三坐標(biāo)測量機(jī)在產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用

劉頌軍 孫永強(qiáng)

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東青島 266000

三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，通過它檢測零件特征時(shí)，應(yīng)該既要保證采樣點(diǎn)可以滿足被檢測零件的要求，也要注重檢測時(shí)的檢測效率和檢測精度，所以合適的采樣策略非常重要[1]。而采樣策略又包括采樣點(diǎn)數(shù)和采樣分布：當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)量過少時(shí)不能完全反饋被測零件的信息，導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確，即檢測精度降低，而采樣點(diǎn)數(shù)量過多又會(huì)增加檢測時(shí)間，即檢測效率降低；采樣分布是否合理，同樣影響著檢測精度。

1 工作原理

在進(jìn)行高精度測量的時(shí)候，借助計(jì)算機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，順利完成各種難度的任務(wù)，非常智能，而且操作時(shí)間也較短，所以被推廣使用。其工作原理是，先將需要測量的產(chǎn)品放入設(shè)備工作臺(tái)上，建立直角坐標(biāo)系，然后通過探頭進(jìn)行全方位的觸測，得出一些相關(guān)幾何要素的坐標(biāo)。通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行詳細(xì)地分析，然后得出此產(chǎn)品的各種尺寸以及產(chǎn)生的誤差或者形位公差的不符。在這個(gè)工作過程中，探頭不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，對于幾何坐標(biāo)進(jìn)行收集，然后用計(jì)算機(jī)中的測量軟件完成計(jì)算，得到各種尺寸與形位公差，這是一般機(jī)器做不到的，也是其特點(diǎn)的展現(xiàn)。如果想讓三坐標(biāo)測量機(jī)能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，而且能使產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果準(zhǔn)確的話，還需要注意操作人員的技術(shù)水平以及一些特殊手段，比如裝夾夾具，機(jī)械設(shè)計(jì)，加工工藝等。有這些輔助的內(nèi)容，三坐標(biāo)測量機(jī)在工作的時(shí)候，才能更好地分離誤差來源，使產(chǎn)品質(zhì)量檢測在速度提升的同時(shí)，還能確保其精度，生產(chǎn)也隨之變得高效，滿足了市場的需要。

2 影響三坐標(biāo)測量機(jī)測量結(jié)果的原因

2.1 外部環(huán)境因素

（1）溫度。三坐標(biāo)測量機(jī)環(huán)境溫度最宜在20攝氏度，允許上下2攝氏度的數(shù)值波動(dòng)，環(huán)境與額定溫度的差異過大，會(huì)使得光柵尺發(fā)生熱脹冷縮，影響測量精度，進(jìn)而影響測量結(jié)果。

（2）濕度。長期暴露于潮濕環(huán)境下會(huì)使三坐標(biāo)測量機(jī)內(nèi)部的工件產(chǎn)生銹蝕，從而減少使用壽命，但如果濕度過低，易產(chǎn)生靜電，輕則會(huì)引起靜電吸附灰塵影響傳動(dòng)帶等部件，影響測量，重則容易引發(fā)表層瞬時(shí)電壓過大，擊穿電氣元件，造成測量機(jī)損壞，進(jìn)而影響測量結(jié)果。

（3）振動(dòng)。三坐標(biāo)測量機(jī)此類精密儀器對振動(dòng)極為敏感，大型機(jī)械工作的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響測量精度，進(jìn)而影響測量結(jié)果。

（4）氣源。三坐標(biāo)測量機(jī)的空氣軸承需要通過壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，其氣壓必須滿足＞0.5MPa，特別是壓縮空氣中不能含有水、油等液體，如果氣壓不夠或是壓縮空氣含有雜質(zhì)都將會(huì)造成空氣軸承損壞，嚴(yán)重影響測量精度，進(jìn)而影響測量結(jié)果。

（5）工件的清潔與恒溫。工件表面加工后未及時(shí)對附著在產(chǎn)品上的切屑、冷卻液或是機(jī)油等液體殘留進(jìn)行清理，這些殘留物極易粘附在測頭上，影響檢測結(jié)果。工件恒溫時(shí)盡可能降低材料加工前后的溫差，如果工件不經(jīng)過恒溫處理，在實(shí)際操作中可能出現(xiàn)工件熱脹冷縮現(xiàn)象，進(jìn)而影響檢測結(jié)果[2]。

