劉贊 羅元鵬(上汽通用五菱汽車股份有限公司青島公司,山東 青島 266000)

1 緒論

1.1 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的發(fā)展及簡介

三坐標(biāo)測量機是將各種幾何元素的測量轉(zhuǎn)化為這些幾何元素上一些特征點坐標(biāo)位置的測量。在測得這些特征點的坐標(biāo)位置后，再由相應(yīng)的測量軟件按國家標(biāo)準(zhǔn)的評定準(zhǔn)則計算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等。三坐標(biāo)測量機對空間復(fù)雜曲面的測量尤其具備優(yōu)勢，它的強大測量性能主要表現(xiàn)在：(1)高精度測量能力;(2)高速度測量能力;(3)測量數(shù)據(jù)的高置信度;(4)高數(shù)據(jù)處理能力;(5)低成本的測量系統(tǒng)。

圖1.1 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)簡介

1.2 三坐標(biāo)測量機測量原理

三坐標(biāo)測量機的工作原理是坐標(biāo)測量。三維測量可以測量空間任何幾何尺寸，通過測量頭探測，獲得被測物體上各測點的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算機按照最小二乘法等數(shù)學(xué)法則計算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和相對位置。

1.3 三坐標(biāo)測量機的數(shù)據(jù)采集

測量機的采點信號接收裝置是探頭系統(tǒng)，沿X，Y，Z三個軸的方向裝有高精度玻璃光柵尺和讀數(shù)頭。其測量過程就是當(dāng)探頭系統(tǒng)中的測針接觸工件并產(chǎn)生采點信號時，由計算機控制系統(tǒng)去采集當(dāng)前機器X，Y，Z 三個軸的坐標(biāo)值以及相對于機器原點的坐標(biāo)值，再由計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對坐標(biāo)值數(shù)據(jù)進行處理和輸出。

2 三坐標(biāo)測量機在發(fā)動機制造中的應(yīng)用

2.1 三坐標(biāo)完成測量任務(wù)過程

首先，根據(jù)圖紙、工藝以及其他必要信息結(jié)合零件或數(shù)模確定工件定位方法并準(zhǔn)備探針，然后閱讀圖紙找基準(zhǔn)元素和測量元素進行編程，調(diào)試，最后測量并輸出報告。

2.2 如何編寫三坐標(biāo)測量程序

圖2.1 三坐標(biāo)編程步驟

2.3 三坐標(biāo)測量在發(fā)動機零部件檢測中應(yīng)用實例

三坐標(biāo)測量機的應(yīng)用近年來在發(fā)動機及零部件制造系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣。我們公司所使用的三坐標(biāo)都為德國ZEISS的ACCURAⅡ9157，并配備了其自主研發(fā)的CALYPSO 4.6.06英文版編程軟件系統(tǒng)。

2.3.1 連桿檢測應(yīng)用實例

在測量過程中，我們盡量采用基準(zhǔn)一致的原則，下面以發(fā)動機連桿檢測為例，簡要說明編程步驟。根據(jù)連桿圖紙可知，發(fā)動機連桿有大小孔徑、圓度、圓柱度、中心距及平行度扭曲度的測量需求。

2.3.1.1 找基準(zhǔn)。第一基準(zhǔn)A—右側(cè)大端面，第二基準(zhǔn)B—連桿大孔，第三基準(zhǔn)C—連桿小孔。恰好符合我們建立坐標(biāo)系的“一面兩銷”原則。

2.3.1.2 建立坐標(biāo)系?？梢酝ㄟ^有兩種方式：一是脫機編程；二是探測實際零件得到所需元素。我們常用第一種方式建立坐標(biāo)系：1.按照圖紙，創(chuàng)建一個平面X=-25，Y=-25，Z=0 的長寬分別為50mm平面即Plane1第一基準(zhǔn)。2.創(chuàng)建一個X=0，Y=0，Z=-22 的φ43mm 高22mm 圓柱，即大孔圓柱CylinderB 第二基準(zhǔn)。3.創(chuàng)建一個X=0，Y=-127，Z=-22 的φ18mm 高22mm 圓柱CylinderS，將CylinderB 與CylinderS 之間創(chuàng)建一條3D 線，以第一、第二基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，并用CylinderB和3-D Line1控制空間方向，如圖2.3。

圖2.2 連桿測量坐標(biāo)系

2.3.1.3 建立安全平面，且大小要適中，避免CNC 運行時發(fā)生撞針。當(dāng)探頭行走時會自動避讓防撞墻，只有到探測方向時，再穿越防撞墻對特征元素進行探測。安全平面更深入的功能，在測量復(fù)雜零件時再涉及。

圖2.3 安全平面

圖2.4 所探測元素

2.3.1.4 固定連桿到測量平臺，探測加工元素，為測量特性輸出做準(zhǔn)備。由測量需求可知，所需探測的連桿實際元素包涵：大小孔的圓及圓柱；需創(chuàng)建的元素包涵：理論平面plane_YZ、plane_XZ 及小孔圓柱分別到兩個理論平面的投影。如圖2.5。然后對所探測元素進行數(shù)據(jù)采集處理，將原來的默認的打點采集更改為掃描采集，以便輸出更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，以大孔圓柱為例，如圖2.6。

圖2.5 大孔圓柱掃描示意圖

2.3.1.5 輸出元素特性。根據(jù)測量需求大小孔徑、圓度、圓柱度、中心距及平行度扭曲度，將其在元素特性輸出界面實現(xiàn)。

調(diào)整報告模板并設(shè)置自動輸出報告，調(diào)試程序，以便CNC運行。

圖2.6 檢測需求輸出及自動輸出報告格式

2.3.1.6 查看報告，利用Q-das 軟件對測量數(shù)據(jù)進行分析并對不合格零件采取措施，完成測量任務(wù)。

2.4 三坐標(biāo)測量機在發(fā)動機制造中的其他應(yīng)用

2.4.1 在機加生產(chǎn)中控制大量的生產(chǎn)線測量檢具的精度狀態(tài)；

2.4.2 作為各個機加工工序機床的眼睛，在日常加工生產(chǎn)中，對加工的工序產(chǎn)品及完成品進行質(zhì)量檢驗及設(shè)備調(diào)整中的精度確認；

2.4.3 新購進機加生產(chǎn)線時，對加工設(shè)備進行驗收及精度確認；

2.4.4 利用三坐標(biāo)強大的測量能力完成大部分采購件的抽樣檢測；

3 結(jié)語

通過上述應(yīng)用案例，可以看出三坐標(biāo)測量機基本的坐標(biāo)測量功能和編程自動化的便利。通過我們積極思考和巧妙CNC運用，不但能夠為測量需求提供了完美的解決方案，而且可以是整個測量過程始終以高速、高效率和高精度進行。