□ 譚志昊 □ 張 旭 □ 張 宏 □ 馬春港

上海工程技術大學 機械工程學院 上海 201601

三 坐 標 測 量 機 （Coordinate Measuring Machine，CMM）是近幾十年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器。它是一種集機械、光學、電子、數控技術和計算機技術為一體的大型精密智能化儀器,是現代工業(yè)檢測、質量控制和制造技術中不可缺少的重要測量設備,其技術水平是現代測量技術和制造技術水平高低的一個重要標志,因此,對CMM理論和技術的研究一直是國內外學術界和工業(yè)界關注的熱點［1］。

目前,國內外對三坐標測量機的研究主要集中在以下幾個方面，這些方面同時也代表著三坐標測量機未來的發(fā)展方向［2］。

（1）提高測量精度與測量效率。

（2）發(fā)展探測技術，對于小尺寸的測量,例如微孔測量,需要采用微小的測頭。

（3）采用新材料、新技術。近年來，鋁合金、陶瓷材料以及各種合成材料在三坐標測量機上得到了越來越廣泛的應用。

▲圖1 檢查報告

1 三坐標的測量方法和步驟

1.1 測量機器回零并且校驗三坐標的測頭

打開RationalDMIS軟件，測量前，在菜單中選擇“操作選擇工具條”中的 “機器狀態(tài)”→“基本尺寸”→“回零”，回零后在標準球上手動測量5個點，然后“更新校驗規(guī)”→“接受”，校準結束。

1.2 建立合適的坐標系

選擇“操作選擇工具條”中的“坐標”；選擇“3-2-1生成坐標”建立完整坐標系。如果是完全控制的話（即：輸入元素可以完全控制新坐標系），則新坐標系與當前坐標系無關。如果是部分控制，則新坐標系與當前坐標系相關。

1.3 確定三維模型的原坐標系并且導入

RationalDMIS支持多種文件類型。點擊“文件”下拉菜單中的“導入CAD”，選擇要導入的CAD模型文件的類型，然后打開模型文件，系統(tǒng)開始加載模型；加載后的零件模型被添加到元素數據區(qū)窗口下，默認情況下導入的CAD模型與機器坐標對齊。

1.4 測量數據并輸出檢查報告

根據零件二維圖紙，對圖紙上所需要的數據進行質量檢測，輸出圖形檢查報告，如圖1所示。

2 產品質量檢測的內容

2.1 尺寸公差

測量中，在菜單內選擇“操作選擇工具條”中的“公差”；選擇“距離公差”；之后需要從元素數據區(qū)拖放元素到元素名窗口，如圖2所示。

拖放后在元素名窗口顯示拖放的元素，在長度公差窗口顯示距離公差值。

2.2 形位公差

測量中先選擇“操作選擇工具條”中的“公差”，之后會顯示各種公差的類別，根據測量的需要選擇不同的種類，如圖3所示。

選擇好種類后，在雙數據區(qū)中打開元素數據區(qū)窗口，之后的內容如尺寸公差測量的步驟一樣進行，完成測量和數據顯示后，需要點擊“接受”完成公差創(chuàng)建，創(chuàng)建的公差被自動添加到公差數據區(qū)中。

3 關鍵測量技術的分析

3.1 基于圓的坐標系的建立

之前，大多采用3-2-1快速建立坐標系，發(fā)現這樣建立坐標系會引起誤差積累，而且很繁瑣。經過不斷摸索，發(fā)現通過拖拽實際元素快速建立坐標系，既方便又精確?？旖菰氐耐戏挪僮鲗⒆詣蛹せ钚陆⒌淖鴺讼?，通過旋轉和平移坐標系，使其與三維模型的坐標系重合，這樣就很容易實現了零件和零件的3D模型的重合，如圖4所示。

3.2 兩圓柱之間水平和垂直距離的檢測

在測量過程中，發(fā)現DMIS軟件只能輸出兩圓柱中心軸之間的直線距離。經過不斷思考與摸索，發(fā)現建立坐標系之后會很容易測量出兩個圓柱之間的水平或垂直距離。具體方法是:在兩個圓柱上分別測一個圓，然后輸出兩個圓心的垂直和水平的距離，這樣兩圓柱間水平或垂直的距離就很容易地被測量出來了，而且測量過程簡單，操作起來更容易，數據的誤差也小。

3.3 轉換測頭引起所測尺寸偏差過大的解決辦法

在測量復雜的零件時，必須要旋轉測頭。但是在旋轉測頭之后，測量就會出現很大誤差。后來經過查找資料，發(fā)現旋轉測頭之后必須重新建立坐標系。但建立新的坐標系后，原來的數據并不能跟隨坐標系平移和旋轉。采用合并坐標系完成了坐標系中元素的變換，即通過變換一個已存在的坐標系來創(chuàng)建新坐標系。

4 結束語

通過這次的檢測分析，利用三坐標檢測零部件可以達到準確、快速、高效的目的。既給出了產品的質量檢測報告，又總結了3種三坐標質量檢測關鍵技術的新方法，這樣能為以后的測量節(jié)約時間，提高生產效率。通過研究測量的關鍵技術，不僅能在今后的測量中明白測量精度和測量方法之間的聯(lián)系，也能使三坐標在質量檢測領域中保持它高精度的獨特優(yōu)點。

▲圖2 元素窗口

▲圖3 公差類別

▲圖4 坐標窗口

［1］ 何旭棟.三坐標測量機綜述［D］.上海：上海大學，2000.

［2］ 榮列潤.三坐標測量機的現狀和發(fā)展動向［J］.機電一體化,2001（6）：8-11.

［3］ 宋開臣,張奕群.三坐標測量機動態(tài)誤差補償的研究［J］.儀器儀表學報,1999,20（1）:23-25.

［4］ JJF 1064-2010坐標測量機校準規(guī)范［S］.北京：中國計量出版社，2010.

［5］ 李日春，李思忠.提高三坐標測量機溫度穩(wěn)定性的探討［J］.機械制造，2000，38（1）：23-24.