引言
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是現(xiàn)代化的一種自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，是高精度,、高效率自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn),。按其機(jī)構(gòu)形式可分為橋式、龍門式,、便攜式,、懸臂式等，橋式是一種非常普遍的結(jié)構(gòu)形式,，大部分公司三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)均為橋式結(jié)構(gòu),，適合日常教學(xué)與應(yīng)用。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量原理是精確測(cè)出零件表面的空間三坐標(biāo)值,，經(jīng)過(guò)一定算法擬合成線,、面、圓柱,、球等測(cè)量元素,，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，得出其形狀,、位置及其它幾何量數(shù)據(jù),。可見,，精確測(cè)量出零件表面點(diǎn)的坐標(biāo),，是評(píng)價(jià)形狀、位置等幾何量誤差的基礎(chǔ),。
然而,，實(shí)際的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用并不充分，主要因?yàn)槿鴺?biāo)測(cè)量機(jī)的操作使用要求具有專業(yè)的知識(shí)基礎(chǔ),，非專業(yè)人員很難進(jìn)行后期編程等操作,，更重要的是，測(cè)量方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),，如點(diǎn)的個(gè)數(shù),、位置等的選取等，企業(yè),、高校多依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)量人員完成工件檢測(cè),、實(shí)踐教學(xué)等。
本文針對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要分析,，去除人員,、經(jīng)驗(yàn)、特殊工件對(duì)測(cè)量流程的影響,，提出具有普遍適應(yīng)性的測(cè)量流程,，包括分析工件圖紙,、設(shè)計(jì)測(cè)量方案、完成測(cè)量過(guò)程,、評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果及打印測(cè)量報(bào)告等,。這些將有助于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的初學(xué)人員學(xué)習(xí)與鞏固，是測(cè)量人員形成良好測(cè)量習(xí)慣和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量流程的重要知識(shí)基礎(chǔ),。
1：測(cè)量過(guò)程分析
本文以Daisy8106型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為例,，測(cè)量軟件為AC-DMIS通用型，結(jié)合實(shí)踐教學(xué),，簡(jiǎn)要分析三坐標(biāo)測(cè)量的測(cè)量規(guī)程,。
1.1測(cè)量要求與流程
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種精密度很高的測(cè)量設(shè)備，對(duì)工作環(huán)境有著嚴(yán)格要求,，如溫度應(yīng)控制在20+/-2℃,，濕度控制在40%-60%，以及良好的防震保證,。
分析圖紙,，根據(jù)圖紙要求確定被測(cè)量，大致規(guī)劃測(cè)量過(guò)程,，如基準(zhǔn)的選擇,、測(cè)點(diǎn)的布置等。
測(cè)量之前要選擇合適的測(cè)頭并進(jìn)行測(cè)頭校驗(yàn),，獲取測(cè)球半徑值,。測(cè)頭校驗(yàn)一般使用標(biāo)準(zhǔn)球作為基準(zhǔn)，測(cè)點(diǎn)方法最少為五點(diǎn)法,，即標(biāo)準(zhǔn)球頂部取一點(diǎn),，赤道上測(cè)四點(diǎn)。校驗(yàn)時(shí),，測(cè)座,、測(cè)頭,、標(biāo)準(zhǔn)球均要固定良好,，且表面潔凈。測(cè)頭校驗(yàn)是開始測(cè)量的首要環(huán)節(jié),，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大,，務(wù)必足夠重視。
為了避免測(cè)量時(shí)使用機(jī)器坐標(biāo)系帶來(lái)的回*,，開始測(cè)量前還需要建立工件坐標(biāo)系,。建立合適的坐標(biāo)系是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)后續(xù)測(cè)量的基礎(chǔ)，合理的坐標(biāo)系將有助于提高測(cè)量精度和測(cè)量效率,，并且,，批量檢測(cè)時(shí),，在編程中建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系可以降低工作強(qiáng)度，提高測(cè)量速率,。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，建立坐標(biāo)系的方法有以下三種：
①工件位置找正,。主要應(yīng)用于測(cè)量規(guī)則幾何工件時(shí)建立坐標(biāo)系,，對(duì)三維模型的存在與否沒有要求。運(yùn)用該方法建立工件坐標(biāo)系時(shí)必須遵守321法則,，即首先在待測(cè)工件上采三個(gè)以上的點(diǎn)來(lái)確定基準(zhǔn)平面,，其次在工件上測(cè)量?jī)蓚€(gè)以上的點(diǎn)來(lái)確定基準(zhǔn)線，最后確定基準(zhǔn)點(diǎn),，完成坐標(biāo)系建立,。
