不同測(cè)量系統(tǒng)之間的比對(duì)方法介紹

趙海龍 廖文平

摘 要：為了降低因檢具故障影響正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，在新項(xiàng)目檢具前期規(guī)劃中，我們往往需要考慮每個(gè)測(cè)量項(xiàng)目的備用方案。一般手動(dòng)檢具都是用一備一，但像夾具式檢具若本體出現(xiàn)故障而又短時(shí)間內(nèi)不能修復(fù)，還是需要利用三坐標(biāo)來檢測(cè)，其他像曲軸光學(xué)機(jī)出于成本考慮沒有備機(jī)也需要三坐標(biāo)備用。目前工廠檢具的備用方案比對(duì)主要有夾具式檢具與三坐標(biāo)，光學(xué)機(jī)與三坐標(biāo)及生產(chǎn)線CMM與實(shí)驗(yàn)室CMM等等，但往往不同檢具的測(cè)量結(jié)果會(huì)不一致，當(dāng)其超出兩套測(cè)量系統(tǒng)之間的隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差時(shí)，是不可接受的。

關(guān)鍵詞：夾具式檢具;三坐標(biāo);中心孔;測(cè)量系統(tǒng);備用方案;比對(duì)

引言

在驗(yàn)收過程中，我們不僅要針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收，還需與備用方案測(cè)量系統(tǒng)做比對(duì)測(cè)量。另外當(dāng)我們對(duì)某檢具測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑時(shí)，也可以通過對(duì)比其它檢具的測(cè)量數(shù)據(jù)來分析解決。針對(duì)這一問題，本文以曲軸OP10綜合夾具式檢具與三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)芍行目椎谋葘?duì)為例，通過分析影響二者測(cè)量差異的主要因素，介紹了本工廠兩種不同測(cè)量系統(tǒng)之間的比對(duì)方法。

一 曲軸工藝簡(jiǎn)介

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的機(jī)件之一，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu);同時(shí)驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇，水泵，發(fā)電機(jī)等。

工作時(shí)，曲軸承受連桿傳來的力，并由此造成繞其本身軸線的力矩，受力大而且受力復(fù)雜，并承受交變負(fù)荷的沖擊作用;同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力，使其承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷。

曲軸主要由主軸頸，連桿頸，曲柄，平衡塊，芯軸端和法蘭端等組成，如圖一。

某直列4缸曲軸加工自動(dòng)線工藝：一次性加工兩端中心孔及內(nèi)孔->半精加工主軸頸連桿頸->深滾壓->磨削主軸頸連桿頸->動(dòng)平衡->拋光->清洗->測(cè)量下線。

第一工序-主要加工兩端面及中心孔，銑定位面，加工基于曲軸毛坯，而且加工中心孔的質(zhì)量和精度是后續(xù)整個(gè)加工工藝的基準(zhǔn)，所以如何確保第一步的加工質(zhì)量是整個(gè)工藝的關(guān)鍵。

二 夾具式檢具與三坐標(biāo)測(cè)量比對(duì)

1.測(cè)量原理

1.1夾具式檢具測(cè)量原理

OP10檢具為氣缸驅(qū)動(dòng)，電子測(cè)量的綜合夾具式檢具， 它的夾緊定位基準(zhǔn)與機(jī)床一致，以主軸頸1和5實(shí)現(xiàn)軸向定位，以止推面中心實(shí)現(xiàn)分中，操作方法非常簡(jiǎn)單，即把工件放置到預(yù)定位舉升機(jī)構(gòu)的V型塊上，雙手同時(shí)按住通用按鈕和上料按鈕直到工件被夾緊，下料也需要同時(shí)按住通用按鈕和下料按鈕直到工件被松開，如圖二。其中上料和下料是通過各個(gè)氣缸間的相互作用進(jìn)行驅(qū)動(dòng)最終達(dá)到夾緊和松開工件的目的。

它的測(cè)量系統(tǒng)主要由幾部分組成：

傳感器按照測(cè)量要求排列組合成的測(cè)量單元用于感受被測(cè)工件與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)的偏差量，并將這些偏差量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過導(dǎo)線傳送到工控機(jī)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后，由QuickSPC軟件進(jìn)行處理，顯示出測(cè)量結(jié)果并按照要求保存。

測(cè)量?jī)芍行目椎牧恳?guī)在z方向和y方向布了兩個(gè)傳感器，感應(yīng)到測(cè)量要素后會(huì)計(jì)算出中心孔在z，y兩個(gè)方向的偏差值，進(jìn)而得出位置度。

1.2三坐標(biāo)測(cè)量原理

CMM測(cè)量機(jī)的基本原理是將被測(cè)零件放入測(cè)量空間，測(cè)頭接觸工件發(fā)出采點(diǎn)信號(hào)，由控制系統(tǒng)采集x，y，z相對(duì)于機(jī)器原點(diǎn)的坐標(biāo)值，根據(jù)這些點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，擬合形成測(cè)量元素，如圓，球，圓柱，圓錐，曲面等，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算得出形狀，位置公差及其它幾何量數(shù)據(jù)。

