張俊鳳 王 真 田 波

（1.沙洲職業(yè)工學(xué)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(biāo)檢測流程

在汽車制造領(lǐng)域，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)占據(jù)了至關(guān)重要的位置。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到一定溫度時(shí)必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能良好。而發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的技術(shù)品質(zhì)，主要取決于冷卻風(fēng)扇的生產(chǎn)控制技術(shù)。汽車?yán)鋮s風(fēng)扇的扇葉角度與形狀對發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果、氣流流場、風(fēng)量、風(fēng)壓、噪音有著直接影響，因此對冷卻風(fēng)扇扇葉品質(zhì)的檢測也要較其他產(chǎn)品嚴(yán)格復(fù)雜。

在現(xiàn)有條件下，采用高精度接觸式三坐標(biāo)測量機(jī)（HEXAGON，分辨率＜0.001 mm，測量重復(fù)性＜0.002 mm）進(jìn)行測量，采集能夠反映風(fēng)扇葉片曲面的特征點(diǎn)，其工作流程如下：將汽車風(fēng)扇3D數(shù)模導(dǎo)入三坐標(biāo)軟件，依據(jù)風(fēng)扇2D圖（圖1）分析測量基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系（粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)），根據(jù)被測要素編寫測量程序；接下來對風(fēng)扇實(shí)物在三坐標(biāo)測量儀上進(jìn)行定位裝夾，在風(fēng)扇實(shí)物上采點(diǎn)，確定粗基準(zhǔn)，將手柄切換到自動(dòng)模式，進(jìn)入自動(dòng)測量；如果不能進(jìn)行自動(dòng)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(bào)告。

圖1 冷卻風(fēng)扇的2D圖

2 冷卻風(fēng)扇葉片曲面的測量

2.1 工件的裝夾定位

由于冷卻風(fēng)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(fēng)扇。風(fēng)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(fēng)扇擺放在帶有螺絲孔的通用工裝上，用2個(gè)彈性壓片夾緊固定。

由于冷卻風(fēng)扇扇葉本身是一個(gè)扭曲的空間曲面，這就給準(zhǔn)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(gè)點(diǎn)來代替。由于2D特征點(diǎn)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(jìn)行擬合，所以在扇葉曲面上的2D點(diǎn)是沿著風(fēng)扇的輪廓邊緣取點(diǎn)，在直線段上取2～4點(diǎn)，在圓弧段上取3～5點(diǎn)，對不容易判別的曲線一般取較密的點(diǎn)。

圖2 風(fēng)扇的裝夾定位

2.2 測量基準(zhǔn) A、B、C的建立

選擇一個(gè)正確的基準(zhǔn)對于測量來講非常重要，如果選擇不當(dāng)，那么測量結(jié)果就會(huì)失真，會(huì)對判斷產(chǎn)品的合格與否帶來影響，同時(shí)對于模具也會(huì)判斷失誤，使得模具維修迷失方向，嚴(yán)重的話會(huì)造成模具報(bào)廢，損失嚴(yán)重。在對冷卻風(fēng)扇基體與葉片邊界2D特征點(diǎn)進(jìn)行三坐標(biāo)測量之前，一定要對風(fēng)扇結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行認(rèn)真分析。根據(jù)2D圖紙，在產(chǎn)品鑲件內(nèi)孔取4點(diǎn)，粗定坐標(biāo)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(diǎn)形成A基準(zhǔn)面，圓1（嵌件內(nèi)孔）均勻取8點(diǎn)，圓2均勻取8點(diǎn)。圓1指向圓2為B基準(zhǔn)，圓1為C基準(zhǔn)，如圖3所示。

圖3 測量基準(zhǔn)的建立及理論測量點(diǎn)

2.3 冷卻風(fēng)扇的三坐標(biāo)檢測

根據(jù)冷卻風(fēng)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(biāo)系下，自動(dòng)測量點(diǎn)PT10，極坐標(biāo)為（154.5，104.4，16.2），即在極坐標(biāo)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(dòng)測量點(diǎn)PT1，極坐標(biāo)為（154.5，91.4，28.8），即在極坐標(biāo)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(jìn)行測量，PT3、PT5、PT7、PT9按照PT1的測量方法進(jìn)行測量，如圖4所示。

圖4 風(fēng)扇的三坐標(biāo)檢測

模具加工誤差以及注塑成型產(chǎn)品變形，會(huì)導(dǎo)致扇葉與扇葉之間的角度累計(jì)誤差，實(shí)際測量時(shí)采用以下測量方法：導(dǎo)入產(chǎn)品3D數(shù)模，在一片扇葉側(cè)邊處觸測1點(diǎn)，使得這個(gè)點(diǎn)的極徑為R＝154.5 mm（觸測的這一點(diǎn)要求選用柱形針測量，因?yàn)樯热~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(zhǔn)確地觸測到該點(diǎn)），重新建立坐標(biāo)系。將圓1與點(diǎn)1擬合直線1，將坐標(biāo)系X軸圍繞Z旋轉(zhuǎn)到直線1，探頭自動(dòng)更換球形探針，自動(dòng)測量點(diǎn)2（在極坐標(biāo)下，極徑R＝154.5 mm，極角＝－2.5°，深度H＝28.8 mm），自動(dòng)測量點(diǎn)3（在極坐標(biāo)下，極徑R＝154.5 mm，極角＝－15.5°，深度H＝16.2 mm）。

其余葉片上的點(diǎn)按照上述測量方法，必須要在每一片扇葉上建立一個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行測量，這樣可以避免扇葉與扇葉之間的角度累計(jì)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?yán)鋮s風(fēng)扇曲面的檢測。實(shí)踐證明，用本文的2D、3D特征點(diǎn)設(shè)計(jì)方法來檢測其他類型的汽車?yán)鋮s風(fēng)扇，均取得了良好效果。

2.4 優(yōu)化測量程序

為了保證整個(gè)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(gè)測量程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，由于扇葉片數(shù)有5個(gè)，為了避免數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤，必須要在程序中插入注釋語句，讓其在輸出報(bào)告時(shí)清晰地顯示是第幾片扇葉的尺寸，以達(dá)到減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)測量、計(jì)算、報(bào)告輸出一體化的目的。

3 結(jié)語

三坐標(biāo)測量機(jī)的高精度、三坐標(biāo)測量方案的可靠性，保證了汽車?yán)鋮s風(fēng)扇三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的精度。運(yùn)用三坐標(biāo)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(shí)現(xiàn)了對扇葉質(zhì)量的準(zhǔn)確、快速檢測，保證了產(chǎn)品出貨的合格率。同時(shí)，為下一步生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行扇葉曲面形狀測量和相關(guān)工藝尺寸檢測，建立三坐標(biāo)測量體系打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

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

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