坐标值, 发现坐标值变化<0.000 5 mm, 符合要求。

4.2.3 经验总结

在装夹过程中发现, 测量长杆型零件时千万不能在最容易发生形变的中间部位受力, 否则零件的测量结果将受装夹影响而远远超过评定要求。

4.3 确定基准及建立

根据图示及测量公式, 可以清楚地确定零件的第一基准为大头孔轴线, 第二基准为大头孔与小头孔中心的连线。需要注意的是, 大头孔端面只起定位与固定作用, 它是一个定位面而非基准面。将第一基准定义为A基准, 第二基准定义为B基准。

4.3.1 粗基准建立

根据确定的基准进行采点, 此过程只是为下一过程提供参考基准, 并且无结果输出。过程的重点在于确立被测要素在坐标机中的位置, 故可以根据情况简化操作, 但建立的坐标系一定要完整。针对此坐标系首先建立A基准, 在距离上下端面约5 mm处采集圆柱, 将大头孔轴线确立为基准中心, 在小头孔处采集园, 并且绕大头中心轴线旋转找正, 粗基准建立完毕。

4.3.2 精基准建立

在粗基准下严格按照测头分布点重新采集相应基准元素, 建立测量基准步骤与粗基准相同, 但测量点要与各测头测量位置相同。根据测量头的分布基准A, 由测头C1�C8共计8个点, 分成上、下2个截面, 它们之间的距离为14 mm, 距离上下端面距离为5 mm。其中, 上截面c1、c2连线与c3、c4连线的夹角为71° (图1) ;下截面c5、c6连线与c7、c8连线的夹角为71° (图1) 。小头孔测头C9�C16共计8个点, 也分为上下2个截面, 它们之间的距离为10 mm, 测头之间夹角为90°, 距离大头端面距离为7 mm。这一测量过程可能要反复覆盖式进行多次, 直到测量系统稳定。

4.4 测量结果

在精基准的基础上分别测量测头对应点, 并按照检具计算方法来求得测量值, 将终检机测量结果及三坐标测量机检测结果代入CMC公式进行计算, 终检机CMC见表2。

5 分析测量结果

5.1 图表分析及计算

由于结果不合格, 必须确定不合格原因, 才能进行相关调试及数据处理, 检具供应商对终检机进行了检查, 连杆终检机与三坐标机测量结果比较见图5。

5.2 系统误差确定及处理

由图5可看出, 中心距检测结果比较有规律, 计量室测量结果均比现场偏小, 当不考虑零件4的结果时可以初步确定为系统误差。供应商认为, 中心距受温度影响导致现场测量结果不准确。根据回归分析理论进行数据分析, 确定存在系统误差。遂将结果代入进行修正, 供应商将中心距计算倍率系数更改后复测, 重新计算CMC=10.145, 符合测试能力值要求。

5.3 三坐标测量误差分析及处理

下一步对连杆大、小头孔平行度、交叉度进行检测, 这里所说的平行度与交叉度是将小头孔的轴线在包含基准A、B的坐标系下距离大头上下端面为5 mm的位置采集圆柱的2个截面共计16测点, 再在小头孔内距离大头上下端面为7 mm的位置采集圆柱的2个截面共计16个测点, 然后进行平行度评定。

5.3.1 图表分析

将计量结果与终检机结果进行分析比较。平行度对比结果见图6。交叉度对比结果见图7。

两组数据相互交错, 且差值大于IT/8, 在图6、图7中无法找到任何规律, 无法确定为单纯的系统误差或随机误差, 进一步寻找终检机问题, 复核其精度, 分离出误差源, 将机器所带校准件放入终检机测量, 校准件测量结果见表3。

可以看出在校准件测量上, 终检机结果与计量结果满足小于IT/8的精度要求, 对零件1进行重复性检查, 终检机检测结果与三坐标机检测结果见表4。

从表4可以看出, 零件1在终检机中10次的检定结果极差小于IT/8, 而计量检定结果重复性大于IT/8。对比校准件结果可以说明, 计量结果受零件形状误差影响, 重复性变化大, 而校准件由于形状误差较小, 在三坐标和终检机上的检测结果比较一致。因此, 先排除终检机的检测问题, 近一步分析三坐标结果, 先保证三坐标的检测重复性。

5.3.2 分析优化

a.三坐标机精度分析

有可能是在校准或测量过程中产生的误差, 将测头重新校准。重复测量零件, 零件重复性问题没有解决, 测量标准量块, 精度符合要求, 可以排除三坐标测量机本身的问题。

b.测量过程分析

比较测量过程, 在三坐标测量机上采点与现场有所不同, 为更好地得到准确的大小头轴线, 采集的点是32个, 多于现场的16个, 理论上这样可以利于排除形状误差的影响, 得到比较理想的数据, 但现在的情况显然不能达到目的, 从一定意义上强调零件的“真值”, 但“真值”在测量中是不存在的, 它随着零件的测量位置、采点方式、评价方式的变化而变化, 有必要严格按照终检机测量位置及点数来重新进行采集测量。

c.优化方法

由于在测量大小头直径时已经得到了与测量点一致的2个孔共计16个测量点, 用它们构造新的轴线, 这样这些点不仅用来评价直径、距离等参数, 还用来评价平行度与交叉度。至此, 实际使用的测量点与检具完全一致, 测点布置见图8。从图8可见, C1~C8对应的测点构造大头轴线, C9~C16对应的测点构造小头轴线。将任意一个零件的10次测量结果代入公式计算重复性, 结果极差小于IT/8, 符合要求。重新测量5个抽样零件, 计算CMC。