曲軸測(cè)量時(shí)，工件#1，5主軸頸放置在夾具的V型支撐，#1連桿頸放置于右側(cè)支撐塊，旋動(dòng)P1處螺帽，確認(rèn)P2處工件與夾具貼合，P3處溫度傳感器與工件貼合;推動(dòng)快速夾，旋動(dòng)P4處螺帽，鎖緊工件，如圖三。

OP10測(cè)量首先以兩中心孔G-F，CS建立工件坐標(biāo)系，然后再測(cè)量#1，5毛坯主軸頸，建立Y-Z子坐標(biāo)系，進(jìn)而來評(píng)定中心孔G和F 相對(duì)Y-Z的位置度。

2.影響因素分析

測(cè)量系統(tǒng)變差可以從人員，儀器（量具），零件，標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境等5個(gè)方面進(jìn)行分析，其中零件在選取時(shí)也需要關(guān)注其質(zhì)量，尤其是測(cè)量點(diǎn)。

特選取了兩個(gè)狀態(tài)稍差（1#和2#）和三個(gè)稍好（3#，4#，5#）的工件作試驗(yàn)（比對(duì)結(jié)果如下），通過對(duì)比證明，同樣的兩套測(cè)量系統(tǒng)狀態(tài)差的工件差異會(huì)明顯偏大。所以進(jìn)行比對(duì)時(shí)，應(yīng)該盡量選取加工質(zhì)量好的工件，這樣能降低因工件狀態(tài)帶來的變差。

3.測(cè)量系統(tǒng)差異分析

CMM及夾具式檢具OP10都通過GR&R驗(yàn)證，說明二者的測(cè)量系統(tǒng)是可以接受的。隨機(jī)選取20根曲軸分別用夾具式檢具和CMM測(cè)量中心孔位置度（數(shù)據(jù)略），檢具和CMM的數(shù)據(jù)趨勢(shì)基本一致，另外夾具式檢具比CMM測(cè)量值大0.06mm左右，公差帶為0.5mm，約占整個(gè)公差帶的12%。

同時(shí)通過對(duì)比還發(fā)現(xiàn)法蘭端比芯軸端普遍差異大，雖然測(cè)量系統(tǒng)通過了GR&R，但還需分析原因，后面檢查發(fā)現(xiàn)檢具在計(jì)算法蘭端的機(jī)械補(bǔ)償值設(shè)置不精確，修改后復(fù)測(cè)幾件數(shù)據(jù)便好了很多。

三 測(cè)量系統(tǒng)比對(duì)方法介紹

根據(jù)以上分析，可以得出影響比對(duì)結(jié)果的主要因素有：測(cè)量原理不同，測(cè)量策略差異（比如CMM一般比夾具式檢具的測(cè)量點(diǎn)要取得多），工件質(zhì)量的好壞以及各測(cè)量系統(tǒng)自身的測(cè)量不確定度（本文不作分析）等等。鑒于此，我們工廠的比對(duì)工作一般做法為：

1.通過GR&R驗(yàn)證確認(rèn)各個(gè)單獨(dú)的測(cè)量系統(tǒng);

2.選取足夠多的工件，但一般由于新檢具狀態(tài)比較好以及時(shí)間關(guān)系，在驗(yàn)收階段我們往往隨機(jī)選用五根工件來分析;

3.將工件編號(hào)做好標(biāo)記，由通過培訓(xùn)的員工分別在兩種檢具上測(cè)量;

4.針對(duì)正常的數(shù)據(jù)分析比對(duì)結(jié)果，一般情況下，若二者為完全不同的測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)差異值與公差帶的百分比在20%以內(nèi)，判定OK，否則NOK;若二者為相同的測(cè)量系統(tǒng)不同的儀器， 當(dāng)差異值與公差帶的百分比在10%以內(nèi)，判定OK，否則NOK;

5.若比對(duì)按此方法不能通過，則需要根據(jù)數(shù)據(jù)分析各測(cè)量系統(tǒng)或者考慮其他備用方案。

四 結(jié)束語

通過本次對(duì)比分析，為解決兩種測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量值不一致，存在不可接受極差的問題提供了參考方法。由于每種測(cè)量系統(tǒng)都存在很大的獨(dú)立性及不確定性，所以目前針對(duì)測(cè)量系統(tǒng)之間的比對(duì)方法及判定也沒有形成一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，這還需要大量的實(shí)驗(yàn)以及巨大的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證并總結(jié)，從而能更規(guī)范地指導(dǎo)檢具驗(yàn)收過程中測(cè)量比對(duì)工作及使用過程中的一些問題解決。

參考文獻(xiàn)：

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[2]形狀和位置公差標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)? 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社

[3]測(cè)量設(shè)備驗(yàn)收Measurement Systems Specification

[4]坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)用技術(shù)

作者簡(jiǎn)介：

趙海龍 1984/10/30 籍貫黑龍江? 職稱：工程師? 研究方向：車輛工程。