三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的可靠性研究

于永勝 李孝坤 盧小龍

摘 要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在設(shè)備測(cè)量過(guò)程中，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，成為零部件公差測(cè)量中不可或缺的設(shè)備。在以往的設(shè)備加工生產(chǎn)過(guò)程中，存在著生產(chǎn)方和使用方對(duì)設(shè)備檢測(cè)不同尺寸的現(xiàn)象，這對(duì)于設(shè)備的使用而言，是極為嚴(yán)重的問(wèn)題，鑒于此，采用一種測(cè)量精度更高，更能為雙方所接受的測(cè)量設(shè)備是極為必要的，因而將測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并找出其原因，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行工件的測(cè)量。本文針對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量影響因素進(jìn)行了討論，并對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量點(diǎn)、測(cè)量機(jī)夾持工件位置及數(shù)量等進(jìn)行了基本論述。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī);測(cè)量;可靠性

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種新型的測(cè)量工具，具有高精度、強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力、快速的數(shù)據(jù)測(cè)量以及較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，因而在機(jī)械制造、航空航天以及車輛生產(chǎn)等行業(yè)廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)本公司生產(chǎn)一種需要較高精度測(cè)量的汽車零部件，該產(chǎn)品的平面度可精確到0.01mm，公稱直徑公差精度達(dá)到0.005mm層級(jí)，因而使用測(cè)量精度更高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)極為必要。

1測(cè)量過(guò)程

在測(cè)量工件尺寸的工程中，需要對(duì)該產(chǎn)品做脫機(jī)編程處理，而后建立坐標(biāo)系，將工件的一些基本數(shù)據(jù)導(dǎo)入，完成后進(jìn)行安全檢查，確保測(cè)量機(jī)可正常工作，便可啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)量過(guò)程，進(jìn)行測(cè)量了。

2測(cè)量原理

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本測(cè)量機(jī)理為：對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，探針在接觸到工件表面的過(guò)程中，探針因受到工件的反作用力作用而會(huì)有數(shù)值記錄，其記錄數(shù)據(jù)一般較小，在100mN左右，據(jù)此記錄點(diǎn)便可對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量一個(gè)圓的相關(guān)尺寸時(shí)，可通過(guò)最小二乘法及其他集合方法擬合成一個(gè)圓，而后可測(cè)量出這個(gè)圓的尺寸，通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量出來(lái)的工件尺寸精度較傳統(tǒng)量具所測(cè)出的數(shù)據(jù)精度高，因而得到了生產(chǎn)廠家和用戶的肯定。

3測(cè)量因素的影響

3.1點(diǎn)的位置和數(shù)量

在測(cè)量圓形相關(guān)尺寸時(shí)，測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量及位置的選擇較為重要，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的選取小于圓周長(zhǎng)的1/4尺寸時(shí)，其測(cè)量結(jié)果誤差較大，如：圓度、圓心距離等尺寸?；诖艘蛩?，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量布滿圓周，使其坐標(biāo)點(diǎn)具有可重復(fù)性，測(cè)量精度更高。

通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行零件的測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)的選取至關(guān)重要，理論而言，測(cè)量點(diǎn)越多，測(cè)量結(jié)果越為精確，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量點(diǎn)的選取是有限的，且其選取與零件的表明粗糙度、零件外形尺寸以及零件規(guī)則程度等因素有關(guān)。針對(duì)外形尺寸較大的零部件，測(cè)量點(diǎn)的選取應(yīng)多一點(diǎn)，使其測(cè)量結(jié)果更為精確，能夠更真實(shí)的反映出工件的實(shí)際尺寸。在測(cè)量零件的形位誤差時(shí)，若誤差值較大，表明測(cè)量的精確度較差，無(wú)法較好的反映出零件的實(shí)際形位公差。因而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)要盡量選取較多，而且所選點(diǎn)要盡可能分散，分布均勻，才可使測(cè)量結(jié)果更具有可信度。

3.2工件的裝夾方式

在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行工件相關(guān)尺寸測(cè)量時(shí)，應(yīng)滿足一些要求，如：1）工件的夾持不應(yīng)使其表面損壞或變形，否則零件將無(wú)法滿足實(shí)際要求。2）在對(duì)工件測(cè)量時(shí)應(yīng)保證工件處于固定狀態(tài)，使得工件的尺寸測(cè)量不會(huì)有其他因素干擾。3）工件夾持應(yīng)盡量使其方便操作。在測(cè)量過(guò)程中，保持這些基本要求并正確實(shí)施，也絕非易事，尤其是針對(duì)工件在夾持過(guò)程中不能發(fā)生損壞及變形的要求。如果對(duì)工件的夾持方式不當(dāng)，將會(huì)使得測(cè)量誤差很大，使得測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值相比相去甚遠(yuǎn)，給生產(chǎn)廠家及使用客戶都造成較大的損失。

