三坐标检测技术论文(2)
三坐标检测技术论文
三坐标检测技术论文篇二
三坐标检测同轴度难点剖析
摘要：在三坐标测量机检测应用越来越普及化、通用化的同时，也伴随着一系列测量疑问，例如一系列形位公差的具体精确检测的方法、某些特殊几何元素的准确测量方法、完整测量程序的编制思路等等。在三坐标测量过程中也会遇到一些问题影响测量精度，如由于测头配置不合理导致测量误差偏大，小圆弧短直线的测量结果明显偏离实际值，或因同轴度测量误差较大，导致合格品误检为不合格品，有时则因深孔圆柱度测量结果较实际值小，使不合格品误检为合格品，本文将针对将对上述问题中的同轴度测量误差成因进行深入分析，并提出具体可行的解决方案。
关键词：三坐标 同轴度 基准 测量
问题提出
在三坐标测量应用于实际生产测量过程中中，有很多工件空间结构特别复杂，而且相互位置尺寸精度要求很高。由于三坐标测量机配备先进的测量处理软件，测量形位公差、空间相关尺寸等能力大大增强，因此很适合复杂零件的测量。然而，在三坐标测量过程中也会遇到一些问题影响测量精度，如由于测头配置不合理导致测量误差偏大，小圆弧短直线的测量结果明显偏离实际值，或因同轴度测量误差较大，导致合格品误检为不合格品，有时则因深孔圆柱度测量结果较实际值小，使不合格品误检为合格品，本文将针对将对上述问题中的同轴度测量误差成因进行深入分析，并提出具体可行的解决方案，为合理使用三坐标测量机奠定了基础。
误差问题原因分析
1、测量基准方面的问题
通常，基准是一个具有确定方向的直线。但基准是由实际要素来确定的，是一个理想要素。三坐标建立基准轴线，是通过采集一定数量的点，然后按照一定的计算公式和评价方法，对采集的点进行处理，最终生成一个基准元素，比如我们所测量的圆柱，是一个具有一定的圆柱度误差，有一定的方向矢量的圆柱。我们注意到：
⑴ 如果采集的点数太少，将不能很全面的反映被测圆柱的实际特征，即直径、方向矢量、圆柱度误差等，从而，以此建立的基准将于实际要素的理想轴线有偏离，从而导致被测元素的同轴度误差增大。
⑵ 另外一个方面，当基准元素的形状误差，即圆柱度误差较大时，将产生很大的影响。一方面由于采集的点数有限，如果圆柱度误差大，则意味着每增加一个点，计算机计算生成的圆柱轴线方向矢量将与前者产生大的偏离，由此，再来测量被测元素的同轴度，也将产生很 大的偏差。如右图为一个截面的采点情况，假设原来均匀采四个点，沿坐标方向，形成如图所示的圆心0，当增加左下方45度方向的两个点时 ，圆点将可能向左下方移动到 0'，从而轴线产生偏离。
⑶ 再者，截面数太少也会影响方向矢量。一个圆柱如果只采集两端的两个截面，则不能反映中间截面的情况，从而使得轴线产生较大的偏离。如右图，如果只采集两端面的两个截面，我们得到的轴线为图示虚线方向，如果增加一个中截面，其轴线则变为实线方向。事实上，如果截面越多，将越逼近理想位置。
2、被测元素如果离基准元素比较远，则误差会被成倍数的放大。也就说，存在一个基准延长的问题，如下图，基准A如果建立无误(理想情况)，为途中短虚线，被测元素此时与基准A同轴，而假设其右端截面圆由于各种因素，如轴线形状弯曲、扭曲、折线、倾斜等，以及可能出现的测量上偶然因素的影响，偏离了此时的位置约为0.006mm，假设L=10L1，则基准延长到L2时，已经偏离了约0.006×10=0.06mm，从而使得同轴度增加0.06×2=0.12mm，由此，同轴度有可能因此而超差。
同轴度问题解决方案探讨
针对以上问题，我们探讨了解决的方法(以杭州博洋三坐标测量机为例)，以供在实际测量中参考运用。
a、增加截面数，同时增加每一个截面的点数。
