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三坐標(biāo)測量機(jī)在精密檢測中的應(yīng)用

傳感器技術(shù) ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-07-04 10:18 ? 次閱讀

三坐標(biāo)測量機(jī) Coordinate Measuring Machining,簡稱 CMM)是近50年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器。它的出現(xiàn),一方面是由于自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床高效率加工以及越來越多復(fù)雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設(shè)備與之配套;另一方面是由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標(biāo)測量機(jī)的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

現(xiàn)代 CMM 不僅能在計(jì)算機(jī)控制下完成各種復(fù)雜測量,而且還可以通過與數(shù)控機(jī)床交換信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)加工的控制,并且還能夠根據(jù)測量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)逆向工程。目前,CMM 已廣泛用于機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等各部門,成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設(shè)備。

由于它通用性強(qiáng),測量范圍大,精度高,效率高,性能好,能與柔性制造系統(tǒng)相連接,已成為一類大型精密儀器,故有"測量中心”之稱。

高精度測量領(lǐng)域,著名的廠商德國卡爾?蔡司(Carl Zeiss)公司的CONTURA G2 產(chǎn)品(如圖所示)以其在硬件和軟件配置上具有的優(yōu)勢,使得連續(xù)掃描測量和逆向工程測量完全滿足精密測量的要求。

德國ZEISS蔡司CONTURA系列三坐標(biāo)測量機(jī)

三坐標(biāo)測量機(jī)的基本工作原理

幾何量測量是以點(diǎn)的坐標(biāo)位置為基礎(chǔ)的,它分為一維、二維和三維測量。三坐標(biāo)測量機(jī)的基本原理是將被測零件放入它容許的測量空間,精密地測出被測零件在 X、Y、Z 三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值,根據(jù)這些點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理,擬合形成測量元素,如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等,經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算得出形狀、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。

CONTURA G2 RDS三坐標(biāo)測量機(jī)的組成和特性

1)測頭系統(tǒng):

測頭系統(tǒng)包括探頭、吸盤、探針、讀數(shù)頭、光柵尺。

2)硬件控制系統(tǒng)

C99 控制柜,具備計(jì)算機(jī)輔助誤差修正功能,可對(duì) CMM 和傳感器做實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)修正,確保得到精確的結(jié)果。

電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),包括電機(jī)、摩擦滾、鋼帶、皮帶、氣墊(氣浮軸承)、氣管、過濾器、氣壓表、調(diào)壓閥。

3) 其它機(jī)械部件

包括花崗巖臺(tái)面、三軸導(dǎo)軌、減震墊、支撐基架、Z 軸平衡氣缸、電磁閥等。

數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)(CALYPSO 測量軟件),利用該軟件,可把 CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成測量程序,從而獲得準(zhǔn)確無誤的檢測方案。

三坐標(biāo)測量機(jī)在精密檢測中的應(yīng)用

目前利用 CONTURA G2 RDS 三坐標(biāo)測量機(jī),對(duì)下圖所示工件的開有多條狹縫的表面進(jìn)行了平面度的幾何測量。

測量程序的編制利用了Calypso測量軟件強(qiáng)大的開放式脫機(jī)編程功能,這種編程方法的好處一是只要將設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的CAD圖紙文件直接輸入到測量軟件中,就可以進(jìn)行編程。不必等工件加工完成后才可以進(jìn)行程序測量,可大大提高工作效率。第二是在程序編制完成之后,可以在CAD環(huán)境中直接調(diào)用程序進(jìn)行模擬測量,對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證,找出運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤測量路徑和采點(diǎn),同時(shí)對(duì)程序進(jìn)行修正,將實(shí)際測量中可能出現(xiàn)的問題降到最低,最大程度的保證了測量過程中的安全性。