3.3探針選取

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在測(cè)量工件的尺寸時(shí)，其探針的大小也對(duì)測(cè)量結(jié)果的精確度具有很大的影響，而這點(diǎn)恰巧是很多人不會(huì)注意到的。探針的大小與測(cè)量工件的實(shí)際大小相差不多才能保證測(cè)量精度。在對(duì)探針進(jìn)行選取的過(guò)程中，有幾個(gè)因素應(yīng)進(jìn)行必要的考慮，探針的選取首先要保證能夠完成對(duì)工件尺寸的測(cè)量，如探針尺寸大于工件待測(cè)尺寸時(shí)，將使測(cè)量無(wú)法完成;同時(shí)，在對(duì)探針選取時(shí)，還要根據(jù)待測(cè)工件的表面質(zhì)量進(jìn)行選擇，若工件表面粗糙度較小，可選取較小尺寸的探針，否則，應(yīng)選取較大尺寸的探針進(jìn)行測(cè)量。例如：在對(duì)冶金產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因?yàn)槠浔砻娲植诙容^大，產(chǎn)品間隙較大，故而應(yīng)選取尺寸較大的探針，尺寸較大的探針在接觸到粉末冶金產(chǎn)品時(shí)，因接觸面積較大，使得探針不會(huì)發(fā)生較為明顯的變形，因而可以更為準(zhǔn)確的測(cè)量到產(chǎn)品的尺寸值。

3.4打點(diǎn)掃描的選取

掃描和打點(diǎn)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的基本方法，所謂打點(diǎn)，即探針在對(duì)一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記完成后，立即退后并對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記;而掃描是探針在對(duì)一個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行掃描完成后，即對(duì)下一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行掃描操作。掃描和打點(diǎn)都是在工件表面進(jìn)行的，也為后續(xù)的測(cè)量進(jìn)行前期準(zhǔn)備工作，打點(diǎn)相對(duì)于掃描而言，在對(duì)特定數(shù)量的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記時(shí)，更加費(fèi)時(shí);而掃描過(guò)程中，因探針與工件表面的接觸時(shí)間更長(zhǎng)，因而使得探針的磨損更為嚴(yán)重。因在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)使得測(cè)量點(diǎn)盡可能的多，故而選用掃描法進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)的選取更為可靠有效。當(dāng)然針對(duì)特定的輪廓的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記時(shí)，打點(diǎn)便比較有優(yōu)勢(shì)。

3.5其他因素

針對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量有不同的測(cè)量評(píng)價(jià)方式，一般是最小二乘法，可保證測(cè)量誤差處于合理的范圍之內(nèi)。

在編寫測(cè)量程序的過(guò)程中，針對(duì)測(cè)量點(diǎn)要進(jìn)行手動(dòng)采點(diǎn)，當(dāng)坐標(biāo)定義完成后便可不用手動(dòng)了。因手動(dòng)采點(diǎn)不好控制采點(diǎn)之間的距離，進(jìn)而使得測(cè)量誤差較大，所以在程序編寫完成后應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)采點(diǎn)。

4非測(cè)量因素的影響

在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，要保證測(cè)量機(jī)及工件表面是干凈整潔的，否則會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大的干擾。

針對(duì)測(cè)量完成后的零件在運(yùn)輸過(guò)程中，也要注意包裝完好，在運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸可能也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的差別較大，在特殊情況下，不同地點(diǎn)的溫度等氣候原因也會(huì)對(duì)精度有影響，這些都應(yīng)是考慮因素之一。特別的，金屬制品在溫度發(fā)生變化之后，會(huì)發(fā)生熱脹冷縮的物理變化，故而使得測(cè)量結(jié)果具有較大的差別，而且工件由不同材料組成的話，因不同材料對(duì)溫度的敏感度不同，也會(huì)發(fā)生先行變形，使得測(cè)量結(jié)果差值較大。

5結(jié)論

（1）在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)儀器對(duì)工件進(jìn)行相關(guān)測(cè)量時(shí)，要保證待測(cè)工件表面是干凈整潔的，并沒(méi)有毛刺等雜質(zhì)，選取測(cè)量點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量保持?jǐn)?shù)量較多，并使其距離分布較為均勻，這樣才可以使得測(cè)量結(jié)果較為精確，誤差較小。

（2）在對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，夾持過(guò)程中要確保工件沒(méi)有發(fā)生損壞和變形，同時(shí)工件要保持固定，便于進(jìn)行測(cè)量并使得測(cè)量結(jié)果較為精確。

（3）在進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，要保證探針的選取符合待測(cè)工件的尺寸和表面粗糙度。

（4）測(cè)量過(guò)程進(jìn)行打點(diǎn)時(shí)，首先進(jìn)行手動(dòng)打點(diǎn)，后進(jìn)行自動(dòng)打點(diǎn)。

（5）產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)盡量減少顛簸以及溫度變化較小，確保工件運(yùn)輸前后誤差值較小。

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作者簡(jiǎn)介：

于永勝（19900216），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省開(kāi)封市，當(dāng)前職務(wù)：三坐標(biāo)工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：三坐標(biāo).