数据结果见表5。从表5看到, CMC满足要求, 通过在三坐标上建立与终检机测量一样的数学模型, 准确地得到了检具的实际检测能力。

6 结束语

通过对终检机的分析, 使用三坐标测量机在测量过程中精确模拟连杆终检机定位, 测量采点, 构造与检具相近的数学模型, 排除了三坐标测量机的操作方法、计量环境温度影响、装夹定位误差等因素, 最终准确地对检具实际检测能力进行了评价, 特别是对形位公差项目的分析处理比较系统科学, 其结果准确可靠。坐标机检测过程的细节处理对其它复杂检具的检定、验收有一定的指导意义。通过对三坐标测量机的不断的深入应用研究, 以及对终检机等大型检测设备的系统分析, 计量室终于可以系统地对所有尺寸类检测设备进行验收和周期检定, 为维修部门调试及供应商设计制造提供了有力的数据支撑, 随后襄阳工厂出口连杆到法国, 零件随机抽检, 其质量状态与法国产品完全一致, 充分证明终检设备在质量监控上是可靠的。

参考文献

检具测量和三坐标测量的区别 第2篇

A、成本：检具测量的一次性投资成本低于三坐标测量的投资，但是如果从长远考虑，三坐标测量的成本会低于检具测量，检具测量需要对所有的测量对象制作检具，而且是针对车型的一次性投资。而三坐标测量结合柔性夹具，虽然初始投资较大，而且有一定的日常维护费用。但是长远考虑还是有价格优势的。

价格一项 三坐标胜

B、柔性：检具是针对零件/总成的特殊测量设备，没有柔性。三坐标结合柔性夹具可以对几乎所有的零件总成进行测量。柔性非常好。

柔性一项 三坐标胜

C、测量便利性：检具的测量便利性非常好，三坐标与柔性夹具配合教差。

测量便利性 检具胜

D、测量精度： 检具的制造精度一般比较好的也就是+/-0.15(孔,销) ~ +/-0.2(面)，配合游标卡尺级别的测量工具，测量的精度最多达到 +/-0.1的级别，

而三坐标(普通级别,测量精度可以达到 +/-0.05。

测量精度一项 三坐标胜

但三座标成本一项，除了三座标设备本身的投资外，还需要考虑检测支架的投资，毕竟绝大部分的零件柔性还是比较大的（机加工零件除外），需要支架帮助定位及测量。

虽然检测支架的结构会比检具简单很多，投资也节省很多，但支架的存在模式与检具仍然很类似，这种投资不仅增加了三座标的成本，同时也一定程度影响其测量柔性。

一般要求的检具是在线测量的快速判断零件质量的检验量具。在离线测量时又是零件的三坐标测量支架，可以方便获得零件及与车身系统精确的坐标值。

基于光学坐标测量机的放大图测量 第3篇

在进行微小尺寸测量时, 传统的接触式坐标测量技术存在较大的问题:一是测量力较大;二是测头直径比较大, 常见的最小球径为0.2~0.5mm, 但测量误差会因塑性、弹性变形而大大增加。因此, 对微小工件的测量一般难以实现[1]。近年来, 光学坐标测量机在微小尺寸测量中的应用日益受到重视。

基于数字近景摄影视觉测量原理的光学数码柔性坐标测量机由于具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点, 具有很重要的应用价值和研究意义[2]。

2 光学坐标测量机的工作原理及应用

光学坐标测量是采用高性能数字成像器件作为传感元件, 结合图像处理及模式识别技术实现对目标物体 (被测点) 的自动识别、瞄准和角度测量, 利用空间点在两相机像平面上的透视成像点坐标来求取空间点的三维坐标。光学坐标测量机主要由CCD摄像头、计算机系统、基准尺和靶标测头等组成[3,4]。

光学坐标测量机具有系统组成灵活、测量精度高、工作空间大、自动化程度高等特点, 非常适合工业现场的在线测量与质量监控[2]。但其缺点是:实际测量时, 受到一系列物理因素, 如被测件材料、表面粗糙度、颜色、表面亮暗变化、反射性能、仪器的漂移等因素的影响。此外, 边缘的确定很大程度上取决于算法和照明方式, 并受到角和材料变形的影响。在一般情况下, 光学方法只能测量大致垂直于光学轴的工件表面, 但对于小孔和盲孔则难以测量[1]。

光学坐标测量机在许多领域都得到了应用, 典型的如:代小林等[5]研究了光学坐标测量机在Stewart机构标定中的应用, 为提高大型Stewart机构的定位精度, 建立了误差模型, 并提出了基于光学坐标测量机的标定方法, 然后进行了仿真和试验。刘文等[6]研究了光学坐标测量机在目标捕获中的应用, 利用CCD立靶坐标测量机进行了在4m×4m的立靶上千发实弹测试实验。

