劉以芬　王傳法

摘要：本文闡述了三坐標(biāo)測量技術(shù)的測量機(jī)理、測量流程，并對公司MCP新產(chǎn)品開發(fā)試制過程中遇到的形位公差，進(jìn)行了典型案例解析，以及對編程技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：測量機(jī)理；測量流程；案例解析；編程技術(shù)

引言

三坐標(biāo)測量技術(shù)最主要的應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)對形位公差的快速、精準(zhǔn)測量。如何達(dá)到這一目的？就需要對三坐標(biāo)測量的機(jī)理及整個檢測流程有所了解，更要對產(chǎn)品的形位公差有一個正確的理解，對測量軟件能夠熟練應(yīng)用。

1.三坐標(biāo)測量機(jī)理

三坐標(biāo)測量機(jī)，其控制系統(tǒng)一般采用伺服電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制，由花崗巖導(dǎo)軌等構(gòu)件組成。其主要工作原理就是將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，通過采集被測物體上的點(diǎn)，得出點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值，將這些坐標(biāo)值經(jīng)過計算機(jī)數(shù)據(jù)處理，擬合形成幾何測量要素，如：平面、直線、圓柱、圓錐、球面等。再通過理論位置（或尺寸）與實(shí)際位置（或尺寸）的比較得出其形狀、位置公差。三坐標(biāo)測量機(jī)一般采用三個直線光柵尺進(jìn)行測量，當(dāng)觸發(fā)測頭發(fā)出測量信號時，三個坐標(biāo)的光柵數(shù)據(jù)被同時鎖定，測得點(diǎn)的坐標(biāo)，即X、Y、Z值，如此，得出工件的實(shí)際位置或尺寸。

2.三坐標(biāo)測量流程

當(dāng)進(jìn)行實(shí)際測量工件時，為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和三坐標(biāo)測量機(jī)能正確使用和維護(hù)，應(yīng)嚴(yán)格按照測量流程進(jìn)行檢測。

（1）分析被測零件圖紙，了解測量要求和方法，確定檢測方案或調(diào)用的程序；

（2）根據(jù)測量要素選擇測頭，校準(zhǔn)測頭；

（3）將被測零件小心的置于測量平臺上，并按策劃要求放置、固定；

（4）編制或調(diào)用測量程序?qū)嵤z測，首次運(yùn)行程序應(yīng)注意減速運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)異常，及時按“緊急?！卑粹o；

（5）評價測量要素，輸出測量結(jié)果，保存測量程序；

（6）拆卸零件，清理工作臺面，進(jìn)行必要的保養(yǎng)。

3.典型案例解析

公司MCP新產(chǎn)品開發(fā)試制過程中，后橋被動錐齒輪端面齒位置度檢測較典型，如圖所示：

這是一個不常見且較難理解的端面齒位置度標(biāo)注示例。每個齒的位置度公差帶為兩平行平面之間的距離。被測齒中心與框架基準(zhǔn)C重合，兩齒之間的理論正確角度為45°。每個齒的中間面應(yīng)限定在間距等于0.1，且對稱于理論正確位置的兩平行平面之間。該兩平行平面對稱于由基準(zhǔn)軸線C和理論正確尺寸45°所確定的被測面的理論正確位置。依次測量8個齒的位置度。

如何完成這樣一個較為復(fù)雜的端面齒位置度測量呢？主要對以下幾點(diǎn)進(jìn)行說明：

（1）正確建立坐標(biāo)系。對于任何一個工件的檢測，正確建立坐標(biāo)系是非常重要的。因?yàn)樗苯佑绊懼蟮乃斜粶y尺寸的測量結(jié)果。坐標(biāo)圓點(diǎn)應(yīng)按位置度標(biāo)注要求選定，很顯然應(yīng)將C基準(zhǔn)，即Φ的中心作為坐標(biāo)圓點(diǎn)O；Z坐標(biāo)方向應(yīng)由端面齒底平面來確定； X坐標(biāo)方向應(yīng)由兩個相對端面齒的中心來確定，即由A、B兩點(diǎn)確定。盡可能選擇被測要素的中間點(diǎn)，這兩個中間點(diǎn)應(yīng)是分別在齒兩側(cè)中間位置采點(diǎn)后構(gòu)造中點(diǎn)得出。X坐標(biāo)的選擇對測量結(jié)果影響較大，應(yīng)慎重考慮。

