三坐標(biāo)檢測(cè)技術(shù)論文(2)
三坐標(biāo)檢測(cè)技術(shù)論文
三坐標(biāo)檢測(cè)技術(shù)論文篇二
三坐標(biāo)檢測(cè)同軸度難點(diǎn)剖析
摘要：在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)應(yīng)用越來越普及化、通用化的同時(shí)，也伴隨著一系列測(cè)量疑問，例如一系列形位公差的具體精確檢測(cè)的方法、某些特殊幾何元素的準(zhǔn)確測(cè)量方法、完整測(cè)量程序的編制思路等等。在三坐標(biāo)測(cè)量過程中也會(huì)遇到一些問題影響測(cè)量精度，如由于測(cè)頭配置不合理導(dǎo)致測(cè)量誤差偏大，小圓弧短直線的測(cè)量結(jié)果明顯偏離實(shí)際值，或因同軸度測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致合格品誤檢為不合格品，有時(shí)則因深孔圓柱度測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值小，使不合格品誤檢為合格品，本文將針對(duì)將對(duì)上述問題中的同軸度測(cè)量誤差成因進(jìn)行深入分析，并提出具體可行的解決方案。
關(guān)鍵詞：三坐標(biāo) 同軸度 基準(zhǔn) 測(cè)量
問題提出
在三坐標(biāo)測(cè)量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)測(cè)量過程中中，有很多工件空間結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，而且相互位置尺寸精度要求很高。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配備先進(jìn)的測(cè)量處理軟件，測(cè)量形位公差、空間相關(guān)尺寸等能力大大增強(qiáng)，因此很適合復(fù)雜零件的測(cè)量。然而，在三坐標(biāo)測(cè)量過程中也會(huì)遇到一些問題影響測(cè)量精度，如由于測(cè)頭配置不合理導(dǎo)致測(cè)量誤差偏大，小圓弧短直線的測(cè)量結(jié)果明顯偏離實(shí)際值，或因同軸度測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致合格品誤檢為不合格品，有時(shí)則因深孔圓柱度測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值小，使不合格品誤檢為合格品，本文將針對(duì)將對(duì)上述問題中的同軸度測(cè)量誤差成因進(jìn)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(biāo)測(cè)量機(jī)奠定了基礎(chǔ)。
誤差問題原因分析
1、測(cè)量基準(zhǔn)方面的問題
通常，基準(zhǔn)是一個(gè)具有確定方向的直線。但基準(zhǔn)是由實(shí)際要素來確定的，是一個(gè)理想要素。三坐標(biāo)建立基準(zhǔn)軸線，是通過采集一定數(shù)量的點(diǎn)，然后按照一定的計(jì)算公式和評(píng)價(jià)方法，對(duì)采集的點(diǎn)進(jìn)行處理，最終生成一個(gè)基準(zhǔn)元素，比如我們所測(cè)量的圓柱，是一個(gè)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：
?、?如果采集的點(diǎn)數(shù)太少，將不能很全面的反映被測(cè)圓柱的實(shí)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(zhǔn)將于實(shí)際要素的理想軸線有偏離，從而導(dǎo)致被測(cè)元素的同軸度誤差增大。
?、?另外一個(gè)方面，當(dāng)基準(zhǔn)元素的形狀誤差，即圓柱度誤差較大時(shí)，將產(chǎn)生很大的影響。一方面由于采集的點(diǎn)數(shù)有限，如果圓柱度誤差大，則意味著每增加一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)計(jì)算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產(chǎn)生大的偏離，由此，再來測(cè)量被測(cè)元素的同軸度，也將產(chǎn)生很 大的偏差。如右圖為一個(gè)截面的采點(diǎn)情況，假設(shè)原來均勻采四個(gè)點(diǎn)，沿坐標(biāo)方向，形成如圖所示的圓心0，當(dāng)增加左下方45度方向的兩個(gè)點(diǎn)時(shí) ，圓點(diǎn)將可能向左下方移動(dòng)到 0'，從而軸線產(chǎn)生偏離。
?、?再者，截面數(shù)太少也會(huì)影響方向矢量。一個(gè)圓柱如果只采集兩端的兩個(gè)截面，則不能反映中間截面的情況，從而使得軸線產(chǎn)生較大的偏離。如右圖，如果只采集兩端面的兩個(gè)截面，我們得到的軸線為圖示虛線方向，如果增加一個(gè)中截面，其軸線則變?yōu)閷?shí)線方向。事實(shí)上，如果截面越多，將越逼近理想位置。
2、被測(cè)元素如果離基準(zhǔn)元素比較遠(yuǎn)，則誤差會(huì)被成倍數(shù)的放大。也就說，存在一個(gè)基準(zhǔn)延長(zhǎng)的問題，如下圖，基準(zhǔn)A如果建立無(wú)誤(理想情況)，為途中短虛線，被測(cè)元素此時(shí)與基準(zhǔn)A同軸，而假設(shè)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(xiàn)的測(cè)量上偶然因素的影響，偏離了此時(shí)的位置約為0.006mm，假設(shè)L=10L1，則基準(zhǔn)延長(zhǎng)到L2時(shí)，已經(jīng)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(duì)以上問題，我們探討了解決的方法(以杭州博洋三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為例)，以供在實(shí)際測(cè)量中參考運(yùn)用。
