淺析三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

張秋艷

摘要：本文從三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成與工作原理構(gòu)成著手，探究三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)當(dāng)中建立坐標(biāo)系，并對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量方法及其實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)的分析，分析三坐標(biāo)測(cè)量在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用并給出了具體檢測(cè)步驟與測(cè)量中的注意事項(xiàng)。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于及時(shí)糾正生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的偏差。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已廣泛應(yīng)用到工程車(chē)輛制造工作中。只有運(yùn)用高精度的測(cè)量機(jī)，才能得到令人滿意的檢測(cè)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量;實(shí)際應(yīng)用;發(fā)展;形位公差

引言

隨著工業(yè)化發(fā)展需要，要求零件的高度互換性，對(duì)尺寸、位置、形狀公差的要求，推動(dòng)了幾何量計(jì)量的發(fā)展。

三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)是以空間點(diǎn)的位置為基礎(chǔ)的，精確進(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集，精密地測(cè)出被測(cè)零件表面的點(diǎn)在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值，根據(jù)這些點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值經(jīng)過(guò)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(guò)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)，以此來(lái)評(píng)定零件的幾何形狀。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)它廣泛地用于機(jī)械制造、汽車(chē)和航空航天等工業(yè)中。它可以進(jìn)行零件和部件的尺寸、形狀及相互位置的檢測(cè)。

一、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要由主機(jī)、軟件（數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集測(cè)頭/測(cè)座四部分系統(tǒng)組成。其中主機(jī)又包括了平臺(tái)、框架結(jié)構(gòu)、光柵系統(tǒng)、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)裝置、平衡部件與附件。運(yùn)行方式一般是通過(guò)相關(guān)的程序指令來(lái)進(jìn)行零件中的位置信息的收集，在通過(guò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析最后輸出用戶需要的測(cè)量結(jié)果。

二、三坐標(biāo)測(cè)量的工作原理

三坐標(biāo)測(cè)量的原理是：將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的平臺(tái)上，移動(dòng)探頭回機(jī)器坐標(biāo)原點(diǎn)，測(cè)量機(jī)接收計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令后，通過(guò)使用三軸光柵從零點(diǎn)來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，自動(dòng)校正機(jī)器坐標(biāo)原點(diǎn)誤差在允許范圍之內(nèi)。探頭采集被測(cè)物體上測(cè)點(diǎn)建立以被測(cè)零件的三個(gè)典型特征方向建立新的零件坐標(biāo)系，在有圖紙的情況下，對(duì)此零件各種要素進(jìn)行測(cè)量可以非常方便地構(gòu)造要素而且進(jìn)行評(píng)價(jià)是與圖紙對(duì)比非常直觀。在精確測(cè)出被測(cè)零件表面點(diǎn)在空間中的坐標(biāo)位置后，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，構(gòu)建平面、圓、直線、圓柱等，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，求出被測(cè)的幾何尺寸、形狀和位置，擬合形成測(cè)量元素如圓球圓柱圓錐曲面等得到形狀位置公差及其它幾何數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)，打印報(bào)告。顯然，對(duì)任何復(fù)雜的幾何表面與形狀，只要測(cè)量機(jī)的測(cè)頭能夠瞄準(zhǔn)（或測(cè)量）到的地方，就可測(cè)出它們的幾何尺寸和相互位置關(guān)系，并借助于計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理。

三、三坐標(biāo)測(cè)量的操作步驟

三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量功能有物體的尺寸、定位、幾何精度及輪廓精度等。按照測(cè)量?jī)x對(duì)應(yīng)的操作步驟，可以對(duì)物體開(kāi)展測(cè)量，測(cè)量步驟大體如下。

步驟1：完成準(zhǔn)備工作。根據(jù)項(xiàng)目與測(cè)量對(duì)象的要求，根據(jù)圖紙中要求的測(cè)量物體的測(cè)量基準(zhǔn)，位置尺寸，形位公差等要求，啟動(dòng)泵源，等待上氣完成，打開(kāi)電腦，啟動(dòng)三坐標(biāo)控制系統(tǒng)，進(jìn)入軟件系統(tǒng)界面，完成準(zhǔn)備工作。

步驟2：將被測(cè)零件放置與平臺(tái)上，用夾具做好定位，固定工件，選擇更換測(cè)頭，自動(dòng)校正機(jī)器坐標(biāo)系，采集零件監(jiān)測(cè)點(diǎn)建立零件坐標(biāo)系，使設(shè)備坐標(biāo)與零件坐標(biāo)統(tǒng)一。

步驟3：手動(dòng)操作采集檢測(cè)點(diǎn)開(kāi)展實(shí)際測(cè)量。開(kāi)始對(duì)測(cè)量元素進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，經(jīng)過(guò)分析并調(diào)試使之符合要求。