（2）采集測量點(diǎn)構(gòu)造測量要素。由于該端面齒較淺且理論上垂直齒底平面，因此可忽略高度方向的傾斜誤差，以端面齒底平面為工作平面進(jìn)行二維數(shù)據(jù)采集。測量其中一端面齒兩側(cè)面，得出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、點(diǎn)4，分別構(gòu)造1和2的中點(diǎn)，3和4的中點(diǎn)。依次類推，每個端面齒都構(gòu)造出內(nèi)外兩個中點(diǎn)，代表端面齒的實(shí)際位置。這樣總共測得32個點(diǎn)，構(gòu)造出16個點(diǎn)，以供后續(xù)評價計算使用。

（3）計算測量結(jié)果。利用極坐標(biāo)法計算位置度，輸入極角理論值45°，極徑理論值與實(shí)際值相同即可。因?yàn)辇X的結(jié)構(gòu)不同于孔，在徑向位置是不需要控制的，只需控制其周向位置。依次算出16個點(diǎn)與理論正確位置的偏離值，再將每個偏離值乘以2，即為16個點(diǎn)的位置度，也就是8個齒的位置度。

（4）分析測量結(jié)果。為什么構(gòu)造這么多點(diǎn)？主要是考慮端面齒齒長方向的誤差，如果只采集齒的內(nèi)、外或中間點(diǎn)，則不能代表整個齒的特性，易導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際不符，影響裝配質(zhì)量。如果這些代表端面齒的點(diǎn)都包含于限定間距0.1范圍內(nèi)，則端面齒的位置度即為合格；如果某個齒有一個點(diǎn)超出范圍，或兩個點(diǎn)均超出范圍且位于理論正確位置兩側(cè)，說明該齒至少在角度方面不合格，需要調(diào)整角度或旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系重新評價；如果均超出范圍且在同一側(cè)，說明該齒中心偏離基準(zhǔn)中心C，需要對工裝進(jìn)行調(diào)整。

4.三坐標(biāo)編程技術(shù)應(yīng)用

在編制端面齒位置度測量程序時，考慮到重復(fù)測量的需要，特編制了自動測量程序。有幾點(diǎn)編程技巧供大家參考。

（1）先粗建坐標(biāo)系，再精建坐標(biāo)系完成測量程序的編制。粗建坐標(biāo)系一般采點(diǎn)較少，且較易采集。每次測量時，只需手動完成粗建坐標(biāo)系的采點(diǎn)，然后自動運(yùn)行程序即可。能夠提高重復(fù)測量時的檢測效率，降低測量人員的勞動強(qiáng)度。

（2）在本案例中編程采點(diǎn)時，可利用陣列的方法，完成其中一個端面齒的采點(diǎn)后，以基準(zhǔn)C為中心，通過偏轉(zhuǎn)角度、復(fù)制，脫機(jī)完成其余端面齒的采點(diǎn)程序，然后按照編好的程序自動運(yùn)行其它端面齒的采點(diǎn)即可。能夠大副度降低測量人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省測量時間，提高測量的準(zhǔn)確性。

（3）在計算位置度的時候，可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，找到最佳基準(zhǔn)，減少周向累積誤差，使所有端面齒誤差的最大值為最小。事實(shí)證明此方法能夠減少不良品率，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

5.結(jié)束語

本文給大家闡述了三坐標(biāo)測量技術(shù)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用理論、方法及形位公差分析。隨著三坐標(biāo)測量機(jī)的廣泛應(yīng)用，越來越多的人投入到三坐標(biāo)測量中來，希望能給大家提供借鑒，更希望通過不斷地交流與探討，讓三坐標(biāo)測量技術(shù)的應(yīng)用水平有更大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢建中.PC-DMIS形位公差典型案列解析.?？怂箍等鴺?biāo)論壇2013年度