3 利用光学坐标测量机实现放大图测量

放大图是被测零件轮廓公差带经过一定倍数的放大得到的轮廓, 通过投影仪把零件轮廓放大后, 观察零件轮廓是否落在放大图所示的公差带内, 以此来判断零件是否合格。既然放大图是零件的标准, 那么保证放大图的合格才能保证零件的合格。所以定期对放大图进行检定是非常必要的, 本文应用德国Mahr OMS600型光学三坐标测量机, 对叶片放大图进行了测量。

3.1 测头标定

玛尔光学三坐标机有接触测头和光学测头 (CCD镜头) , 可根据需要对相应的测头进行标定。如果在测量同一个工件时, 同时使用接触测头和光学测头进行测量, 由于不同的测头在Z轴上的位置不同, 如果不统一, 就会有很大的偏差, 因此在此时有必要进行接触测头和光学测头的坐标系的统一, 即进行关联。可用一个环规来完成, 用光学测头和接触测头分别测量其位置, 所得数据被储存并经过软件处理后可以得到光学探头和接触测头之间的位移偏移量。在仅仅使用单一测头进行测量时可以不考虑是否已经关联。

3.2 测量过程

如图1所示, 将放大图放置于测量平台上, 启动如图2所示的软件测量界面, 中间部分为镜头所对的部分的放大图像可以根据需要选择采点的方式实现对放大图的测量。其中, 每执行一个操作, 生成一个元素, 在编辑器里就有相应的程序段生成。

为了测量放大图上的轮廓点, 首先输入第一个被测点的理论坐标值, 使CCD镜头移到第一点的位置, 然后选择合适的采点方式进行采点, 生成该点元素, 同时生成相应的程序段。要实现所有点的自动测量, 首先把所有点的理论坐标值输入文本文档, 在编辑器中主程序里定义变量, 然后将测量第一点所生成的程序段的特定语句中的具体数值用变量代替, 在主程序中编一段循环程序, 就可实现放大图的自动测量。为了使测量程序更加完善, 可以在主程序中加入判断语句, 以判断序号的奇偶性。在放大图中, 序号为奇数的点在一条轮廓线上, 序号为偶数的点在另一条轮廓线上。

为了使测量结果更加直观, 可以在程序中加入公差范围。这样, 在最后的输出报告中, 软件自动区分合格的点与不合格的点, 并评定出每个不合格点的偏差大小。

3.3 测量结果及其讨论

在用CCD测量放大图时, 使用底光来使图像轮廓清晰以便测量, 但使用不同的光强会带来不同的测量误差, 因此要特别注意选择光源的强度。光强太弱, 程序可能无法自动寻边, 或者测量后值会偏小, 光强太强, 由于光辉的干涉使边缘扩大, 这样测量值会偏大。因此本文在标定CCD某一物镜时, 选择恰当的光强, 需要记录该数值, 且在测量工件时亦使用同一值。

另外, 在锁定一个轴的坐标值测量另一个轴的坐标值时, 由于在视场中有像素转换成距离, 这个转换过程会使锁定的值有偏差。为了很好地锁定要锁定的坐标值, 要使取样窗口始终与X/Y方向一致, 来实现高精度的测量。

4 结语

光学坐标机测量放大图, 通过编程便可实现全自动测量, 比以往的手动测量既方便又准确。光学坐标测量机的灵活性、高精度性使其在精密测量中得到了广泛的应用, 由于其自动化程度高, 所以非常适合工业现场的在线测量与质量监控。放大图测量作为微小尺寸测量的有效手段, 借助于光学坐标测量机可以充分发挥其在精密测量中的作用, 具有广阔的应用前景。

摘要：放大图测量是对零件进行几何量精密测量的重要手段。介绍了光学坐标测量机的背景、工作原理及应用, 说明了光学坐标测量机具有系统组成灵活、测量精度高、工作空间大、自动化程度高等优点, 重点对利用光学坐标测量机实现放大图测量进行了讨论。结论是光学坐标测量机在放大图测量方面有着巨大的应用前景。

关键词：光学坐标测量机,CCD,放大图测量

参考文献

[1]裴丽梅.简述光学接触法坐标测量机[J].现代计量仪器与技术, 2006 (2) :53-54.

[2]王鑫.光学数码坐标测量精度优化与误差补偿技术研究[D].天津:天津大学, 2007:1-46.

[3]邾继贵, 王鑫.光学坐标测量系统技术研究[J].传感技术学报, 2007, 4 (20) :778-779.

[4]邾继贵, 张国全.光学3D坐标测量技术研究[J].中国计量学院学报, 2005, 2 (16) :100-102.

[5]代小林, 丛大成.基于光学坐标测量机的STEWART机构标定研究[J].机床与液压, 2007, 8 (35) :45-47.

