二維平面測量儀測量應(yīng)用探討

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

連接器主要由插針、插孔、外殼以及基座零件組成。這些看似簡單的零件，在生產(chǎn)及檢驗(yàn)過程中，測量是一個(gè)不好應(yīng)付的問題。雖然，在我們的零件加工工藝文件中規(guī)定了各種零件的各個(gè)尺寸檢驗(yàn)要求，并編制了大量的檢驗(yàn)規(guī)范，但在實(shí)施過程中，檢驗(yàn)的有效性卻存在很大的問題。如有很多規(guī)定的尺寸無法測量，在測量過程中，人為的因素很多，出現(xiàn)大量的錯(cuò)漏檢現(xiàn)象等。

為此，公司引進(jìn)了二維平面快速測量儀，此測量儀功能強(qiáng)大，具有自動(dòng)快速測量，形位公差測量，輔助線測量，外螺紋測量，CAD比對測量等先進(jìn)功能。

2 功能簡介

進(jìn)入設(shè)備主菜單后，我們首先看到的是如圖1所示的功能界面，主要功能有連續(xù)測量、測量設(shè)定、統(tǒng)計(jì)分析、單品測量、測量設(shè)定結(jié)合等。

2.1 連續(xù)測量主要用于零件的批量快速測量，當(dāng)測量設(shè)定好各個(gè)測量方法及特征后，零件就可以采用連續(xù)測量方式進(jìn)行，測量結(jié)果還可以在測量后進(jìn)行符合性自動(dòng)判斷。

圖1 測量設(shè)備主菜單

2.2 測量設(shè)定主要用于零件的測量編輯，測量設(shè)定模式可以對各種測量方式及燈光控制等進(jìn)行設(shè)定并自動(dòng)記錄，當(dāng)設(shè)定好各種測量特征后，對測量過程進(jìn)行注冊并保存，下次測量時(shí)就可進(jìn)行快速的測量。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析主要用于測量結(jié)果的分析，可以幫助我們了解零件的精度及一致性。

2.4 單品測量主要是用于單個(gè)零件的測量，測量過程不能進(jìn)行保存，只能一次測量。

2.5 測量設(shè)定結(jié)合主要用于長條形零件的測量，零件長度最長可測量150左右，測量的零件圖像分為多段進(jìn)行組合，設(shè)定好各個(gè)測量特征及方法后，對測量過程進(jìn)行保證并注冊圖樣，方便后續(xù)測量該零件是調(diào)用，并實(shí)現(xiàn)其高速測量之目的。

3 測量原理分析

此二維測量設(shè)備主要系統(tǒng)由照明子系統(tǒng)、光學(xué)成像系統(tǒng)、光源控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)組成。測量時(shí)，測量儀通過圖像傳感器獲取被測物體圖像信號，由影像測量軟件對圖像中需要測量的幾何圖元進(jìn)行測量，從而實(shí)現(xiàn)對被物體的非接觸測量。

在圖像產(chǎn)生、傳輸和變換過程中，由于各種因素的影響，往往會(huì)使圖像和被測量物體原始圖像之間產(chǎn)生差異，這是所有影像測量儀以及投影測量儀共同的特點(diǎn)，在測量過程中測量儀還會(huì)受到各種噪聲影響，物體表面毛刺影響，物體平行測量平行光阻影響等。因此，對圖像測量之前要進(jìn)行各種預(yù)處理，以降低各種因素對其測量精度的影響。

在實(shí)際測量過程，采用全影像測量方式，測量時(shí)主要成像方式為平行測量，平行測量的原理主要是將零件的輪廓采用平行投影的方式進(jìn)行成像，并傳輸?shù)诫娔X軟件中進(jìn)行測量處理。

平行投影原理如圖2所示。當(dāng)零件理論上擺放和平行光垂直時(shí)，投影到測量儀中的長度尺寸L為實(shí)體原真實(shí)尺寸，即L=L1。

但當(dāng)圖形如圖2所示的有一個(gè)角度θ時(shí)，長度L將會(huì)受到零件厚度(零件為圓柱時(shí)為直徑)的影響。

L=L1*cosθ+2B*sinθ

圖2 平行投影原理簡圖

從這個(gè)公式，我們可以看出，此類測量儀在其測量過程中，測量之前的影響因素對其測量結(jié)果的影響是非常大的。

在圖像產(chǎn)生，傳輸和變換過程中，由于各種因素的影響，往往會(huì)使圖像和被測量物體原始圖像之間產(chǎn)生差異。因此，對圖像測量之前要進(jìn)行各種預(yù)處理，以降低各種因素對其測量精度的影響。

