三坐標檢測技術論文(2)
三坐標檢測技術論文
三坐標檢測技術論文篇二
三坐標檢測同軸度難點剖析
摘要：在三坐標測量機檢測應用越來越普及化、通用化的同時，也伴隨著一系列測量疑問，例如一系列形位公差的具體精確檢測的方法、某些特殊幾何元素的準確測量方法、完整測量程序的編制思路等等。在三坐標測量過程中也會遇到一些問題影響測量精度，如由于測頭配置不合理導致測量誤差偏大，小圓弧短直線的測量結果明顯偏離實際值，或因同軸度測量誤差較大，導致合格品誤檢為不合格品，有時則因深孔圓柱度測量結果較實際值小，使不合格品誤檢為合格品，本文將針對將對上述問題中的同軸度測量誤差成因進行深入分析，并提出具體可行的解決方案。
關鍵詞：三坐標 同軸度 基準 測量
問題提出
在三坐標測量應用于實際生產測量過程中中，有很多工件空間結構特別復雜，而且相互位置尺寸精度要求很高。由于三坐標測量機配備先進的測量處理軟件，測量形位公差、空間相關尺寸等能力大大增強，因此很適合復雜零件的測量。然而，在三坐標測量過程中也會遇到一些問題影響測量精度，如由于測頭配置不合理導致測量誤差偏大，小圓弧短直線的測量結果明顯偏離實際值，或因同軸度測量誤差較大，導致合格品誤檢為不合格品，有時則因深孔圓柱度測量結果較實際值小，使不合格品誤檢為合格品，本文將針對將對上述問題中的同軸度測量誤差成因進行深入分析，并提出具體可行的解決方案，為合理使用三坐標測量機奠定了基礎。
誤差問題原因分析
1、測量基準方面的問題
通常，基準是一個具有確定方向的直線。但基準是由實際要素來確定的，是一個理想要素。三坐標建立基準軸線，是通過采集一定數量的點，然后按照一定的計算公式和評價方法，對采集的點進行處理，最終生成一個基準元素，比如我們所測量的圓柱，是一個具有一定的圓柱度誤差，有一定的方向矢量的圓柱。我們注意到：
⑴ 如果采集的點數太少，將不能很全面的反映被測圓柱的實際特征，即直徑、方向矢量、圓柱度誤差等，從而，以此建立的基準將于實際要素的理想軸線有偏離，從而導致被測元素的同軸度誤差增大。
⑵ 另外一個方面，當基準元素的形狀誤差，即圓柱度誤差較大時，將產生很大的影響。一方面由于采集的點數有限，如果圓柱度誤差大，則意味著每增加一個點，計算機計算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產生大的偏離，由此，再來測量被測元素的同軸度，也將產生很 大的偏差。如右圖為一個截面的采點情況，假設原來均勻采四個點，沿坐標方向，形成如圖所示的圓心0，當增加左下方45度方向的兩個點時 ，圓點將可能向左下方移動到 0'，從而軸線產生偏離。
⑶ 再者，截面數太少也會影響方向矢量。一個圓柱如果只采集兩端的兩個截面，則不能反映中間截面的情況，從而使得軸線產生較大的偏離。如右圖，如果只采集兩端面的兩個截面，我們得到的軸線為圖示虛線方向，如果增加一個中截面，其軸線則變為實線方向。事實上，如果截面越多，將越逼近理想位置。
2、被測元素如果離基準元素比較遠，則誤差會被成倍數的放大。也就說，存在一個基準延長的問題，如下圖，基準A如果建立無誤(理想情況)，為途中短虛線，被測元素此時與基準A同軸，而假設其右端截面圓由于各種因素，如軸線形狀彎曲、扭曲、折線、傾斜等，以及可能出現的測量上偶然因素的影響，偏離了此時的位置約為0.006mm，假設L=10L1，則基準延長到L2時，已經偏離了約0.006×10=0.06mm，從而使得同軸度增加0.06×2=0.12mm，由此，同軸度有可能因此而超差。
同軸度問題解決方案探討
針對以上問題，我們探討了解決的方法(以杭州博洋三坐標測量機為例)，以供在實際測量中參考運用。