坐标机测量 第4篇

提高三坐标测量机精度的主要途径与措施。现在多数计算机数控的三坐标测量机都带有误差修正, 误差修正在精度、误差资料测试简易性、误差修正技术使用的方便性、动态响应的快捷性等方面也会有新的提高, 误差修正主要限于机构误差与简单热变形误差, 并将其作为一种思想体现在测量机的设计上。考虑三坐标测量机的机械精度, 三种主要的静态误差源主要包括由于结构件的有限精度造成的几何误差, 与三坐标测量机的结构件的有限刚度有关的误差, 热误差, 如单一温度变化及温度梯度引起的导轨的膨胀与弯曲。

三坐标测量机的误差修正有两大类方法:一种是对测量机从测量空间误差向量的直接修正以及基于运动学模型的误差修正。其中坐标测量机空间误差向量的直接修正必须用某一标准件为基准进行测量。一般采用用由炭素纤维四面框架支承钢球来检测空间误差、用空间球板或孔板求空间误差、用光学空间构架测量空间误差以及通过测量空间误差点与点之间的距离求误差向量;基于运动模型的坐标测量机误差修正建立在与机器连接副相关联的误差的基础上, 以机器的单项误差为依据来计算最终的综合误差, 运用误差合成法来估计测头相对于被测件的位置, 其误差检测方法包括用激光干涉仪等仪器检测坐标测量机的各个单项原始误差和用球列、球板等实物基准检测坐标测量机的综合误差, 然后分解出原始误差。

一种优秀的坐标测量机误差检定方法应能以较高的精度检测到这些误差值, 做到检测情况与测量机使用条件相符、精度高, 装置简单、价格便宜、, 能确定误差源、使用方便、检测时间短, 能测出测量机在整个测量空间的误差。

三坐标测量机动态误差。现代三坐标测量机是以精密机械为基础, 配合应用光学、电子技术和计算器技术等现代高科技成果而发展出来的大型精密量测仪器, 其组成系统复杂。对三坐标测量机的首要要求就是测量精度, 由于测量情况的复杂性, 其测量值与被测量的工件真值之差称为三坐标测量机测量误差。在对同一参数进行多次重复测量中, 误差和与测量条件相联系, 测量误差可以在一定范围内变化, 三坐标测量机的不确定度既包括它的系统误差, 测量误差是不确定的, 而且是无法精确预计的。测量值分布中心偏离被测参数真值的程度, 当测量尺寸一定时, 测量不确定度也为确定值。

动态测量指的是测量的瞬时值及随时间变化量之值的确定, 动态测量误差具有时变性和相关性, 这与传统的被测工件为常量的静态测量不同, 但动态测量误差评定指针可作为静态测量误差的拓展, 态测量要考虑到被测变量的变化规律及特点, 动态测量误差可作为随机变量或随机过程来处理。由于测量过程中总难免存在随机误差或干扰, 动态测量数据处理中, 被测变量本身的函数形式就是多种多样。

建立新型的坐标测量系统, 即虚拟坐标测量系统。我们把具有“虚拟位移”的空间坐标系称为“虚拟坐标测量系统”。在生产科研实践中, 利用时间测量空间是大量存在的, 时间测量不易受温度和重力等周边物理环境变化的干扰, 虚拟坐标测量系统借鉴其思想, 且由于时空对应原理的普遍性, 利用时空对应的方法来实现位移测量。利用时空对应原理, 将空间位移量转换为时间脉冲信号, 将激光干涉测速仪的输出信号接至PC机, 对工作台的速度实时采样, 利用一种能够得到工作台瞬时速度的光电门, 得到工作台离散速度时间关系, 将时间脉冲信号与空间位移量对应起来, 并通过实验证明, 只要各个原件能够保证精度, 整个系统就能达到理想的精度要求。

虚拟坐标测量系统抛弃了传统测量仪器中的实物标尺系统, 可以独立的作为测量仪器使用, 使得静态、动态测量融为一体。三坐标测量机虚拟坐标测量系统的精度又可以细分为测头运行速度的不均匀性、测速计测量测头运行速度所得值与测头运行实际值之差、计时系统测出的计时脉冲数误差。虚拟仪器是以计算机作为仪器的硬件平台, 将虚拟坐标测量系统融入三坐标测量机中, 充分利用计算机的计算、存储、回放、调用、显示及文件管理等功能, 就得到三坐标测量机虚拟坐标测量系统。虚拟三坐标测量机实际是一种开发出来的软件包, 实际上是虚拟仪器的一种, 具有高于测量机本身的精度, 同时结构简单, 能优化运行规程、采样策略等。

虚拟仪器是一独立完整的体系, 可以判断测量某一工件是否可行, 还可融入其它仪器中而达到提高其精度, 能在一定条件下给出具体的测量精度结果。对测量机进行误差修正与补偿, 优化其性能的效果, 因此具有极高的研究及应用价值。

参考文献

[1]费业泰:《误差理论与数据处理》, 机械工业出版社, 1995年。

[2]张国雄:《三坐标测量机》, 天津大学出版社, 1999年。

三坐标测量方法的研究 第5篇

关键词：三坐标,螺栓孔,平面度

一、三坐标测量机发展现状

三坐标测量机是近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器, 他在广泛应用在机械制造、仪器仪表、电子工业、汽车工业、航空、航天、船舶及兵器等各部门。用来测量各类机械加工零部件、模具、精密铸件、各类汽车及发动机零部件。随着科学技术的发展, 对三坐标的测量的精度提出了越来越高的要求。