脫機(jī)編程時(shí)測量軟件應(yīng)設(shè)置為脫機(jī)工作模式。首先將預(yù)先在CAD環(huán)境下建立的模型直接導(dǎo)入測量軟件中(如下圖)。該測量軟件采用了圖形化可視界面,簡明易用,包含了基本的CAD功能,如放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)、著色(陰影)等功能,軟件的直接的CAD接口,適用于所有重要的CAD格式,不會(huì)導(dǎo)致公差問題及精度的損失。

第二步建立工件坐標(biāo)系開始測量。坐標(biāo)系的建立采用常用的面線點(diǎn)(3-2-1)方式,然后選擇平面(Plane)測量元素,雙擊該平面元素,對(duì)其中測量策略進(jìn)行設(shè)置。由于待測平面比較特殊,上面并列有多條狹縫,而正因?yàn)槿绱瞬胖率蛊矫娑瘸畲嬖诳赡苄浴榱说玫饺婢_可信的測量結(jié)果,根據(jù)廣度均分的原則將測量路徑選擇為多義線(Polyline),這樣使采集到的點(diǎn)盡可能的覆蓋到整個(gè)平面上。使用鼠標(biāo)在工件模型上點(diǎn)擊所要采點(diǎn)的位置,此時(shí)工件模型上會(huì)顯示所采點(diǎn)的位置及其矢量方向。根據(jù)所測量的幾何要素的需要,可進(jìn)行多次采點(diǎn)。當(dāng)采夠所需要的點(diǎn)數(shù)后再在采點(diǎn)窗口中點(diǎn)確定,系統(tǒng)將會(huì)驅(qū)動(dòng)虛擬測頭進(jìn)行采點(diǎn),并擬合出要測的幾何元素及其圖形。多義線測量界面如下圖所示。

下一步應(yīng)對(duì)測量路徑多義線再進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置,其中包括分別根據(jù)實(shí)際情況對(duì)探針?biāo)俣纫约安杉狞c(diǎn)的個(gè)數(shù)的設(shè)定,接著應(yīng)修改平面元素的評(píng)價(jià)方法,設(shè)置為最小二乘法并選擇去除粗大誤差,確定即可。

元素測量完成后,應(yīng)對(duì)測量幾何平面度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在菜單中選擇形狀和位置公差中的平面度,然后雙擊該平面度圖標(biāo),選擇測量完的平面元素,輸入設(shè)計(jì)公差數(shù)值確定完成。平面度評(píng)價(jià)界面如上圖所示。

在測量程序自動(dòng)運(yùn)行之前,為了防止在實(shí)際測量中發(fā)生探針與待測工件意外碰撞應(yīng)設(shè)置安全平面,如下圖所示。

最后將編制完成的測量程序保存,通過聯(lián)機(jī)實(shí)際測量,得到如下圖的平面度測量的結(jié)果報(bào)告。從報(bào)告中可以直觀的得到相關(guān)的測量元素和坐標(biāo)數(shù)值及所有測量數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)需要給出實(shí)際尺寸、公差值、與理論值的偏差、超差情況等詳細(xì)的信息,對(duì)報(bào)告頭自己定義,保存后可隨時(shí)調(diào)看。

通過利用三坐標(biāo)測量機(jī)在對(duì)工件的測量應(yīng)用中,高效率采集到了大量精確、詳細(xì)的測量數(shù)據(jù),完成了以前用其它測量工件平面度量具(如刀口尺等)無法實(shí)現(xiàn)的功能,三坐標(biāo)測量機(jī)具備了高精度高柔性以及優(yōu)異的數(shù)字化能力。在高質(zhì)量產(chǎn)品的制造中使用精密的三坐標(biāo)測量機(jī)可減少測量誤差,保證產(chǎn)品的精度和質(zhì)量,滿足設(shè)計(jì)與制造的需要, 加深理解并更好地掌握其工作原理和性能對(duì)完成并拓展裝備研制中精密零部件的質(zhì)量檢驗(yàn)必將發(fā)揮重大的作用。

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原文標(biāo)題:三坐標(biāo)測量機(jī)在精密加工中的應(yīng)用

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