资料证明，当一个截面的点数超过80个以上时，点数的影响才可以忽略。当然，在实际的测量工作中不可能去采如此之多的点(虽然能够做到)，但增加截面数和点数，将无限逼近被测元素的实际形状，无疑减小了测量的误差。
b、用公共轴线作为基准轴线
当基准圆柱与被测圆柱较短且距离较远时，可以采用公共轴线作为基准轴线的方法，在基准圆柱和被测圆柱上测中间截面，取中截面连线作为基准轴线，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对基准轴线的同轴度，取其最大值作为该工件的同轴度误差。采用此方法时，其基准变长了，对应的误差值也就相应减小了。不过，这种方法也是不足的，其风险在于缩小了实际可能比较大的误差，将不合格的工件误判为合格
c、变通处理——该测同轴度为测直线度
在被测元素和基准元素上多采几个截面圆，然后用圆心构造出一条3D曲线，近似将其当成一条直线，然后评价其直线度，直线度的两倍就是同轴度公差的大小。这种方法，圆柱越短，效果越好，因为这种情况下轴的倾斜对装配影响很小，而轴心偏移对装配影响较大。轴心偏移的测量，实际就是测量轴心连线的直线度。
除了上述三种比较常见的同轴度测量方案外，还有很多其他变通的检测方法，这里就不一一列举了。在实际检测应用中，对比前三种测量方案，一般选用3号方案更加精确合理化。下面我们就对照测量软件RationalDMIS逐步实现3号方案的测量，过程以下图的简单工件为例子演示。
a、构建测头与测头角，并完成所有角度标定。
根据被测元素分布的位置构建出测量需要的测头，如上图我们就检测同轴度时就需要构造两个角度，分别为ROOTSN1 A90B90和ROOTSN1 A90B-90，具体构建以及标定步骤请学员参考《RationalDMIS测量基础运用》。
b、构建出零件坐标系。
建立坐标系选用快速3-2-1法，即测量面、线、点三要素进行构建，其中线最好选择基准圆柱的轴线为坐标系参考线。
c、测量基准圆柱与被测圆柱上的截面圆。
测量界面切换至测整圆，这边我们让每个圆柱测量3个截面圆，共计6个。测量方法请参考《RationalDMIS培训手册》。测量完毕后，在软件双数据区会显示这6个圆名称与数据。
d、圆心构造拟合成一共同圆柱轴线。
测量软件RationalDMIS切换至“构造”界面，选择“拟合”构造，然后将上述6个圆拖放至对应窗口，然后结果元素窗口选择直线并点击 “添加结果”即可。
e、计算圆柱轴线的直线度，间接得到同轴度大小。
测量软件RationalDMIS切换至“公差”界面，选择“直线度”公差，然后将构造出的圆柱轴线拖放至对应窗口，在对应结果窗口就可以读出直线度公差大小，直线度的两倍就是同轴度公差的大小。
注意要点
● 当被测孔(轴)和基准孔(轴)为一刀加工完成时，可以建立公共轴线(那么建立公共轴线的2个圆就要尽量靠近两端，这样拟合的轴线就会最大包容这个柱体);然后让被评价的圆柱与拟合的公共轴线进行评价。
● 当被测孔(轴)和基准孔(轴)不是一刀加工完成时，则需要将坐标系建在基准圆投影在端面山的位置。然后测量被评价柱体的多个截面。求这些截面在该工作平面内的最大偏差。然后将得到的数值乘以二即为最终的同轴度误差。
● 作为基准的元素应当精度要求尽量高，长度尽量长，特别是表面粗糙度、圆度、柱度要尽量好，以增加基准的准确性。
参考文献
1、RationalDMIS软件操作手册
2、RationalDMIS培训手册
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1.激光检测技术论文
3.逆向工程技术论文
4.机器视觉技术论文