二、三坐标测量机的测量方法及原理

在零件上所测的数据组输入到三坐标测量机的软件去计算得到位置、大小及理论形状的偏差, 为了得到可靠的结果, 所测的数据应当反映被测特征的特性, 数据太少或不恰当分布可能提供了不可靠的根据而得到错误的结果。恰当分布的测点数越多结论越可靠, 但测点越多花的时间越长, 用户必须在所要求的精度和速度等方面做经济性的评价。

由于目前被测零件的日益复杂, 因此即使在三坐标测量机上, 运用常规的方法以难以完成这些复杂的测量工作。同时, 从这些零件的设计层面上讲, 这些零件的设计已完全由CAD来完成, 并在一定程序上实现了无纸化, 因此, 实际上这些零件的CAD模型同时也成为对该产品进行测量一个名义数据源。也就是说, 如果有CAD的辅助, 我们就能完成轮毂所有的测量工作。要运用CAD辅助测量技术, 关键问题在于要解决CAD模型到三坐标测量机应用软件之间的三维模型信息转换, 特别是要解决好零件三维模型数据丢失与精度损失的问题。三坐标测量的原理就是将被测物体置于三坐标测量空间, 可获得被测物体上各测点的坐标位置, 根据这些点的空间坐标值, 经计算求出被测物体的几何尺寸, 形状和位置。

测量的基本原理就是通过探测传感器 (探头) 与测量空间轴线运动的配合, 对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取, 然后通过一定的数学计算, 完成对所测得点 (点群) 的分析拟合, 最终还原出被测的几何元素, 并在此基础上计算其与理论值 (名义值) 之间的偏差, 从而完成对被测零件的检验工作。

1、位置度的测量方法及原理

位置度就是被测要素的实际位置偏移理想位置的程度, 理想位置相对于基准或几何图框确定。螺栓孔位置度直接影响轮毂的装配质量, 组孔要素相互之间的关系由位置度公差保证, 在生产出轮毂之后, 对位置度公差必须进行检查, 以确保零件质量。

孔的实际轴线的位置度误差值是以被测实际轴线的理想位置定位, 作实际轴线的最小包容区域 (圆柱面) , 改最小区域的直径即为孔的位置度误差值。假设该孔理想轴心线对基准平面A、B的坐标值为 (a, b) , 该孔的实际轴心线对基准平面A、B的坐标值为 (x, y) , 则该孔实际位置对理想位置的偏差量为 (fx, fy) 即fx=x-a, fy=y-b;则该孔实际轴心线的位置度误差f为:。。

在标注的位置度尺寸中经常见到它的含义是计算位置度时, 要遵守最大实体状态原则, 并按最大实体要求输出其位置度误差值。即, 孔的最大实体位置度公差补偿值=实际直径-最大实体直径;他输出的位置度公差值=公差补偿值+Ø0.25mm。与之相对应的它的含义是计算位置度时, 要遵守最小实体状态原则, 并按最小实体要求输出其位置度误差值。即, 孔的最小实体位置度公差补偿值=最小实体直径-实际直径;它输出的位置度公差值=公差补偿值+Ø0.25mm。

2、平面度的测量方法及原理

平面度是指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。根据相关标准, 平面公差带式距离为t的两平行平面间的区域, 被测表面必须位于距离为公差值t的两平行平面之间。

平面度误差是指被测实际面对其理想平面的变动量, 误差值等于包容所有被测点的两平行平面件的距离, 此距离应符合最小条件。

常用的平面度误差的评定方法有四种:

(1) 三远点平面法

以通过被测实际面上相距最远的三点的平面作为理想平面进行误差评定。

(2) 对角线平面法

以通过被测实际面的一条对角线且与另一条对角线平行的平面作为理想平面进行误差评定。

(3) 最小二乘法

用最小二乘拟合平面作为理想平面进行误差评定。将平面用方程f=Ax+By+C表示, 利用最小二乘法建立目标函数, 是被测空间各点至假象平面的距离的平方和为最小, 这个假象平面就是最小二乘平面。

(4) 最小包容区域法

寻找包容被测点集的两平行平面, 平面之间的区域须符合最小条件, 为最小包容区域。

前两种方法归于图解法, 是一种简便但测量结果偏差较大的评定方法, 评定过程只能利用到测量点集中的个别点信息。后两种方法称为代数法, 其精确度远远高于图解法, 计算过程中各个点都参与了建模, 理论上试用于CMM并且能够编程实现。

三、三坐标测量机的结构和特点

经过十几年的实践和演化, 坐标测量机的结构已经基本固定在桥式结构、水平臂结构。其中桥式结构包括固定桥式和移动桥式, 龙门结构和移动桥式为了降低高耸的“桥”不稳定引入的误差, 大型坐标测量机采用单边或双边的高架桥结构, 又称为龙门结构。

固定桥式坐标测量机的测量空间开阔, 封闭框架的结构刚性好, 结构稳定容易保证较高的精度, 但体积较大, 底座的尺寸至少需要工作台行径的两倍, 而被测工件不能太重, 因此这种结构的测量机多为精密型测量机。

