關(guān)節(jié)臂測量儀在機(jī)械加工產(chǎn)品方面的應(yīng)用

劉松松

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，西安 710089）

0 引言

近些年我國航空產(chǎn)品制造業(yè)快速發(fā)展，我國航空工業(yè)發(fā)展迅速。未來20年將增加價(jià)值高達(dá)2130億美元的2600多架飛機(jī)。在產(chǎn)能提升的同時對航空產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)字化測量技術(shù)提出進(jìn)一步的要求1。航空產(chǎn)品中的機(jī)械加工產(chǎn)品種類多，需要控制的尺寸多，測量精度要求高。CMM 三坐標(biāo)測量機(jī)、激光跟蹤儀、關(guān)節(jié)臂測量儀、激光掃描儀、照相測量等先進(jìn)的產(chǎn)品測量儀器得到廣泛的應(yīng)用。本文就關(guān)節(jié)臂測量儀在機(jī)械加工產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。

1 關(guān)節(jié)臂測量儀的測量原理介紹

現(xiàn)有的關(guān)節(jié)臂測量儀，生產(chǎn)廠家主要為的美國FARO 公司、瑞典的HEXAGON 公司。關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)是可移動式的三坐標(biāo)測量機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)原理，以角度基準(zhǔn)取代長度基準(zhǔn)，關(guān)節(jié)臂測量儀將若干桿件和一個測頭通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)連接，一端固定，另一端（測頭部位）可在空間自由運(yùn)動，測頭一般為硬測頭或觸發(fā)測頭，測頭可在人手牽引下到達(dá)測量范圍內(nèi)的任何指定位置進(jìn)行測量。

關(guān)節(jié)臂測量儀在現(xiàn)場測量過程中的優(yōu)點(diǎn)：

（1）有很好的便攜性、靈活性，可以很好的適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。（2）基于CATIAV5軟件的數(shù)字模型無需設(shè)計(jì)計(jì)量路徑點(diǎn)位，可以節(jié)省基于數(shù)模的理論數(shù)據(jù)提取時間。（3）可對被測要素進(jìn)行快速靈活的重復(fù)測量，不需要進(jìn)行測量程序調(diào)整。（4）可以對同一項(xiàng)零件不同類型的設(shè)計(jì)尺寸用同一種設(shè)備進(jìn)行測量。（5）設(shè)備本身支持測量程序編制可以進(jìn)行同類零件的重復(fù)測量。

2 關(guān)節(jié)臂測量儀實(shí)際應(yīng)用典型場景的使用方法

2.1 零件復(fù)雜槽腔輪廓度的測量：

在航空產(chǎn)品中例如接頭類零件（見圖1所示）槽腔尺寸要求嚴(yán)格且寬度窄，此槽腔需要裝配其他與之配合的零件。在此位置的輪廓度測量不易用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)實(shí)現(xiàn)。三坐標(biāo)測量儀由于零件槽腔的寬度很窄，測量過程中極易發(fā)生三坐標(biāo)測量桿與槽腔內(nèi)壁發(fā)生碰撞的情況。利用關(guān)節(jié)臂測量儀有兩種解決辦法：

圖1 槽腔示意圖

（1）用傳統(tǒng)的接觸式測頭直接測量，關(guān)節(jié)臂測頭由人工手持進(jìn)行測量可以進(jìn)行多角度的測量可以避免設(shè)備與零件的碰撞。（2）利用關(guān)節(jié)臂測量儀的掃描功能可以對槽腔被測部位進(jìn)行直接掃描獲取點(diǎn)位信息，然后再進(jìn)行零件理論形面的分析。由于光線延直線傳播，只要被測面不受其他部位遮擋且在測量范圍內(nèi)均可被測量。

2.2 套料零件型面的測量的應(yīng)用：

對在一塊板料上加工的多個同種零件，單獨(dú)對每個進(jìn)行測量需要耗費(fèi)大量的時間?，F(xiàn)提供一種對同一板料上多個零件的測量方法：

（1）首先建立一個零件與MBD 數(shù)模進(jìn)行對齊的測量坐標(biāo)系，匹配后進(jìn)行測量以及零件數(shù)據(jù)分析。（2）依據(jù)加工過程中套料加工過程刀具偏置數(shù)據(jù)建立其他套料加工零件的坐標(biāo)系，并進(jìn)行各個產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集。（3）在對應(yīng)的坐標(biāo)系下進(jìn)行零件數(shù)據(jù)分析，分析過程可以利用對坐標(biāo)系的平移旋轉(zhuǎn)來消除刀具偏置導(dǎo)致的測量誤差。（4）按照（2）～（3）的流程對其他零件進(jìn)行測量并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

注意：各個零件的測量坐標(biāo)系建立過程需保證：坐標(biāo)系的平移旋轉(zhuǎn)均在建立的第一個測量坐標(biāo)系下進(jìn)行。同一種零件可以使用同一套測量程序?qū)α慵M(jìn)行重復(fù)測量。

2.3 對大型壁板類零件測量的應(yīng)用：

飛機(jī)生產(chǎn)過程中大型壁板類零件與蒙皮配合的型面設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的理論外形要求，零件由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)或者是激光跟蹤儀不易對零件整個型面進(jìn)行完整的測量。激光跟蹤儀測量型面過程中，端頭位置以及部分立筋遮擋激光路線的區(qū)域無法用移動靶球?qū)Ρ粶y型面進(jìn)行測量。對于這種特殊的應(yīng)用場景現(xiàn)提出一種解決辦法：

（1）將激光跟蹤儀校準(zhǔn)后通過選取基準(zhǔn)點(diǎn)建立與理論數(shù)模對齊的測量坐標(biāo)系。（2）利用SA（Spatial Analyzer）軟件或者PolyWorks 軟件添加關(guān)節(jié)臂測量儀。同樣利用關(guān)節(jié)臂測量儀和激光跟蹤儀同時對基準(zhǔn)點(diǎn)測量建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系。（3）同時利用激光跟蹤儀器和關(guān)節(jié)臂測量儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保進(jìn)行了完整的數(shù)據(jù)采集。（4）在統(tǒng)一的一個坐標(biāo)系下對零件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

注意：對三坐標(biāo)測量機(jī)因量程不足的情況也可以用同樣的思路對零件進(jìn)行補(bǔ)充測量。

3 結(jié)束語

隨著機(jī)械產(chǎn)品加工過程基于MBD 數(shù)模數(shù)字化推廣，與之配套的檢測方式也會隨之改變。關(guān)節(jié)臂測量儀以及其他數(shù)字化測量設(shè)備在實(shí)際現(xiàn)場的運(yùn)用是一個值得關(guān)注的研究方向。

復(fù)雜槽腔零件的理論外形檢測、套料加工的零件以及大型壁板類零件可以用關(guān)節(jié)臂測量儀進(jìn)行測量。通過關(guān)節(jié)臂測量儀的使用可以有效的對產(chǎn)品進(jìn)行檢測并提供產(chǎn)品的實(shí)際加工數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步用產(chǎn)品的加工優(yōu)化或最終尺寸分析。