步驟4：檢查數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。若發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)有誤或者有仍需要測(cè)量的地方，可以進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，以保證測(cè)量的質(zhì)量與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

步驟5：生成測(cè)量報(bào)告。根據(jù)測(cè)量調(diào)試結(jié)果，工作人員分析數(shù)據(jù)，整理測(cè)量數(shù)據(jù)后打印測(cè)量報(bào)告。

四、三坐標(biāo)測(cè)量的應(yīng)用

4.1構(gòu)造被測(cè)要素法

以生產(chǎn)當(dāng)中加工臺(tái)階孔圓柱度為例進(jìn)行分析，零件的臺(tái)階孔的大小在生產(chǎn)過(guò)程中有著極為重要的作用。但是由于臺(tái)階面本身構(gòu)型，大小不一。所以在測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量就會(huì)遇到較大的難度。在三坐標(biāo)檢測(cè)機(jī)運(yùn)用操作當(dāng)中，手動(dòng)采集一層3點(diǎn)構(gòu)造圓，2層六點(diǎn)構(gòu)造圓柱，引入三坐標(biāo)測(cè)量計(jì)算機(jī)來(lái)輔助數(shù)據(jù)的分析，圓柱度是否在圖紙要求范圍之內(nèi)，從而能夠極大的提高數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性以及快速性。

4.2轉(zhuǎn)換測(cè)量基準(zhǔn)法

在對(duì)比較復(fù)雜的模型的測(cè)量時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)基準(zhǔn)同被測(cè)量的要素出現(xiàn)不一致的情況，因?yàn)檫@種工件具有較為特別的性質(zhì)，因此對(duì)其精度的測(cè)量就極難，所以以往的檢測(cè)手段或檢測(cè)方法就不能夠滿足其檢測(cè)要求。在這種情況下，需要使用到轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)法，是把被測(cè)物要素同中間的基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比以及計(jì)算，然后經(jīng)過(guò)換算來(lái)確定需要檢測(cè)的元素與實(shí)際基準(zhǔn)相互間的關(guān)聯(lián)。在實(shí)際操作當(dāng)中，就夠極大降低操作的復(fù)雜度，把工件穩(wěn)定在加工正面，也就會(huì)導(dǎo)致工藝基準(zhǔn)、被測(cè)要素沒(méi)有保持在同一平面的情況出現(xiàn)。因而就需要通過(guò)實(shí)際測(cè)量來(lái)進(jìn)行基準(zhǔn)的相互變換。實(shí)際的操作當(dāng)中，使用到同一個(gè)平面當(dāng)中的兩點(diǎn)來(lái)進(jìn)行定位，從而獲得實(shí)際的基準(zhǔn)。進(jìn)一步構(gòu)建坐標(biāo)系隨后測(cè)量出具體的坐標(biāo)值。然后通過(guò)對(duì)工件的坐標(biāo)信息進(jìn)行反置，從而獲得實(shí)際的坐標(biāo)系。

4.3其他尺寸測(cè)量應(yīng)用

在實(shí)際的機(jī)械制造當(dāng)中機(jī)械產(chǎn)品需要收集很多尺寸數(shù)據(jù)，從而得到比如零部件的直線度、圓度、平面度、平行度等的大小數(shù)據(jù)，此外還需要針對(duì)角度、球同心度、和輪廓的尺寸進(jìn)行測(cè)定，是因?yàn)檫@些零件會(huì)牽涉到幾何問(wèn)題，因而對(duì)于零件的實(shí)際空間信息的測(cè)定就會(huì)比較的困難。比如在機(jī)械行業(yè)中廣泛應(yīng)用的球體，有時(shí)當(dāng)球體圓度不足時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響使用效果，導(dǎo)致球體提前磨損而失效。這個(gè)時(shí)候通過(guò)使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理就十分的重要，它能夠把形狀公差縮小在極小的范圍當(dāng)中。

結(jié)論

隨著設(shè)計(jì)技術(shù)、生產(chǎn)制造技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到汽車(chē)制造的每一具體環(huán)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)檢測(cè)手段，成為了汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測(cè)所必不可少的一種工具。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用先進(jìn)的傳感技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，具有較高的數(shù)據(jù)采集和處置效率配合先進(jìn)的測(cè)量方法。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以高速高效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的各種測(cè)量需求。三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)已經(jīng)是先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)必不可少的檢驗(yàn)手段。通過(guò)利用基于三維模型的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)。在測(cè)量時(shí)，建立合理的工件坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)工件位置、角度、長(zhǎng)度、尺寸的評(píng)價(jià)，效果良好。將先進(jìn)的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)，充分發(fā)揮其檢測(cè)的高精度、高效率、萬(wàn)能性的優(yōu)點(diǎn)，可以促進(jìn)汽車(chē)制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，進(jìn)而極大地提高汽車(chē)制造業(yè)的生產(chǎn)效率。