移动桥式坐标测量机是目前应用最广泛的一种结构, 这种测量机同样具有广阔的空间。而结构简单、紧凑、底座的尺寸可以比固定测量机小, 其工作台固定不动, 承载能力较强, 但由于三个方向运动重叠在一起, 要获得高准确度就需要采取更多的措施。

高架桥结构的测量机通过改变移动部分结构, 只移动横梁, 减少活动部分的质量来实现性能改进适应更大尺寸的测量。水平臂式测量机又成为地轨式坐标测量机, 这种测量机测量空间十分开阔, 同时结构又简单, 故多用于大型低精度工件的测量。

参考文献

[1]张国雄主编:《三坐标测量机》, 天津大学出版社, 1999年。

[2]西安爱德华测量设备有限公司:《AC-DMIS操作说明书》。

坐标机测量 第6篇

1 三坐标测量机的概述

1.1 三坐标测量机的概念

三坐标测量机是在空间三个维度内建立起测量范围, 利用光栅尺和测头来进行精确扫描和读取, 在科学计算的基础上对生产部件的长度、宽度、高度、曲面进行测量, 得出精确的三维结构与位置公差, 以此来实现对加工与生产部件的精度测量, 是新时期数字应用与测量仪器的代表性设备。

1.2 三坐标测量机的工作机理

三坐标测量机是利用空间三个相互垂直的特点, 通过导向设备引导方向, 通过读数头来获取数据, 通过处理器进行数据加工, 通过一系列的科学运算而形成对加工部件和机械零件的精确测量。三坐标测量机的优势在于数字化与自动化, 不但可以大大提高测量工作的速度, 也可以提升测量工作的质量, 是现代加工、生产、设计、检验等基础性工作需要广泛使用的测量设备。

2 影响三坐标测量机精度的原因

2.1 三坐标测量机测头对测量精度的影响

三坐标测量机测头以扫描的方式对测量工件的表面进行测量, 这样的工作方式会形成对测头表面的影响, 过度的摩擦会产生测头的形变, 特别是一些高硬度的材料会对三坐标测量机的红宝石材料造成划伤, 这会产生三坐标测量机测头的误差。此外, 三坐标测量机测头经常接触不同温度的工件, 这会产生测头的热胀冷缩, 红宝石虽然具有强度高的优点, 但是在物理性能的抗温度变化方面存在着不足, 会导致红宝石的磨损加剧, 甚至会引发红宝石崩裂, 进而出现三坐标测量机的测量误差。在三坐标测量机进行铝合金材料工件测量时, 会在工件和测头红宝石之间产生化学变化, 铝合金部件上的材料会涂抹到红宝石测头上, 这会降低测头的精确性, 导致三坐标测量机在测量中出现较大的误差。

2.2 三坐标测量机测球直径校正问题

对三坐标测量机测球进行校正是一个经常性的技术工作, 如果出现校正问题, 那么三坐标测量机的应用就会出现问题, 进而造成三坐标测量机测量的误差。常见测球直径校正的问题有:测点选择数量不足, 没有在校正的过程中对测球半径补偿, 这些问题会影响到三坐标测量机测球的精度, 进而对测量精确性产生影响。

2.3 三坐标测量机测针长度对测量精度的影响

三坐标测量机测针在测量时, 使用的测杆越长, 测头产生的弯曲和偏斜就越大, 当测针在校正后对标准球进行测量时, 测量结果是随着测针长度的增加, 其偏差也随着增大, 其测量精度随着测杆长度的增加而降低, 因此长测杆并不适合测量所有的工件特征。

3 三坐标测量机误差的技术控制

3.1 三坐标测量机测球误差的控制

首先, 应该控制三坐标测量机应用的条件, 要避免对三坐标测量机测球的破坏, 在进行高硬度部件测量时应该选用氧化锆测球进行实测工作。其次, 要控制测量工件的温度, 不能对温度过高或过低的工件进行直接测量, 要等到温度稳定后再施测。再次, 在铝合金材料的测量工作中应该及时更换红宝石测头, 这样有利于确保测量的精度, 也能避免因红宝石出现沾染而造成经济损失。最后, 在铸铁工件的测量中应该以氧化锆为测头, 这样有利于控制测量精度, 降低测量成本。

3.2 三坐标测量机测球直径校正的控制

要采用9点测量方法来进行三坐标测量机测球的直径校正, 要确定测针组坐标的原点, 提高校正的精度, 同时要通过标准球的测量来补偿测球半径的误差, 进而达到三坐标测量机直径校正的精确性。

3.3 三坐标测量机测针长度产生误差的控制

选用适当长度的接长杆材料, 以获得更好的稳定性和一致性更好的测量结果。碳纤维是最常用的长测杆和接长杆材料, 因为这种材料既硬又轻。钛合金兼具良好的强度﹑稳定性和密度, 非常适合用于制造测杆的金属零件。尽量选择测针直径较大、测杆较短的测针, 以获得最佳的有效工作长度和测针刚性。

4 结语

三坐标测量机的性能在于测量工作中的精度与速度, 如果出现三坐标测量机侧头、坐标等方面的问题, 很容易造成对三坐标测量机测量精度的影响, 进而出现三坐标测量机测量工作的误差, 这会影响到机械加工、模具设计等后续工作。在三坐标测量机的维护工作中, 要控制各方面因素的影响, 降低各部件和各操作可能带来的误差, 使三坐标测量机在精确测量的基础上, 保证加工的质量与精度, 为部件加工、机械生产做好基础性工作。

参考文献

[1]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社, 1999.

