大型鑄件尺寸數(shù)字化檢測方法的研究與應用

（共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

市場競爭日益激烈，需要承接更多高難度的產(chǎn)品才能保持企業(yè)競爭力，而高難度產(chǎn)品形狀結構復雜，尺寸精度要求高；常規(guī)尺寸檢測方法：鉗工劃線檢測、手工檢測、普通三維劃線儀檢測等難以實現(xiàn)快速、準確的檢測要求，全面的反映鑄件的真實尺寸情況，為前序鑄造工藝優(yōu)化改進提供依據(jù)，并且為后序尺寸問題返修提供準確的基準，是企業(yè)急需解決的問題。

1 尺寸數(shù)字化檢測方法的研究與應用

1.1 前期調(diào)研

隨著公司新產(chǎn)品及精加工產(chǎn)品量的不斷增加，對尺寸檢測精度有了更高的要求；但在尺寸檢測過程中發(fā)現(xiàn)沒有達到全尺寸檢測，部分位置尺寸圖紙上沒有明確標出，靠常規(guī)的尺寸檢測方法不能全面反映鑄件問題，且運用傳統(tǒng)的檢測方法經(jīng)過計算公式多次轉換后，會出現(xiàn)累計誤差，甚至計算錯誤。另外對于圖紙上沒有標注尺寸的部位和一些復雜曲面，檢測人員無法計算，導致鑄件尺寸漏檢，存在很大的質(zhì)量隱患。因此，常規(guī)的鉗工劃線檢測、手工檢測及三維劃線儀檢測已經(jīng)不能滿足尺寸檢測精度、難度及效率的需求，必須對三維劃線儀進行數(shù)字化改造，實現(xiàn)全面數(shù)字化檢測。

1.2 設備改造及配套軟件系統(tǒng)開發(fā)

經(jīng)過調(diào)研，最終確定對三維劃線儀進行數(shù)字化改造，應用軟件測量，在電腦上直接顯示結果。

1.2.1 設備改造

1）在三維劃線儀水平臂端部劃針座上安裝測頭系統(tǒng)，使用耐磨損的紅寶石測頭，用數(shù)據(jù)線連接測頭和水平臂，使測量值通過數(shù)顯箱里面的RS232接口，將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機進行比對，最終通過顯示系統(tǒng)顯示最終結果。（數(shù)顯系統(tǒng)具有打印、顯示坐標數(shù)據(jù)、公/英制轉換、測量點數(shù)顯示等功能）。如圖1 所示。

2）在兩臺劃線儀旁各安裝一個支架，對應上面各放置一臺顯示屏，一臺電腦通過無線控制兩臺顯示屏，兩臺劃線儀通過測頭標定將結果連接在一個基準平臺上操作，它的行走直線度由高精度的直線導軌保證，并輔以偏心軸及進口滾動軸承相關結構，使在各個方向運行平穩(wěn)可靠，能快速、有效地完成復雜零件、部件、模具件的空間尺寸、曲面的三維軟件檢測，如圖2、圖3 所示。

圖1 數(shù)顯系統(tǒng)

圖2 測頭部位

圖3 劃線儀機座

1.2.2 配套軟件系統(tǒng)開發(fā)及采購

1）鑄件劃線系統(tǒng)：鑄件的所有不合格處理方案及意見都在系統(tǒng)中保存，利于鑄件問題反復出現(xiàn)時查找上次數(shù)據(jù)進行比較，找出問題出現(xiàn)原因并加以改進。將不合格的處理電子化利于實現(xiàn)鑄件評審的可查找性，針對鑄件的處理意見，公司內(nèi)部所有人員都可通過系統(tǒng)進行瀏覽。使得不合格的處理流程真正起到服務與現(xiàn)場，滿足于現(xiàn)場的需要。在系統(tǒng)中對于不合格進行了分類及典型問題的反饋，形成系統(tǒng)報表，避免人為統(tǒng)計錯誤。

2）質(zhì)量報告系統(tǒng)：此系統(tǒng)是在電腦上出具鑄件電子報告并傳遞，通過系統(tǒng)可以減少紙質(zhì)報告多次傳遞造成的浪費，也提高了報告的準確性。

