摘 要：本文對(duì)零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面檢測(cè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，講解了零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面尺寸綜合檢測(cè)方法的研究，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜內(nèi)腔曲面尺寸；檢測(cè)方法

中圖分類號(hào)：TP391.7

零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面的檢測(cè)，一直是生產(chǎn)企業(yè)的難點(diǎn)。企業(yè)常常采用樣板比對(duì)法，檢驗(yàn)零件類曲面的加工誤差?；虿捎萌鴺?biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量被測(cè)曲面上的點(diǎn)坐標(biāo)值，與理論值進(jìn)行比較，從而計(jì)算出零件的加工誤差。樣板比對(duì)法測(cè)量速度快，但人為影響因素多，準(zhǔn)確性差，沒有測(cè)量數(shù)據(jù)，作為判斷的依據(jù)。應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)，檢測(cè)過程所需時(shí)間較長，檢測(cè)效率低，測(cè)量數(shù)據(jù)不能直接用于誤差檢驗(yàn)，必須經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算。因此要求測(cè)量人員掌握曲面造型、坐標(biāo)變換等技術(shù)、專業(yè)技術(shù)要求高。

針對(duì)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用多點(diǎn)、相對(duì)測(cè)量方法，自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速擬合出相應(yīng)的基準(zhǔn)面和被檢要素曲面，從而準(zhǔn)確計(jì)算出基準(zhǔn)軸線、雙軸線角度、同軸度、圓錐角等零件尺寸誤差與形位誤差。項(xiàng)目研發(fā)將有效解決研制中的難題，并為具有類似結(jié)構(gòu)的零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面的加工檢測(cè)提供合理的解決方案。

研究?jī)?nèi)容有測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及裝調(diào)；測(cè)量裝置的自動(dòng)控制；檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)。主要?jiǎng)?chuàng)新為內(nèi)腔尺寸多維測(cè)量參數(shù)的快速測(cè)量與處理

1 零件復(fù)雜曲面尺寸綜合檢測(cè)方法研究

由于零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面的特殊性，使得常規(guī)的檢測(cè)方法和手段難以檢測(cè)出零件的加工誤差，通常是采集被測(cè)曲面上點(diǎn)坐標(biāo)值，應(yīng)用曲面擬合方法，擬合出相應(yīng)曲面。將被測(cè)曲面參數(shù)與設(shè)計(jì)曲面參數(shù)相比較，而計(jì)算出被測(cè)曲面的加工誤差。

對(duì)于產(chǎn)品，由若干個(gè)等高曲線就可以較好地描述其曲面。將擬合曲線特征參數(shù)與設(shè)計(jì)的等高曲線特征參數(shù)比較，可以得到等高位置的加工誤差。

零件尺寸檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)原理如下：采用接觸式、多點(diǎn)相對(duì)測(cè)量方法，測(cè)量出零件表面相對(duì)于測(cè)頭零位的偏差，從而計(jì)算出被測(cè)曲面測(cè)量點(diǎn)在檢測(cè)臺(tái)柱坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，映射到直角坐標(biāo)系中。應(yīng)用相關(guān)計(jì)算方法，計(jì)算機(jī)軟件編程，自動(dòng)計(jì)算出被測(cè)曲面的幾何要素，并自動(dòng)計(jì)算出連接槽內(nèi)徑尺寸、基準(zhǔn)軸線位置、止口部位和連接槽底同軸度誤差、筒底的錐角及雙軸線角度。并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以指導(dǎo)加工參數(shù)調(diào)整。

為了保證測(cè)量精度，應(yīng)對(duì)影響測(cè)量精度的各因素進(jìn)行分析。包括裝夾精度、測(cè)頭精度、測(cè)頭位移精度、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制精度、傳動(dòng)精度、環(huán)境影響因素等對(duì)測(cè)量精度的綜合影響。在對(duì)不同裝夾、測(cè)量方案理論分析、充分論證的基礎(chǔ)上，選擇測(cè)量變形小、測(cè)量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)可靠、易于實(shí)現(xiàn)的方案實(shí)施設(shè)計(jì)、加工及制造。

被測(cè)表面的坐標(biāo)值直接用于擬合曲面方程。因此坐標(biāo)值的測(cè)量誤差直接影響曲面參數(shù)的擬合精度。分析擬合曲面計(jì)算方法，從而建立坐標(biāo)值誤差與擬合曲面參數(shù)誤差的數(shù)學(xué)模型。

由于測(cè)量是相對(duì)間接測(cè)量，被測(cè)表面的坐標(biāo)值與測(cè)頭零點(diǎn)位置、測(cè)頭示值、轉(zhuǎn)臺(tái)角度非線性相關(guān)，因此坐標(biāo)值誤差與之測(cè)頭零點(diǎn)位置誤差、測(cè)頭示值誤差、轉(zhuǎn)臺(tái)角度誤差非線性相關(guān)。應(yīng)根據(jù)測(cè)量方法、坐標(biāo)值計(jì)算方法應(yīng)用誤差統(tǒng)計(jì)分析原理建立坐標(biāo)值誤差與相關(guān)誤差的數(shù)學(xué)模型。

