三坐标测量孔系位置度方法的实践

三坐标测量孔系位置度方法的实践

王亚楠

哈尔滨东安实业发展有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：现阶段，随着社会的发展，科学技术的发展也越来越迅速。三坐标测量机（CoordinateMeasuringMachining，简称CMM）20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。随着科技的发展，三坐标测量机对测量精度的要求越来越高。笔者根据多年工作经验，对影响三坐标测量机测量精度的因素与对策进行探讨。

关键词：三坐标测量；孔系位置度方法；实践

引言

随着我国工程测量行业的快速发展，各大高校纷纷开展“互换性与测量技术专业”，但是在开展三坐标测量机综合性实验教学的过程中，由于对实验的规范操作步骤以及实施考核细节并不完善，所以导致教学的效果不理想，为此必须要基于三坐标测量机的综合性实验设计与实践进行全面提升，提高学生对于测量理论三坐标测量机的深刻领悟。同时针对高校服务社会的职能下，实现三坐标机多功能，从而服务社会。关键词：三坐标测量机；综合性试验设计；多功能三坐标测量机作为最重要的测量机械设备，具有通用性强、自动化水平、高精度准确的特点。通过对于在机械工程专业实验教学环节的三坐标测量机综合性实验改进，能够形成综合性、创新性为主体的实验教学，促进广大学生的学习和实践水平全面提升，并且也能够让学生更加积极主动的适应社会实践发展的需求。一、三坐标测量机综合性实验的设计综合性实验涉及到许多的学科和三坐标测量机，通过对于综合性实验内容进行分析，可以有效的培养学生观察能力、思维能力。

1影响三坐标测量机测量精度的因素

1.1机房环境的温度与湿度

影响三坐标测量机测量精度的因素很多，其中最重要的因素就是温度问题。每年进行一次的精度校正，并不能保证在温度变化的情况下测量机都能测量准确。尤其是当季节变化时，机房的温度已与校验时不同。当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。此外，使用三坐标测量仪测量的环境湿度，应该在55～65%。如果湿度过大，被测物体容易发生锈蚀，影响测量结果的准确度。

1.2三坐标测量机测头校正的准确性

三坐标测量机测头校正的目的，是要校正出测杆（测尖）的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时产生的误差，将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证正确和准确。

1.3三坐标被测零件的形状误差及基准的正确选择

因为测量机测量的原理是先采点，然后软件对所采点进行拟和计算误差。所以测量机测量时对零件的形状误差有一定的要求。当被测零件有明显的毛刺或沙眼时测量的重复性就明显变差，以至于操作员给不出准确的测量结果。在这种情况下一方面要求对被测零件的形状误差进行控制，也可以适当增大测杆宝石球的直径，但测量误差显然要大一些。

1.4动态误差源

长期以来，三坐标测量机处于静态或以静态为主的测量方式，测量效率较低。测量机的动态特性限制了测量机测量速度的提高，其根本原因是测量机动态误差对测量精度的影响，已有的静态模型不再满足高速测量的精度要求。对于测头动态特性、导轨支承的稳定性、光栅测量系统的动态响应等均会受到测量速度的影响，而且各个误差影响因素相互关联。

2对策

2.1采取措施控制机房的温度与湿度

由于三坐标测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离。三坐标测量机房加强管理，不要有多余人员停留。在三坐标测量机软件中可以用线性修正和温度修正，来针对现场检定时的环境情况修正温度影响。在机房温度稳定的情况下，对因光栅温度和量块温度不同而造成的误差，用温度修正系数来进行修正。当机房环境湿度比较大的时候，可使用除湿机以保证测量的结果的准确性。

2.2做好开机前的准备工作

三坐标测量机对环境要求比较严格，应按合同要求严格控制温度及湿度；三坐标测量机使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油.水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤。所以每天要检查机床气源，放水放油，定期清洗；过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，空气压缩机或集中供气的储气罐也要定期检查；每次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭，花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。测量机即使长期不用，也应保持有效环境的温度湿度。可定期开空调除湿，防止高温高湿环境对测量机造成损害。

2.3严格进行测头校正

要根据形状误差和校正出的宝石球直径及重复性判断校正的准确性。要使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法检查校验精度。测头校验后保存的测头文件，在测头、测杆没有动的前提下可以调出使用。但测量精度比较高的情况下，应重新校正测头。要合理设置测头运行参数，既提高测量效率，又使之对动态精度的影响最小。特别注意测量使用的速度参数应与校准测头的速度参数一致，否则将会由测端作用直径的变化带来很大的触测误差。测量机的动态精度存在空间位置相关性，故应尽量在测量精度最高的位置进行测量作业。一般在靠近各轴测量系统的位置测量精度最高。

2.4提高环形框架刚性

降低x向运动部件重心，从而减小惯性力及产生的机架动变形，同时也保证了平稳、精确的运动。采用中间驱动结构，尽量使驱动力与惯性力的方向重合，减小动态转角误差对测量精度的影响。优化气浮轴承设计，使其具有良好的刚性和承载能力。设计符合阿贝原则的新型结构坐标测量机。提高测量控制系统的性能，使运动更加精确平稳。

3如何做好三坐标测量机对位置度的精确测量

为了做好三坐标测量机对位置度的精确测量，在进行位置度检测的时候，要对图纸有个很好的理解和消化，这样才能在理解的基础上选择合适的基准。

三坐标测量机主要是利用建立的坐标系来对被测零件进行检测，因此要建立合适的坐标系。可以利用PC-DMIS软件，用基准来建立坐标系，也可以利用所测量的元素去建立坐标系。

不同的零部件有不同的功能，所以对于零部件进行位置度的测量，需要根据其功能来给定一个、两个或者任意方向。然后选择投影面，依据基准体系和被测要素的理论位置两方面，找准正确的尺寸方向，选择XY、XZ或者YZ投影面。通过结合投影面和图纸要求来对被测要素进行理论位置的计算。

在对被测元素和基准元素的进行测量工作时，尽量用自动程序去做取点拟合，这样可以避免因手动给检测结果带来误差。

在进行三坐标测量位置度时，对于孔组位置度的测量计算，需要注意，对于深度小于5mm的孔，可以直接计算测量其位置度。对于深度大于5mm的孔，必须采用先测量圆柱，然后与上、下端面求相交，再对交点求位置度的方法来控制测量误差，上、下端面一般是指整个孔的两端面。或者尽量取靠近两端面孔的截面位置，如果仅测量一个截面，求其位置度是不能保证此孔在整个长度范围上所有截面的位置度都合格的。因为交点是圆柱轴线与两端平面相交得到，不管轴线方向往哪个方向倾斜，如果两端交点位置度合格，中间各截面的位置度也應该是合格的。如果是斜平面上的孔，不能与实际表面求相交，原因在于实际加工时多少会存在些许误差。它的公差带是沿着轴线的方向无线延长的圆柱公差带，交点坐标如果落在了公差带内，就可以算作合格。

结语

综上所述，为了做好三坐标测量机对位置度的精确测量，在进行位置度测量工作前，一定要对产品设计的图纸有全面的理解，采用正确的方法进行检测，注重细节，利用先进的计算机技术计算结果并进行分析优化，才能得到符合位置度误差最小条件的测量数据，最大限度的提升产品质量。

参考文献:

[1]贾兆海；智能三坐标视觉检测技术研究[D]；长春工业大学，2016年

[2]李鸿生，郝革红，苏海云，邓建国；三坐标测量在灯具制造中的应用[J]；轻工科技，2014年05期