[2]海克斯康测量技术 (青岛) 有限公司.实用坐标测量技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

坐标机测量 第7篇

关键词：三坐标测量仪,测量行业,精密测量技术

三坐标测量仪C M M (C oo r d i n a t e Measur Mahine) 是20世纪60年代后期发展起来的一种高效率、新型、精密的测量设备, 它广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空工业中。三坐标测量仪可以进行零部件尺寸、形状和相互位置检测, 可以用于划线、定中心孔, 尤其对连续曲面进行扫描得到曲面数据及表达。获取表面数据的采集, 是产品逆向工程实现的基础和关键技术之一。

1 三坐标测量仪对测量行业的进步作用

整个测量以及机械行业的快速进步, 不断地向三坐标测量仪提出了更高、更新、更多的要求, 如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、遥感遥测遥控更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等, 同时也为三坐标测量仪科技与产业的发展提供了强大的推动力, 并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。

1.1 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量

实现了对基本的几何元素的高效率、高精度测量与评定, 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量, 例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测。

1.2 提高了测量精度

提高了三维测量的测量精度, 目前高精度的坐标测量机的单轴精度, 每米长度内可达1 um以内, 三维空间精度可达1~2 um。对于车间检测用的三坐标测量仪, 每米测量精度单轴也达3~4 um。由于三坐标测量仪可与数控机床和加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统, 从而促进了自动生产线的发展。

1.3 提高了测量效率

随着三坐标测量仪的精度不断提高, 自动化程序不断发展, 促进了三维测量技术的进步, 大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入, 不但便于数据处理, 而且可以完成CNC的控制功能, 可缩短测量时间达95%以上。

1.4 降低用户测量成本

随着激光扫描技术的不断成熟, 同时满足了高精度测量 (质量检测) 和激光扫描 (逆向工程) 多功能复合型的三坐标测量仪的发展更好地满足了用户需求, 大大降低用户测量成本, 提高工作效率。

2 坐标测量仪与其他仪器的比较

2.1 影像测量仪

作为最初的精密测量仪器, 影像测量仪是一个见证了整个行业开始, 它提供了发展的产业平台的基础。然而, 由于影像测量仪测量技术略显粗糙, 因此, 二次元影像仪成为行业发展的时代的产物, 它是精密测量技术和功能方面, 产业的发展提供技术支持。但是, 即便如此, 二次元影像测量仪还没有完全满足客户的需求检测, 它不能提供一个解决方案的立体检查, 在这种情况下, 开发和生产出三坐标测量仪。当然, 在此过程中制造商中过渡阶段的2.5元/m3的出现提供了帮助。这是一个从开始到目前的整个发展阶段的精密测量仪器。

2.2 三坐标测量仪

三坐标测量仪采用花岗石仪座, 提高了基准平面的精度, 缩小了仪器自身的精度误差。活动表座可在仪座的任何位置进行测量。仪座不生锈, 使用保管方便。

三坐标测量仪的测量精度是非常高的, 三坐标测量仪器和其他测量仪器相比, 这点占据一个很大的优势。例如:制造精密量具, 总体上是好的, 用游标卡尺水平测量工具, 测量精度可达+/-0.1级。但是, 一般水平的三坐标测量仪, 测量精度就可以高达+/-0.05。

通过上述分析, 我们从二次元和三坐标的功能应用上可以看出, 相较于二次元影像测量仪, 三坐标测量仪可说是更加的功能全面, 因为它除了测量工件的长宽参数, 还可以检测工件的高, 这是影像测量仪所无法达到的。

3 三坐标测量仪测量技术的发展趋势

3.1 品种更加灵活多样

在我国, 人们已经越来越认识到测量检测和适当的测量装置的重要性, 不仅可以帮助用户轻松地提高产品质量, 也将提高生产效率, 因此获得制造先进的测量设备, 可以为用户提供先进的测量解决方案而得到高投资回报率。中国模具未来发展将是更大规模的、高精确度的, 要求也会越来越多, 多功能复合模具已成为一个热点。提高塑料模具, 模具的比例及适应高压气体辅助注射成型过程的模具也将随之发展。物种多样性的变化将更加迅速, 这就要求除了精确测量精度高, 测量设备也更灵活, 更需要轻松的测量环境随时随地方便改造, 这样才能跟上发展的步伐。

3.2 逐渐向新的应用领域开发

“以市场为导向, 以客户为导向”这一趋势使得三坐标测量设备技术现已广泛使用在工业应用领域的大型机器及零部件的精确测量, 测量范围大, 精度高, 而且非常耐用, 非常适合工厂环境。世界范围内获得了广泛的认可和肯定, 作为行业首选三坐标测量仪器技术, 将继续开发新的应用领域的测量。

4 结论

综上所述, 随着生产规模日益扩大, 加工精度不断提高, 除了需要高精度三坐标测量仪的计量室检测外, 为了便于直接检测工件, 测量往往需要在加工车间进行, 或将测量机直接串连到生产线上。检验的零件数量加大, 科学化管理程度加强, 因而需要各种精度的坐标测量机, 以满足生产的需要。随着市场的不断发展壮大, 三次元的产品技术也在不断的提高, 三坐标测量技术也在不断进步。

参考文献

[1]刘贵云.大批量定制生产的产品族设计技术综述[J].机械设计, 2012 (8) :1-4.