3）采購西門子的Teamcnter 軟件，此軟件里面匯總了所有圖紙，尺寸檢測方案、顧客規(guī)范、內(nèi)控標準、檢測數(shù)模等等，檢測人員可直接在現(xiàn)場電腦上查看相關材料，并進行尺寸檢測。

2 尺寸數(shù)字化檢測過程說明

2.1 檢測前的準備

1）吊運支墊，鑄件找平、找正、起線。

2）將檢測設備進行檢測、測試，打開測量軟件，確保正確有效，無異常。

3）從系統(tǒng)中導出檢測產(chǎn)品的正確數(shù)模導入到測量軟件中。

2.2 檢測過程

2.2.1 測頭標定

測頭的標定，是為了確定同一個坐標原點，且測量過程中，這個標定的球不能有空間位置上的移動，否則測量數(shù)據(jù)就無可追溯性，必須重新進行標定。每一次轉換測頭方向，都要進行測頭標定。標定要求：校準球至少測量四個點，校準精度控制在2.90 mm～3.00 mm 范圍內(nèi)，從測量到結束要確保校準球位置不變，測頭安裝要穩(wěn)固，不能出現(xiàn)晃動情況，如圖4 所示。

圖4 測頭標定

2.2.2 建立坐標系

坐標系建立方法為三個基準面法，在數(shù)模的X、Y、Z 三個方向選取三個基準面，在建立好的三個基準面上選取三個點，構造基準，選擇基準面要求：了解圖紙的基準設計，再選擇合適的建立坐標系的方法，以保證建立的坐標系符合工件圖紙的要求，從而確保所測量數(shù)據(jù)的準確性；建立工件坐標系是指根據(jù)工件和軟件功能來設置坐標系的工作平面、軸的矢量方向和原點的位置，使工件坐標系的參數(shù)與機器坐標系相對應；建立坐標系使鑄件與數(shù)模的坐標系方向一致，保證檢測結果的有效性和準確性，確定所選的三個點的坐標值為理論坐標，然后在鑄件相應的位置測量這三個點，三點的實際坐標和理論坐標對齊，坐標系建立完成，注意事項：1）搞清楚數(shù)模的坐標原點；2）測量球中心要測量到線上；3）右手螺旋法則：拇指指向繞著的軸的正方向，順著四指旋轉的方向角度為正，反之為負，面要投影正確；4）采集特征元素時，要注意保證最大范圍包容所測元素并均勻分布。

坐標系建立界面如圖5 所示。

2.2.3 鑄件進行布點

按照尺寸檢測方案在鑄件上人工布測量點；布點要求：布點數(shù)量不得少于方案要求；凹坑或者異常點要加點測量，避免尺寸漏檢。

2.2.4 尺寸測量

圖5 建立坐標系

按著色數(shù)模要求對鑄件進行人工分組，再按照鑄件公差級別要求，對鑄件分組檢測結果進行人工公差設定，超差尺寸顯示。按照鑄件上的布點，用測頭接觸感應進行快速測量，在測頭接觸工件的瞬間，軟件快速確定測頭和工件的位置關系，并進行標識，如圖6 所示。

2.2.5 檢測結束

尺寸測量完成后，檢測人員按照測量過程中已經(jīng)設置的公差進行超差點的快速篩選，得出超差部位測量偏差，明確尺寸返修量、返修范圍、返修基準等內(nèi)容，并在鑄件上標識好尺寸返修量、返修范圍、返修基準等，承修單位按照問題記錄處理鑄件尺寸問題。

3 結論

對三維劃線設備進行數(shù)字化改造后，在測量瞬間和測量軟件中的理論立體模型比對，進行智能化判斷，能更好更準確的全面反映鑄件尺寸問題，經(jīng)測算單個產(chǎn)品劃線效率提高了30%；且檢測合格率在97%以上，切實提高了尺寸記錄的準確性，實現(xiàn)電子化不合格品處理及系統(tǒng)可控性和追溯性，方便尺寸問題的統(tǒng)計分析，有效提高鑄件尺寸質(zhì)量管理水平。

圖6 數(shù)模上顯示的測量點