張俊鳳 王 真 田 波

（1.沙洲職業(yè)工學院，江蘇 蘇州215600；2.張家港中天精密模塑有限公司，江蘇 蘇州215600）

1 三坐標檢測流程

在汽車制造領域，汽車發(fā)動機占據(jù)了至關(guān)重要的位置。汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)達到一定溫度時必須進行適當?shù)睦鋮s，以保證發(fā)動機的正常使用，從而確保發(fā)動機工作性能良好。而發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的技術(shù)品質(zhì)，主要取決于冷卻風扇的生產(chǎn)控制技術(shù)。汽車冷卻風扇的扇葉角度與形狀對發(fā)動機冷卻效果、氣流流場、風量、風壓、噪音有著直接影響，因此對冷卻風扇扇葉品質(zhì)的檢測也要較其他產(chǎn)品嚴格復雜。

在現(xiàn)有條件下，采用高精度接觸式三坐標測量機（HEXAGON，分辨率＜0.001 mm，測量重復性＜0.002 mm）進行測量，采集能夠反映風扇葉片曲面的特征點，其工作流程如下：將汽車風扇3D數(shù)模導入三坐標軟件，依據(jù)風扇2D圖（圖1）分析測量基準，建立坐標系（粗基準、精基準），根據(jù)被測要素編寫測量程序；接下來對風扇實物在三坐標測量儀上進行定位裝夾，在風扇實物上采點，確定粗基準，將手柄切換到自動模式，進入自動測量；如果不能進行自動順利測量，還要再重新根據(jù)2D圖紙編寫測量程序；最后輸出數(shù)據(jù)報告。

圖1 冷卻風扇的2D圖

2 冷卻風扇葉片曲面的測量

2.1 工件的裝夾定位

由于冷卻風扇較輕，靠自身重量不能抵抗接觸式測頭沖擊力，需要用較重的夾具夾持風扇。風扇基體內(nèi)外表面不能在一次裝夾下完成測量，一般需要二次定位，即重定位。每次定位都要放置成水平狀態(tài)，如圖2所示，將風扇擺放在帶有螺絲孔的通用工裝上，用2個彈性壓片夾緊固定。

由于冷卻風扇扇葉本身是一個扭曲的空間曲面，這就給準確測量曲面形狀帶來了很大的困難。所以，國內(nèi)外都規(guī)定在某一截面上測量幾個點來代替。由于2D特征點反映的是同一平面內(nèi)的輪廓線，而同一平面內(nèi)的輪廓線可以用圓弧、直線進行擬合，所以在扇葉曲面上的2D點是沿著風扇的輪廓邊緣取點，在直線段上取2～4點，在圓弧段上取3～5點，對不容易判別的曲線一般取較密的點。

圖2 風扇的裝夾定位

2.2 測量基準 A、B、C的建立

選擇一個正確的基準對于測量來講非常重要，如果選擇不當，那么測量結(jié)果就會失真，會對判斷產(chǎn)品的合格與否帶來影響，同時對于模具也會判斷失誤，使得模具維修迷失方向，嚴重的話會造成模具報廢，損失嚴重。在對冷卻風扇基體與葉片邊界2D特征點進行三坐標測量之前，一定要對風扇結(jié)構(gòu)特征進行認真分析。根據(jù)2D圖紙，在產(chǎn)品鑲件內(nèi)孔取4點，粗定坐標系中心，從圓心出發(fā)在鑲件表面16 mm處均勻（每隔45°，半徑R＝8 mm）取8點形成A基準面，圓1（嵌件內(nèi)孔）均勻取8點，圓2均勻取8點。圓1指向圓2為B基準，圓1為C基準，如圖3所示。

圖3 測量基準的建立及理論測量點

2.3 冷卻風扇的三坐標檢測

根據(jù)冷卻風扇的2D圖可知被測尺寸：21＃尺寸為（16.2±0.5）mm，22＃尺寸為（28.8±0.5）mm。根據(jù)圖紙意圖，理論測量方法如下：在ABC極坐標系下，自動測量點PT10，極坐標為（154.5，104.4，16.2），即在極坐標下，探針（球形針1.0 mm）走極徑R＝154.5 mm，極角＝104.4°，深度H＝16.2 mm；自動測量點PT1，極坐標為（154.5，91.4，28.8），即在極坐標下，探針走極徑R＝154.5 mm，極角＝91.4°，深度H＝28.8 mm；其余PT2、PT4、PT6、PT8按照PT10的測量方法進行測量，PT3、PT5、PT7、PT9按照PT1的測量方法進行測量，如圖4所示。

圖4 風扇的三坐標檢測

模具加工誤差以及注塑成型產(chǎn)品變形，會導致扇葉與扇葉之間的角度累計誤差，實際測量時采用以下測量方法：導入產(chǎn)品3D數(shù)模，在一片扇葉側(cè)邊處觸測1點，使得這個點的極徑為R＝154.5 mm（觸測的這一點要求選用柱形針測量，因為扇葉是不規(guī)則的曲面以及其厚度較薄，選用普通的球形針不能準確地觸測到該點），重新建立坐標系。將圓1與點1擬合直線1，將坐標系X軸圍繞Z旋轉(zhuǎn)到直線1，探頭自動更換球形探針，自動測量點2（在極坐標下，極徑R＝154.5 mm，極角＝－2.5°，深度H＝28.8 mm），自動測量點3（在極坐標下，極徑R＝154.5 mm，極角＝－15.5°，深度H＝16.2 mm）。

其余葉片上的點按照上述測量方法，必須要在每一片扇葉上建立一個坐標系進行測量，這樣可以避免扇葉與扇葉之間的角度累計誤差使得測量結(jié)果失真。

通過以上檢測方法，順利完成了對汽車冷卻風扇曲面的檢測。實踐證明，用本文的2D、3D特征點設計方法來檢測其他類型的汽車冷卻風扇，均取得了良好效果。

2.4 優(yōu)化測量程序

為了保證整個測量過程及測量結(jié)果的穩(wěn)定性，測量數(shù)據(jù)的可靠性以及操作的簡單化，我們對整個測量程序進行優(yōu)化設計，由于扇葉片數(shù)有5個，為了避免數(shù)據(jù)統(tǒng)計錯誤，必須要在程序中插入注釋語句，讓其在輸出報告時清晰地顯示是第幾片扇葉的尺寸，以達到減輕勞動強度，提高工作效率，實現(xiàn)測量、計算、報告輸出一體化的目的。

3 結(jié)語

三坐標測量機的高精度、三坐標測量方案的可靠性，保證了汽車冷卻風扇三維數(shù)據(jù)點的精度。運用三坐標測量扇葉曲面形狀，解決了扇葉加工過程中曲面形狀測量的困難，實現(xiàn)了對扇葉質(zhì)量的準確、快速檢測，保證了產(chǎn)品出貨的合格率。同時，為下一步生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用三坐標測量機進行扇葉曲面形狀測量和相關(guān)工藝尺寸檢測，建立三坐標測量體系打下了堅實的基礎和強有力的技術(shù)保障。

［1］徐開明，黃治國，鄭興林.渦輪導向器葉片喉道面積值的三坐標測量［J］.硅谷，2011（2）.

［2］郭成操.葉片型面三坐標測量的自適應采樣規(guī)劃及算法研究［J］.工具技術(shù)，2010（10）.