三坐標檢測技術論文(2)
三坐標檢測技術論文
三坐標檢測技術論文篇二
三坐標檢測同軸度難點剖析
摘要:在三坐標測量機檢測應用越來越普及化、通用化的同時,也伴隨著一系列測量疑問,例如一系列形位公差的具體精確檢測的方法、某些特殊幾何元素的準確測量方法、完整測量程序的編制思路等等。在三坐標測量過程中也會遇到一些問題影響測量精度,如由于測頭配置不合理導致測量誤差偏大,小圓弧短直線的測量結果明顯偏離實際值,或因同軸度測量誤差較大,導致合格品誤檢為不合格品,有時則因深孔圓柱度測量結果較實際值小,使不合格品誤檢為合格品,本文將針對將對上述問題中的同軸度測量誤差成因進行深入分析,并提出具體可行的解決方案。
關鍵詞:三坐標 同軸度 基準 測量
問題提出
在三坐標測量應用于實際生產(chǎn)測量過程中中,有很多工件空間結構特別復雜,而且相互位置尺寸精度要求很高。由于三坐標測量機配備先進的測量處理軟件,測量形位公差、空間相關尺寸等能力大大增強,因此很適合復雜零件的測量。然而,在三坐標測量過程中也會遇到一些問題影響測量精度,如由于測頭配置不合理導致測量誤差偏大,小圓弧短直線的測量結果明顯偏離實際值,或因同軸度測量誤差較大,導致合格品誤檢為不合格品,有時則因深孔圓柱度測量結果較實際值小,使不合格品誤檢為合格品,本文將針對將對上述問題中的同軸度測量誤差成因進行深入分析,并提出具體可行的解決方案,為合理使用三坐標測量機奠定了基礎。
誤差問題原因分析
1、測量基準方面的問題
通常,基準是一個具有確定方向的直線。但基準是由實際要素來確定的,是一個理想要素。三坐標建立基準軸線,是通過采集一定數(shù)量的點,然后按照一定的計算公式和評價方法,對采集的點進行處理,最終生成一個基準元素,比如我們所測量的圓柱,是一個具有一定的圓柱度誤差,有一定的方向矢量的圓柱。我們注意到:
?、?如果采集的點數(shù)太少,將不能很全面的反映被測圓柱的實際特征,即直徑、方向矢量、圓柱度誤差等,從而,以此建立的基準將于實際要素的理想軸線有偏離,從而導致被測元素的同軸度誤差增大。
⑵ 另外一個方面,當基準元素的形狀誤差,即圓柱度誤差較大時,將產(chǎn)生很大的影響。一方面由于采集的點數(shù)有限,如果圓柱度誤差大,則意味著每增加一個點,計算機計算生成的圓柱軸線方向矢量將與前者產(chǎn)生大的偏離,由此,再來測量被測元素的同軸度,也將產(chǎn)生很 大的偏差。如右圖為一個截面的采點情況,假設原來均勻采四個點,沿坐標方向,形成如圖所示的圓心0,當增加左下方45度方向的兩個點時 ,圓點將可能向左下方移動到 0',從而軸線產(chǎn)生偏離。
?、?再者,截面數(shù)太少也會影響方向矢量。一個圓柱如果只采集兩端的兩個截面,則不能反映中間截面的情況,從而使得軸線產(chǎn)生較大的偏離。如右圖,如果只采集兩端面的兩個截面,我們得到的軸線為圖示虛線方向,如果增加一個中截面,其軸線則變?yōu)閷嵕€方向。事實上,如果截面越多,將越逼近理想位置。
2、被測元素如果離基準元素比較遠,則誤差會被成倍數(shù)的放大。也就說,存在一個基準延長的問題,如下圖,基準A如果建立無誤(理想情況),為途中短虛線,被測元素此時與基準A同軸,而假設其右端截面圓由于各種因素,如軸線形狀彎曲、扭曲、折線、傾斜等,以及可能出現(xiàn)的測量上偶然因素的影響,偏離了此時的位置約為0.006mm,假設L=10L1,則基準延長到L2時,已經(jīng)偏離了約0.006×10=0.06mm,從而使得同軸度增加0.06×2=0.12mm,由此,同軸度有可能因此而超差。
同軸度問題解決方案探討
針對以上問題,我們探討了解決的方法(以杭州博洋三坐標測量機為例),以供在實際測量中參考運用。
a、增加截面數(shù),同時增加每一個截面的點數(shù)。