工件的裝夾誤差、測(cè)頭位移誤差、測(cè)頭零位誤差、測(cè)頭位移誤差直接影響被測(cè)曲面在轉(zhuǎn)臺(tái)柱坐標(biāo)系中的徑向坐標(biāo)值誤差。根據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)分布原理，徑向誤差平方和應(yīng)等于上述各項(xiàng)誤差的平方和。

被測(cè)曲面在轉(zhuǎn)臺(tái)柱坐標(biāo)系中的角度坐標(biāo)值誤差與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角誤差線性相關(guān)。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角誤差與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角控制誤差、傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)誤差非線性相關(guān)，應(yīng)建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型。

環(huán)境因素中，溫度對(duì)測(cè)量精度的影響最大。分析不同溫度差對(duì)測(cè)量精度的影響，從而對(duì)測(cè)量裝置的工作溫度環(huán)境提出具體要求。

在建立相關(guān)誤差數(shù)學(xué)模型后，對(duì)影響測(cè)量誤差的各環(huán)節(jié)因素進(jìn)行誤差合理分配，以有效降低加工制造成本，并滿足使用要求。

2 檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能設(shè)計(jì)

在對(duì)企業(yè)應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)步驟及檢驗(yàn)結(jié)果報(bào)表形式。根據(jù)檢測(cè)裝置的功能進(jìn)行軟件功能設(shè)計(jì)。在對(duì)測(cè)量原理充分論證、理解的基礎(chǔ)上，建立測(cè)量結(jié)果計(jì)算算法，進(jìn)而進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)、流程設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)軟件的前臺(tái)模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件前臺(tái)結(jié)構(gòu)

2.2 在圓和橢圓擬合中應(yīng)用MATLAB與C++混合編程技術(shù)

本課題所研究的檢測(cè)體在實(shí)際檢測(cè)過程中需要對(duì)采集的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的計(jì)算分析，采集的每一組閉合數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)多，軌跡都為圓和橢圓，問題的實(shí)質(zhì)就是由已知圓或橢圓曲線上的大量坐標(biāo)點(diǎn)科學(xué)擬合出此圓或橢圓，而后用于檢測(cè)合格判定分析。而圓或橢圓的擬合求解又需要大量的矩陣運(yùn)算，可以通過MATLAB解決運(yùn)算問題，采用基于MATCOM工具的MATLAB與C++混合編程方法。

2.3 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)

在檢測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析過程中，需要把相映信息存取到Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中，頻繁訪問數(shù)據(jù)庫，要求使用方便快捷的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要采用ODBC和ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。

首先應(yīng)用Microsoft Access建立本地?cái)?shù)據(jù)庫，對(duì)零件、標(biāo)準(zhǔn)體、采集數(shù)據(jù)等建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，并設(shè)置字段及類型。而后，應(yīng)用ODBC類、ADO類及其下不同的訪問數(shù)據(jù)庫函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

2.4 數(shù)據(jù)采集中的多線程技術(shù)

當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)通過I/O端口輸入到應(yīng)用程序時(shí)，需要專門線程對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，與主線程分開執(zhí)行。需要引入多線程技術(shù)，另外設(shè)計(jì)一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

本系統(tǒng)的主線程是用戶界面線程，能夠提供界面和用戶交互，處理用戶輸入并相應(yīng)各種事件和消息，設(shè)計(jì)工作者線程用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集，在后臺(tái)實(shí)時(shí)處理采集到的數(shù)據(jù)。

2.5 主要界面

圖2 應(yīng)用軟件主要界面

3 結(jié)束語

零件復(fù)雜內(nèi)腔曲面的檢測(cè)研究成果具有較好的推廣前景，通過簡(jiǎn)單調(diào)整更改，各項(xiàng)成果能夠在多家企業(yè)應(yīng)用，代替以往的加工、檢驗(yàn)，為技術(shù)開發(fā)單位帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。

尺寸自動(dòng)檢測(cè)裝置的應(yīng)用能夠有效推動(dòng)企業(yè)的節(jié)能降耗，減員增效，提升企業(yè)檢測(cè)技術(shù)水平。其應(yīng)用能夠提高相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率和利潤，為應(yīng)用企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王春香，李雙青.具有復(fù)雜形狀內(nèi)腔的斗齒零件的曲面重構(gòu)技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2010（11）

作者簡(jiǎn)介：李愈馨（1978-），女，工程師，主要研究方向：數(shù)字化技術(shù)，發(fā)表多篇論文。

作者單位：長春設(shè)備工藝研究所，長春 130012；北方通用動(dòng)力集團(tuán)有限公司計(jì)算中心，山西大同 037036