2.2 內(nèi)部環(huán)境因素

設(shè)備各個(gè)關(guān)鍵位置清洗和保養(yǎng)不達(dá)標(biāo)也可能影響到最終測量的精度，其中包括各軸上的光柵尺、校準(zhǔn)球等工件的是否進(jìn)行擦拭，工作臺(tái)、導(dǎo)軌的清灰、清掃工作是否到位，紅寶石測針是否定期由專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)。各機(jī)械元件是否存在松動(dòng)，空氣軸承內(nèi)的壓縮空氣的氣壓及潔凈度是否符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。測量機(jī)的內(nèi)部電路與電氣控制系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。測量機(jī)各軸傳動(dòng)系統(tǒng)中是否存在傳動(dòng)松動(dòng)等等，這些都屬于內(nèi)部環(huán)境影響測量精度的因素。

3 減少三坐標(biāo)測量機(jī)測量誤差的對策

3.1 外部環(huán)境

（1）溫度。將三坐標(biāo)測量機(jī)放置于溫控房中，空調(diào)24小時(shí)開放，配置高靈敏度溫濕度計(jì)，配置溫度控制裝置，設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離進(jìn)出通道，使室內(nèi)溫度保持在18℃-22℃之間。

（2）濕度。配置高靈敏度溫濕度計(jì)，配置濕度控制裝置，使室內(nèi)相對空氣濕度保持在40%-70%之間。

（3）振動(dòng)。遠(yuǎn)離鍛壓機(jī)、沖床和車床等振動(dòng)幅度大的設(shè)備，使三坐標(biāo)測量機(jī)作業(yè)時(shí)遠(yuǎn)離振源，如需要在振源附近安置測量機(jī)，可根據(jù)減震地基圖紙準(zhǔn)備地基或配置主動(dòng)減震設(shè)備。

（4）氣源。保持氣源干凈、干燥、氣壓穩(wěn)定，氣源處進(jìn)設(shè)備前段需安裝空氣過濾裝置、冷干機(jī)及儲(chǔ)氣裝置。使用前對過濾器進(jìn)行檢查，及時(shí)排除內(nèi)部液體。

（5）工件的清潔與恒溫。工件加工完成，需要對工件進(jìn)行清洗，去除工件表面粘附的切削液、積屑和油污。工件加工完成至三坐標(biāo)測量前，需在測量機(jī)的環(huán)境下恒溫靜置2小時(shí)以上。

3.2 內(nèi)部環(huán)境

定期對測量機(jī)進(jìn)行大保養(yǎng)，可以修正測量機(jī)的精度，可以查找測量機(jī)內(nèi)部存在的軟硬件問題，并及時(shí)處理。日常保養(yǎng)最為重要的是定期維護(hù)，紅寶石測針需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)球和各軸的導(dǎo)軌需要定期使用酒精擦拭。定期更換易損件。本論文中主要講述以下幾個(gè)重要子系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)：①測頭及測座。測頭找正，用短桿測量代替長桿測量，測頭進(jìn)行定期更換，減少磨損帶來的問題。測座拆裝需使用專用扳手工具，機(jī)器Z軸運(yùn)動(dòng)需旋轉(zhuǎn)至與測頭對應(yīng)位置，測桿、加長桿總長度不宜超過標(biāo)稱長度。②氣路。選用帶有儲(chǔ)氣罐，持續(xù)工作時(shí)間長，壓力穩(wěn)定的空壓機(jī)作為測量機(jī)的氣源，空壓氣啟動(dòng)壓力不得低于工作壓力，先啟動(dòng)空壓機(jī)再接通電源。③標(biāo)尺。光柵尺定期清理，如果使用的封閉式光柵，則連同周圍灰塵定期清理。拆裝讀數(shù)頭過程中避免碰觸讀數(shù)頭。④傳動(dòng)部件。定期檢查是否存在傳動(dòng)皮帶松動(dòng)。

3.3 對作業(yè)人員嚴(yán)要求

作業(yè)人員需加強(qiáng)對養(yǎng)護(hù)手冊、養(yǎng)護(hù)流程、養(yǎng)護(hù)工序的了解，熟記各個(gè)工件養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和周期，清晰每次作業(yè)展開之前及作業(yè)完成后的具體流程。除了對設(shè)備進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)和功能性測試之外，各個(gè)工件的擦拭清理是否到位，毛刺等突起異物是否完全清理完畢，各個(gè)工裝裝夾是否穩(wěn)固，設(shè)備運(yùn)行的功能、運(yùn)作的聲音、運(yùn)作速率和結(jié)果是否有較大的偏差等等，都是需要作業(yè)人員在日常工作中重點(diǎn)關(guān)注的，作業(yè)人員不僅需負(fù)責(zé)維護(hù)和保養(yǎng)的任務(wù)，也要起到及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的作用[3]。

4 結(jié)語

利用三坐標(biāo)測量機(jī)測量是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)、講究科學(xué)性、注重技巧性的工作，只有不斷實(shí)踐接觸各種測量類型，才能發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，總結(jié)出指導(dǎo)性很好的測量技巧。