a、增加截面數，同時增加每一個截面的點數。
資料證明，當一個截面的點數超過80個以上時，點數的影響才可以忽略。當然，在實際的測量工作中不可能去采如此之多的點(雖然能夠做到)，但增加截面數和點數，將無限逼近被測元素的實際形狀，無疑減小了測量的誤差。
b、用公共軸線作為基準軸線
當基準圓柱與被測圓柱較短且距離較遠時，可以采用公共軸線作為基準軸線的方法，在基準圓柱和被測圓柱上測中間截面，取中截面連線作為基準軸線，然后分別計算基準圓柱和被測圓柱對基準軸線的同軸度，取其最大值作為該工件的同軸度誤差。采用此方法時，其基準變長了，對應的誤差值也就相應減小了。不過，這種方法也是不足的，其風險在于縮小了實際可能比較大的誤差，將不合格的工件誤判為合格
c、變通處理——該測同軸度為測直線度
在被測元素和基準元素上多采幾個截面圓，然后用圓心構造出一條3D曲線，近似將其當成一條直線，然后評價其直線度，直線度的兩倍就是同軸度公差的大小。這種方法，圓柱越短，效果越好，因為這種情況下軸的傾斜對裝配影響很小，而軸心偏移對裝配影響較大。軸心偏移的測量，實際就是測量軸心連線的直線度。
除了上述三種比較常見的同軸度測量方案外，還有很多其他變通的檢測方法，這里就不一一列舉了。在實際檢測應用中，對比前三種測量方案，一般選用3號方案更加精確合理化。下面我們就對照測量軟件RationalDMIS逐步實現3號方案的測量，過程以下圖的簡單工件為例子演示。
a、構建測頭與測頭角，并完成所有角度標定。
根據被測元素分布的位置構建出測量需要的測頭，如上圖我們就檢測同軸度時就需要構造兩個角度，分別為ROOTSN1 A90B90和ROOTSN1 A90B-90，具體構建以及標定步驟請學員參考《RationalDMIS測量基礎運用》。
b、構建出零件坐標系。
建立坐標系選用快速3-2-1法，即測量面、線、點三要素進行構建，其中線最好選擇基準圓柱的軸線為坐標系參考線。
c、測量基準圓柱與被測圓柱上的截面圓。
測量界面切換至測整圓，這邊我們讓每個圓柱測量3個截面圓，共計6個。測量方法請參考《RationalDMIS培訓手冊》。測量完畢后，在軟件雙數據區會顯示這6個圓名稱與數據。
d、圓心構造擬合成一共同圓柱軸線。
測量軟件RationalDMIS切換至“構造”界面，選擇“擬合”構造，然后將上述6個圓拖放至對應窗口，然后結果元素窗口選擇直線并點擊 “添加結果”即可。
e、計算圓柱軸線的直線度，間接得到同軸度大小。
測量軟件RationalDMIS切換至“公差”界面，選擇“直線度”公差，然后將構造出的圓柱軸線拖放至對應窗口，在對應結果窗口就可以讀出直線度公差大小，直線度的兩倍就是同軸度公差的大小。
注意要點
● 當被測孔(軸)和基準孔(軸)為一刀加工完成時，可以建立公共軸線(那么建立公共軸線的2個圓就要盡量靠近兩端，這樣擬合的軸線就會最大包容這個柱體);然后讓被評價的圓柱與擬合的公共軸線進行評價。
● 當被測孔(軸)和基準孔(軸)不是一刀加工完成時，則需要將坐標系建在基準圓投影在端面山的位置。然后測量被評價柱體的多個截面。求這些截面在該工作平面內的最大偏差。然后將得到的數值乘以二即為最終的同軸度誤差。
● 作為基準的元素應當精度要求盡量高，長度盡量長，特別是表面粗糙度、圓度、柱度要盡量好，以增加基準的準確性。
參考文獻
1、RationalDMIS軟件操作手冊
2、RationalDMIS培訓手冊
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1.激光檢測技術論文
3.逆向工程技術論文
4.機器視覺技術論文