資料證明,當一個截面的點數(shù)超過80個以上時,點數(shù)的影響才可以忽略。當然,在實際的測量工作中不可能去采如此之多的點(雖然能夠做到),但增加截面數(shù)和點數(shù),將無限逼近被測元素的實際形狀,無疑減小了測量的誤差。
b、用公共軸線作為基準軸線
當基準圓柱與被測圓柱較短且距離較遠時,可以采用公共軸線作為基準軸線的方法,在基準圓柱和被測圓柱上測中間截面,取中截面連線作為基準軸線,然后分別計算基準圓柱和被測圓柱對基準軸線的同軸度,取其最大值作為該工件的同軸度誤差。采用此方法時,其基準變長了,對應的誤差值也就相應減小了。不過,這種方法也是不足的,其風險在于縮小了實際可能比較大的誤差,將不合格的工件誤判為合格
c、變通處理——該測同軸度為測直線度
在被測元素和基準元素上多采幾個截面圓,然后用圓心構造出一條3D曲線,近似將其當成一條直線,然后評價其直線度,直線度的兩倍就是同軸度公差的大小。這種方法,圓柱越短,效果越好,因為這種情況下軸的傾斜對裝配影響很小,而軸心偏移對裝配影響較大。軸心偏移的測量,實際就是測量軸心連線的直線度。
除了上述三種比較常見的同軸度測量方案外,還有很多其他變通的檢測方法,這里就不一一列舉了。在實際檢測應用中,對比前三種測量方案,一般選用3號方案更加精確合理化。下面我們就對照測量軟件RationalDMIS逐步實現(xiàn)3號方案的測量,過程以下圖的簡單工件為例子演示。
a、構建測頭與測頭角,并完成所有角度標定。
根據(jù)被測元素分布的位置構建出測量需要的測頭,如上圖我們就檢測同軸度時就需要構造兩個角度,分別為ROOTSN1 A90B90和ROOTSN1 A90B-90,具體構建以及標定步驟請學員參考《RationalDMIS測量基礎運用》。
b、構建出零件坐標系。
建立坐標系選用快速3-2-1法,即測量面、線、點三要素進行構建,其中線最好選擇基準圓柱的軸線為坐標系參考線。
c、測量基準圓柱與被測圓柱上的截面圓。
測量界面切換至測整圓,這邊我們讓每個圓柱測量3個截面圓,共計6個。測量方法請參考《RationalDMIS培訓手冊》。測量完畢后,在軟件雙數(shù)據(jù)區(qū)會顯示這6個圓名稱與數(shù)據(jù)。
d、圓心構造擬合成一共同圓柱軸線。
測量軟件RationalDMIS切換至“構造”界面,選擇“擬合”構造,然后將上述6個圓拖放至對應窗口,然后結果元素窗口選擇直線并點擊 “添加結果”即可。
e、計算圓柱軸線的直線度,間接得到同軸度大小。
測量軟件RationalDMIS切換至“公差”界面,選擇“直線度”公差,然后將構造出的圓柱軸線拖放至對應窗口,在對應結果窗口就可以讀出直線度公差大小,直線度的兩倍就是同軸度公差的大小。
注意要點
● 當被測孔(軸)和基準孔(軸)為一刀加工完成時,可以建立公共軸線(那么建立公共軸線的2個圓就要盡量靠近兩端,這樣擬合的軸線就會最大包容這個柱體);然后讓被評價的圓柱與擬合的公共軸線進行評價。
● 當被測孔(軸)和基準孔(軸)不是一刀加工完成時,則需要將坐標系建在基準圓投影在端面山的位置。然后測量被評價柱體的多個截面。求這些截面在該工作平面內(nèi)的最大偏差。然后將得到的數(shù)值乘以二即為最終的同軸度誤差。
● 作為基準的元素應當精度要求盡量高,長度盡量長,特別是表面粗糙度、圓度、柱度要盡量好,以增加基準的準確性。
參考文獻
1、RationalDMIS軟件操作手冊
2、RationalDMIS培訓手冊
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3.逆向工程技術論文
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