基于三坐標(biāo)測量機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量檢測關(guān)鍵技術(shù)研究*

□ 譚志昊 □ 張 旭 □ 張 宏 □ 馬春港

上海工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 上海 201601

三 坐 標(biāo) 測 量 機(jī) （Coordinate Measuring Machine，CMM）是近幾十年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器。它是一種集機(jī)械、光學(xué)、電子、數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的大型精密智能化儀器,是現(xiàn)代工業(yè)檢測、質(zhì)量控制和制造技術(shù)中不可缺少的重要測量設(shè)備,其技術(shù)水平是現(xiàn)代測量技術(shù)和制造技術(shù)水平高低的一個重要標(biāo)志,因此,對CMM理論和技術(shù)的研究一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。

目前,國內(nèi)外對三坐標(biāo)測量機(jī)的研究主要集中在以下幾個方面，這些方面同時(shí)也代表著三坐標(biāo)測量機(jī)未來的發(fā)展方向［2］。

（1）提高測量精度與測量效率。

（2）發(fā)展探測技術(shù)，對于小尺寸的測量,例如微孔測量,需要采用微小的測頭。

（3）采用新材料、新技術(shù)。近年來，鋁合金、陶瓷材料以及各種合成材料在三坐標(biāo)測量機(jī)上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

▲圖1 檢查報(bào)告

1 三坐標(biāo)的測量方法和步驟

1.1 測量機(jī)器回零并且校驗(yàn)三坐標(biāo)的測頭

打開RationalDMIS軟件，測量前，在菜單中選擇“操作選擇工具條”中的 “機(jī)器狀態(tài)”→“基本尺寸”→“回零”，回零后在標(biāo)準(zhǔn)球上手動測量5個點(diǎn)，然后“更新校驗(yàn)規(guī)”→“接受”，校準(zhǔn)結(jié)束。

1.2 建立合適的坐標(biāo)系

選擇“操作選擇工具條”中的“坐標(biāo)”；選擇“3-2-1生成坐標(biāo)”建立完整坐標(biāo)系。如果是完全控制的話（即：輸入元素可以完全控制新坐標(biāo)系），則新坐標(biāo)系與當(dāng)前坐標(biāo)系無關(guān)。如果是部分控制，則新坐標(biāo)系與當(dāng)前坐標(biāo)系相關(guān)。

1.3 確定三維模型的原坐標(biāo)系并且導(dǎo)入

RationalDMIS支持多種文件類型。點(diǎn)擊“文件”下拉菜單中的“導(dǎo)入CAD”，選擇要導(dǎo)入的CAD模型文件的類型，然后打開模型文件，系統(tǒng)開始加載模型；加載后的零件模型被添加到元素?cái)?shù)據(jù)區(qū)窗口下，默認(rèn)情況下導(dǎo)入的CAD模型與機(jī)器坐標(biāo)對齊。

1.4 測量數(shù)據(jù)并輸出檢查報(bào)告

根據(jù)零件二維圖紙，對圖紙上所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測，輸出圖形檢查報(bào)告，如圖1所示。

2 產(chǎn)品質(zhì)量檢測的內(nèi)容

2.1 尺寸公差

測量中，在菜單內(nèi)選擇“操作選擇工具條”中的“公差”；選擇“距離公差”；之后需要從元素?cái)?shù)據(jù)區(qū)拖放元素到元素名窗口，如圖2所示。

拖放后在元素名窗口顯示拖放的元素，在長度公差窗口顯示距離公差值。

2.2 形位公差

測量中先選擇“操作選擇工具條”中的“公差”，之后會顯示各種公差的類別，根據(jù)測量的需要選擇不同的種類，如圖3所示。

選擇好種類后，在雙數(shù)據(jù)區(qū)中打開元素?cái)?shù)據(jù)區(qū)窗口，之后的內(nèi)容如尺寸公差測量的步驟一樣進(jìn)行，完成測量和數(shù)據(jù)顯示后，需要點(diǎn)擊“接受”完成公差創(chuàng)建，創(chuàng)建的公差被自動添加到公差數(shù)據(jù)區(qū)中。

3 關(guān)鍵測量技術(shù)的分析

3.1 基于圓的坐標(biāo)系的建立

之前，大多采用3-2-1快速建立坐標(biāo)系，發(fā)現(xiàn)這樣建立坐標(biāo)系會引起誤差積累，而且很繁瑣。經(jīng)過不斷摸索，發(fā)現(xiàn)通過拖拽實(shí)際元素快速建立坐標(biāo)系，既方便又精確?？旖菰氐耐戏挪僮鲗⒆詣蛹せ钚陆⒌淖鴺?biāo)系，通過旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系，使其與三維模型的坐標(biāo)系重合，這樣就很容易實(shí)現(xiàn)了零件和零件的3D模型的重合，如圖4所示。

3.2 兩圓柱之間水平和垂直距離的檢測

在測量過程中，發(fā)現(xiàn)DMIS軟件只能輸出兩圓柱中心軸之間的直線距離。經(jīng)過不斷思考與摸索，發(fā)現(xiàn)建立坐標(biāo)系之后會很容易測量出兩個圓柱之間的水平或垂直距離。具體方法是:在兩個圓柱上分別測一個圓，然后輸出兩個圓心的垂直和水平的距離，這樣兩圓柱間水平或垂直的距離就很容易地被測量出來了，而且測量過程簡單，操作起來更容易，數(shù)據(jù)的誤差也小。

3.3 轉(zhuǎn)換測頭引起所測尺寸偏差過大的解決辦法

在測量復(fù)雜的零件時(shí)，必須要旋轉(zhuǎn)測頭。但是在旋轉(zhuǎn)測頭之后，測量就會出現(xiàn)很大誤差。后來經(jīng)過查找資料，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)測頭之后必須重新建立坐標(biāo)系。但建立新的坐標(biāo)系后，原來的數(shù)據(jù)并不能跟隨坐標(biāo)系平移和旋轉(zhuǎn)。采用合并坐標(biāo)系完成了坐標(biāo)系中元素的變換，即通過變換一個已存在的坐標(biāo)系來創(chuàng)建新坐標(biāo)系。

4 結(jié)束語

通過這次的檢測分析，利用三坐標(biāo)檢測零部件可以達(dá)到準(zhǔn)確、快速、高效的目的。既給出了產(chǎn)品的質(zhì)量檢測報(bào)告，又總結(jié)了3種三坐標(biāo)質(zhì)量檢測關(guān)鍵技術(shù)的新方法，這樣能為以后的測量節(jié)約時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通過研究測量的關(guān)鍵技術(shù)，不僅能在今后的測量中明白測量精度和測量方法之間的聯(lián)系，也能使三坐標(biāo)在質(zhì)量檢測領(lǐng)域中保持它高精度的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

▲圖2 元素窗口

▲圖3 公差類別

▲圖4 坐標(biāo)窗口

［1］ 何旭棟.三坐標(biāo)測量機(jī)綜述［D］.上海：上海大學(xué)，2000.

［2］ 榮列潤.三坐標(biāo)測量機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展動向［J］.機(jī)電一體化,2001（6）：8-11.

［3］ 宋開臣,張奕群.三坐標(biāo)測量機(jī)動態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)难芯浚跩］.儀器儀表學(xué)報(bào),1999,20（1）:23-25.

［4］ JJF 1064-2010坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2010.

［5］ 李日春，李思忠.提高三坐標(biāo)測量機(jī)溫度穩(wěn)定性的探討［J］.機(jī)械制造，2000，38（1）：23-24.