[2]龚先新.大批量定制技术及其应用[M].北京:机械工业出版, 2003.

[3]丁俊健, 谈士力, 宋晓峰.等.基于BP神经网络的ETO产品配置设计方法[J].工程设计学报, 2010, 14 (3) :199-203.

[4]刘大有.一个面向大批量定制的重用配置方法[J].电子学报, 2011, 2:383-388.

坐标机测量 第8篇

滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦, 从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。在机械行业中应用非常广泛。

三坐标测量机简称CMM, 按照结构形式可分为桥固定式、桥移动式、龙门式[1], 其中桥固定式因为横梁固定、结构对称一般用于精度超高的机型, 如图1所示为高精度的三坐标测量机Leitz Infinity, 精度可达:0.3+L/1 000[μm]) 。

桥移动式三坐标测量机由于横梁不固定, 移动速度较快, 效率高, 一般用于中高精度的测量, 如图2所示为Global Performance桥移动式三坐标测量机。龙门式三坐标一般用于大型零件或者汽车外壳的测量。

1 测量前准备

如图3所示, 要测量的滚动轴承是涡轮减速机的蜗杆和蜗轮轴的承载部件, 一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成, 内圈的作用是与蜗杆及蜗轮轴相配合, 并与蜗杆 (或蜗轮轴) 一起旋转;外圈作用是与减速机壳体上相应的基座相配合, 起支撑作用;滚动体是借助于保持架均匀地将滚动体分布在内圈和外圈之间, 保持架的作用是使滚动体均匀分布, 并防止滚动体脱落。

(1) 滚动轴承的安装

由于需要测量内外圈的尺寸及通过上表面定义基准, 轴承的上方必须无遮挡, 所以不能使用压板固定。测针的接触测力较小, 轴承材料为碳钢, 属于刚性体, 可以用双面胶分别粘有机玻璃板及轴承下表面固定, 如图4所示。

(2) 测针的安装

选用的测头为雷尼绍TP200测头, 如图5所示[2], 传感器和测座连接为螺纹旋转连接, 吸盘和传感器连接为磁吸连接, 测针和吸盘连接为螺纹选择连接。

2 基准选择

滚动轴承形状为均匀的圆柱体, 具有空间对称的特性, 如果测量基准选择不当, 会影响测量精度和测量效率。经过分析, 选择轴承上表面作为基准面, 上表面中心点为原点, 比较合适。

3 测针选择

滚动轴承的外形尺寸Φ40×12, 内孔尺寸为Φ17×12。选择测头为Φ2 mm或Φ4 mm的测针均可, 长度为20 mm。测头直径越大, 越容易发生误触测。所以选择使用Φ2-20的红宝石测针, 如图6所示[3]。

4 建立坐标系

(1) 手动测量及构造坐标系辅助要素

如图7所示, 通过测量获得圆、直线、点、平面等要素, 通过构造获得原点数据。

(2) 根据手动测量及构造的要素确定滚动轴承上表面中心点为坐标原点, 如图8所示。

5 标准件的数据采集

选取标准轴承 (测量基准件) , 手动采集需要测量的数据:外圆、内圆、外圆柱体、内圆柱体等等。采集过程如图9所示[4]。

6 滚动轴承的自动测量

(1) 零件的安装及建立坐标系

将零件粘在有机玻璃板上, 通过手持单元移动测针, 在需要测量的轴承零件上获取与标准件建立坐标时同样的要素, 尺寸大小和方向矢量均要一致。重复“5建立坐标系”步骤。

(2) 轴承零件的自动测量

调用标准件的测量程序 (见图10) , 选择DCC模式, “执行全部程序”, 在跳出的参数选择对话框 (如图11所示) 中, 选择相应的测量参数, 点“继续”测针将会根据参数的选择进行测量。

(3) 测量报告的生成

如图12所示, 选择需要评判的尺寸公差和行位公差及其他需要评判的数据信息, 分步进行评判, 评判完成, 自动生成报告。

7 结束语

自动测量过程中, 首件测量时, 为了防止因为坐标系建立等问题, 发生碰撞干涉, 触测速度一定要调低至安全速度并仔细观察测针的移动轨迹, 保证测针的移动轨迹是合理的。当测量稳定后, 进入批量测量阶段, 为了提高测量效率, 可适当调高触测速度, 并将报告调整为自动生成模式, 如不需马上打印出报告, 打印机模式可设为“打印到文件”。

参考文献

[1]陈锋, 邴智刚, 李尚会, 等.实现超长零件测量的三坐标测量机辅助设备研制及检测方法研究[J].机电工程, 2013 (07) :820-823+846.

[2]罗晓晔.机械检测技术[M].杭州:浙江大学出版社, 2012.

[3]景智.浅谈PC-DMIS与CATIA V5在测量大型工装的应用[J].测控技术, 2010 (29) :355-358.