a、增加截面數(shù)，同時(shí)增加每一個(gè)截面的點(diǎn)數(shù)。
資料證明，當(dāng)一個(gè)截面的點(diǎn)數(shù)超過80個(gè)以上時(shí)，點(diǎn)數(shù)的影響才可以忽略。當(dāng)然，在實(shí)際的測(cè)量工作中不可能去采如此之多的點(diǎn)(雖然能夠做到)，但增加截面數(shù)和點(diǎn)數(shù)，將無(wú)限逼近被測(cè)元素的實(shí)際形狀，無(wú)疑減小了測(cè)量的誤差。
b、用公共軸線作為基準(zhǔn)軸線
當(dāng)基準(zhǔn)圓柱與被測(cè)圓柱較短且距離較遠(yuǎn)時(shí)，可以采用公共軸線作為基準(zhǔn)軸線的方法，在基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱上測(cè)中間截面，取中截面連線作為基準(zhǔn)軸線，然后分別計(jì)算基準(zhǔn)圓柱和被測(cè)圓柱對(duì)基準(zhǔn)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(shí)，其基準(zhǔn)變長(zhǎng)了，對(duì)應(yīng)的誤差值也就相應(yīng)減小了。不過，這種方法也是不足的，其風(fēng)險(xiǎn)在于縮小了實(shí)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(cè)同軸度為測(cè)直線度
在被測(cè)元素和基準(zhǔn)元素上多采幾個(gè)截面圓，然后用圓心構(gòu)造出一條3D曲線，近似將其當(dāng)成一條直線，然后評(píng)價(jià)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?yàn)檫@種情況下軸的傾斜對(duì)裝配影響很小，而軸心偏移對(duì)裝配影響較大。軸心偏移的測(cè)量，實(shí)際就是測(cè)量軸心連線的直線度。
除了上述三種比較常見的同軸度測(cè)量方案外，還有很多其他變通的檢測(cè)方法，這里就不一一列舉了。在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中，對(duì)比前三種測(cè)量方案，一般選用3號(hào)方案更加精確合理化。下面我們就對(duì)照測(cè)量軟件RationalDMIS逐步實(shí)現(xiàn)3號(hào)方案的測(cè)量，過程以下圖的簡(jiǎn)單工件為例子演示。
a、構(gòu)建測(cè)頭與測(cè)頭角，并完成所有角度標(biāo)定。
根據(jù)被測(cè)元素分布的位置構(gòu)建出測(cè)量需要的測(cè)頭，如上圖我們就檢測(cè)同軸度時(shí)就需要構(gòu)造兩個(gè)角度，分別為ROOTSN1 A90B90和ROOTSN1 A90B-90，具體構(gòu)建以及標(biāo)定步驟請(qǐng)學(xué)員參考《RationalDMIS測(cè)量基礎(chǔ)運(yùn)用》。
b、構(gòu)建出零件坐標(biāo)系。
建立坐標(biāo)系選用快速3-2-1法，即測(cè)量面、線、點(diǎn)三要素進(jìn)行構(gòu)建，其中線最好選擇基準(zhǔn)圓柱的軸線為坐標(biāo)系參考線。
c、測(cè)量基準(zhǔn)圓柱與被測(cè)圓柱上的截面圓。
測(cè)量界面切換至測(cè)整圓，這邊我們讓每個(gè)圓柱測(cè)量3個(gè)截面圓，共計(jì)6個(gè)。測(cè)量方法請(qǐng)參考《RationalDMIS培訓(xùn)手冊(cè)》。測(cè)量完畢后，在軟件雙數(shù)據(jù)區(qū)會(huì)顯示這6個(gè)圓名稱與數(shù)據(jù)。
d、圓心構(gòu)造擬合成一共同圓柱軸線。
測(cè)量軟件RationalDMIS切換至“構(gòu)造”界面，選擇“擬合”構(gòu)造，然后將上述6個(gè)圓拖放至對(duì)應(yīng)窗口，然后結(jié)果元素窗口選擇直線并點(diǎn)擊 “添加結(jié)果”即可。
e、計(jì)算圓柱軸線的直線度，間接得到同軸度大小。
測(cè)量軟件RationalDMIS切換至“公差”界面，選擇“直線度”公差，然后將構(gòu)造出的圓柱軸線拖放至對(duì)應(yīng)窗口，在對(duì)應(yīng)結(jié)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(diǎn)
● 當(dāng)被測(cè)孔(軸)和基準(zhǔn)孔(軸)為一刀加工完成時(shí)，可以建立公共軸線(那么建立公共軸線的2個(gè)圓就要盡量靠近兩端，這樣擬合的軸線就會(huì)最大包容這個(gè)柱體);然后讓被評(píng)價(jià)的圓柱與擬合的公共軸線進(jìn)行評(píng)價(jià)。
● 當(dāng)被測(cè)孔(軸)和基準(zhǔn)孔(軸)不是一刀加工完成時(shí)，則需要將坐標(biāo)系建在基準(zhǔn)圓投影在端面山的位置。然后測(cè)量被評(píng)價(jià)柱體的多個(gè)截面。求這些截面在該工作平面內(nèi)的最大偏差。然后將得到的數(shù)值乘以二即為最終的同軸度誤差。
● 作為基準(zhǔn)的元素應(yīng)當(dāng)精度要求盡量高，長(zhǎng)度盡量長(zhǎng)，特別是表面粗糙度、圓度、柱度要盡量好，以增加基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn)
1、RationalDMIS軟件操作手冊(cè)
2、RationalDMIS培訓(xùn)手冊(cè)
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