二維測量設(shè)備軟件功能相當(dāng)強(qiáng)大，電腦軟件開發(fā)了多種應(yīng)用功能，下面我們就其應(yīng)用方面進(jìn)行探討。

4 測量應(yīng)用探討

4.1 從測量原理中，我們可能看出，零件測量時(shí)的擺放平與否是會(huì)產(chǎn)生對測量結(jié)果很大的誤差的，如果不平，實(shí)際測量尺寸應(yīng)按公式L=L1*cosθ+2B*sinθ計(jì)算，零件測量精度受其影響非常之大。

針體類零件在投影測量時(shí)，最大的一個(gè)問題就是測量精度不好控制，測量精度和測量方法及個(gè)人調(diào)整零件清晰度都會(huì)有很大的關(guān)系，如零件放不平，則會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的端面不是一條直線，而約帶圓弧的形狀，這樣取出的測量直線段就會(huì)產(chǎn)生測量誤差，嚴(yán)重時(shí)如圖4所示的形狀，嚴(yán)重影響零件的正常測量，導(dǎo)致測量儀軟件的自動(dòng)循邊無法進(jìn)行。

圖3 零件投影輕微變形圖

圖4 零件投影嚴(yán)重變形圖

上述情況在公司長期得不到解決，實(shí)際測量時(shí)只能依靠個(gè)人的感覺進(jìn)行測量。如圖4的形狀根本就無法測量，圖4零件小軸到臺階位置的R形狀都沒有顯示出來，中間的槽成圓弧斜槽狀，投影時(shí)無法找到測量位置。

針對此情況，我們設(shè)計(jì)了如下圖5和圖6所示的測量工裝，圖5為自由狀態(tài)的工裝，圖6為裝夾了零件的工裝。此工裝可以快速裝夾，主要采用底部的V形槽對針體類零件進(jìn)行定位，V形槽從大到小排列，可以適應(yīng)外徑0.2mm到8mm的外徑零件，裝夾時(shí)采用自動(dòng)壓緊的方式，當(dāng)零件要裝夾時(shí)，拉起拉桿，裝入零件后，在彈簧的作用下，零件自動(dòng)進(jìn)行壓緊。

本工裝最大的特點(diǎn)是能快速裝夾零件，適用范圍廣，對于平面定位的零件已能進(jìn)行裝夾，裝夾零件后，零件平直度高，測量方便，測量時(shí)可以隨意進(jìn)行角度變換觀察，測量零件一致性高，可以最大限度的減小人為因素的影響，測量精度可以得到很好的保證。

圖5 測量夾具正面圖

圖6 測量夾具夾持零件圖

圖7為沒有使用工裝對插針臺階長度的測量，測量尺寸為6.739，圖8為使用工裝后對同一插針進(jìn)行測量的尺寸為6.777，二個(gè)數(shù)據(jù)相差0.038?？梢钥闯?，在沒有使用工裝的情況下，零件測量精度非常差。有了工裝進(jìn)行測量后效果改善非常明顯。經(jīng)采用工裝配合二維平面測量儀測量10次，以及不同人員進(jìn)行測量，零件一致性誤差在0.005以內(nèi)，零件的測量一致性得到大幅度提高。如不采用工裝測量，誤差在0.05以內(nèi)，采用工裝后，測量誤差在0.005以內(nèi)，測量精度提高10倍。

圖7 使用工裝前測量尺寸圖

圖8 使用工裝后測量尺寸圖

4.2 連續(xù)測量方式在生產(chǎn)過程中非常適用，在生產(chǎn)中，我們可以利用其對有100%要求檢驗(yàn)的零件進(jìn)行快速測量，還可以對混批的零件和尺寸超差的零件進(jìn)行批量挑選。

繼電器004和005小軸如圖9所示，005軸槽寬為0.55+0.06，臺階長0.9，總長為5.5，而004小軸槽寬為0.45+0.06，臺階長0.8，總長為5.4，二個(gè)軸的尺寸相差非常的小，且測量非常的困難，在加工過程中一旦出現(xiàn)混批則無法分類。

2014年10月，車間同時(shí)加工11403432批005小軸，數(shù)量2100件，11403431批004小軸2000件時(shí)，由于零件尺寸相當(dāng)?shù)慕咏?，加工后，出現(xiàn)零件總長超差，004和005相互混有各自的零件，采用常規(guī)的方法無法測量槽寬，臺階長以及總長，零件面臨報(bào)廢的危險(xiǎn)。

通過使用二維平面測量儀，利用其具有的測量記憶功能，對測量儀進(jìn)行了研究，認(rèn)為可以利用其記憶測量功能進(jìn)行零件的挑選。測量結(jié)果如圖10所示，測量時(shí)設(shè)置了零件測量方法并進(jìn)行注冊保存，零件可以隨意擺放在平臺上，由測量儀自動(dòng)識別，測量一個(gè)零件只需按動(dòng)一下測量鍵，不到1秒就測量完成，不合格的零件可以及時(shí)挑出，成功地實(shí)現(xiàn)了零件的快速測量挑選。

圖9 小軸零件簡圖

圖10 小軸零件實(shí)測效果圖

4.3 公司針體類零件測量時(shí)，主要采用游標(biāo)卡尺測量長度，外徑則用千分尺測量，零件臺階尺寸采用投影進(jìn)行測量，零件的R和倒角尺寸則無法測量，長期由程序保證。由于零件小，很多尺寸無法測量，投影出來的尺寸精度差等。1/4以下小R測量，對R的測量公司一直是個(gè)大的難題，但利用此測量儀的R測量功能可以輕松的辦到，對于宇航零件以及繼電器小軸零件的加工起到了保障作用。

此種測量方法現(xiàn)廣泛應(yīng)用于公司繼電器小軸，連接器插針、插孔外殼等的R測量，應(yīng)用情況來看，具有測量迅速，精度高等特點(diǎn)。

4.4 外螺紋的測量，此測量由于和零件牙形的形狀角度有很有大關(guān)系，當(dāng)螺紋牙形角不合格時(shí)，螺紋中徑就會(huì)受到很大的影響。故測量的中徑在生產(chǎn)中更大的作用是參考作用，最終還是以螺紋環(huán)規(guī)為準(zhǔn)，但在實(shí)際加工中，出現(xiàn)多次環(huán)規(guī)不合格的情況，利用本測量儀的螺紋測量功能檢測，以及專業(yè)測量站最終檢測，證明其檢驗(yàn)的參考意義。

螺紋測量如圖11所示。圖中可以看出，螺紋的大、中、小徑、牙型角等均給出了測量結(jié)果。

圖11 螺紋實(shí)測效果圖

4.5 空間尺寸測量，此類測量方式主要利用其測量儀的輔助線功能，按圖示要求的尺寸進(jìn)行空間尺寸測量，這種測量方式在以前的任何設(shè)備都是無法實(shí)現(xiàn)的。

此類測量方法可以應(yīng)用在一些彎針的長度交點(diǎn)測量，外殼的空間尺寸測量等。

4.6 形位公差測量，此測量方式對公司最有用的是對稱度測量，以及輪廓度測量，對稱度的測量非常的方便好用。而輪廓度的測量，主要是采用比對法進(jìn)行，將CAD圖形輸入后進(jìn)行圖形比對，這樣就能輕松的測量出零件的輪廓度。

5 結(jié)論

通過二維平面測量儀測量應(yīng)用，明顯的提高了零件加工的可測量性能，并提高了零件的測量精度等級，此類方法已經(jīng)達(dá)到了快速、方便、準(zhǔn)確的測量標(biāo)準(zhǔn)。在公司未來將發(fā)揮很大的作用，公司一車間的零件檢驗(yàn)有效性得到很大的提高。

[1] IM測量設(shè)定編輯器參考手冊.

[2] IM-6600C系列用戶手冊.

[3] 自動(dòng)影像測量系統(tǒng)關(guān)鍵算法 張舞杰，華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.