@RPS找正。運(yùn)用RPS找正建立工件坐標(biāo)系需要三維模型,，主要針對(duì)原點(diǎn)不在工件本身,、或無(wú)法找到相應(yīng)的基準(zhǔn)元素，多用于曲面薄壁,、鈑金類零件,，如汽車、飛機(jī)的配件,，這類零件的坐標(biāo)系多在車身或機(jī)身上,。
③三個(gè)中心點(diǎn)找正,。三個(gè)中心點(diǎn)找正建立坐標(biāo)系的方法簡(jiǎn)稱三點(diǎn)找正,，需要三維模型，主要針對(duì)一些特殊工件需通過(guò)三點(diǎn)找正確定工件位置的情況,。其中,，3個(gè)中心點(diǎn)必須是空間的非矢量元素，能確定準(zhǔn)確的位置,。元素包括點(diǎn),、圓、橢圓,、球,、方槽、圓槽,，但是點(diǎn)必須采點(diǎn)位置準(zhǔn)確,，圓、橢圓,、方槽,、圓槽必須投影才可建立坐標(biāo)系,。
圖片
為了得到更加準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量過(guò)程中要注意工件的擺放,，以保證工件測(cè)點(diǎn)順序與測(cè)針移動(dòng)方向一致,，這樣測(cè)頭移動(dòng)更合理、安全,。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是通過(guò)拾取表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)來(lái)完成各種幾何量數(shù)據(jù)測(cè)量的,，因此，測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置等的選取至關(guān)重要,。理論上,，采點(diǎn)越多越好，合理地增加測(cè)量點(diǎn)數(shù)可有效降低測(cè)量的不確定度,，實(shí)際中,，采樣點(diǎn)盡可能多且分布均勻，覆蓋整個(gè)元素范圍,，并符合元素測(cè)量采點(diǎn)規(guī)律,。另外，也可通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的方法分析點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置,，Kim等人研究了測(cè)點(diǎn)數(shù)與測(cè)量結(jié)果之間的關(guān)系,，結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)數(shù)越多,，測(cè)量結(jié)果越精確,，但實(shí)際中應(yīng)用較少，多以最少點(diǎn)數(shù)及經(jīng)驗(yàn)確定,。企業(yè)中批量檢測(cè)時(shí),，過(guò)多的測(cè)點(diǎn)數(shù)會(huì)降低測(cè)量效率，而要根據(jù)測(cè)量任務(wù)及精度要求,，確定測(cè)量位置及點(diǎn)數(shù),。
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)拾取空間采樣點(diǎn)坐標(biāo)后，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算才能得到零件的幾何參數(shù)誤差,，算法中多采用最小二乘法,。
1.2測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)與誤差來(lái)源分析
測(cè)量過(guò)程完成后，測(cè)量結(jié)果的分析與評(píng)定,，主要是誤差來(lái)源分析,，是高精度產(chǎn)品檢驗(yàn)的一項(xiàng)要求,，直接影響產(chǎn)品評(píng)定,。它是測(cè)量可靠性的表達(dá)，定量的計(jì)算描述就是測(cè)量不確定度,。測(cè)量不確定度的影響因素主要有以下幾個(gè)方面：
?、俜椒ㄕ`差,。主要指測(cè)量方法不完善引起的誤差，如采點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置的選擇,，基準(zhǔn)的選擇與測(cè)量,，工件安裝是否合理等等。測(cè)量方法的選擇要建立在對(duì)圖紙與零件裝配,、功用等的透徹分析基礎(chǔ)上,，對(duì)于不明確的地方，可以由有經(jīng)驗(yàn)人員來(lái)把握,。
?、谠O(shè)備誤差。指由測(cè)量設(shè)備本身存在的誤差而引起的測(cè)量誤差,，一般用測(cè)量機(jī)的示值誤差或不確定度來(lái)表示,，它與機(jī)器的使用工況有關(guān),，因此,，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)及定期的精度補(bǔ)償至關(guān)重要,，另外,，測(cè)頭部分也是此類誤差的重要來(lái)源，如測(cè)座不同角度旋轉(zhuǎn)定位時(shí)產(chǎn)生的誤差等,。誤差補(bǔ)償技術(shù)是修正測(cè)量設(shè)備誤差的重要方法,，科研工作者也進(jìn)行了深入的研究，是未來(lái)提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量精度的主要發(fā)展趨勢(shì),。
?、廴藛T誤差。指測(cè)量人員受到自身能力限制,，而在測(cè)量時(shí)引入的誤差,，如手動(dòng)采點(diǎn)時(shí)由于測(cè)量速度、方向,、力度的差異而產(chǎn)生的誤差,。測(cè)量人員在工作過(guò)程中盡量使各種測(cè)量影響因素趨于一致、降低到最小,，如相同的測(cè)量力,、測(cè)量速度均勻過(guò)渡等，并盡量使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)測(cè)量模式,，這些在一定程度上可以減小人員誤差,。
④環(huán)境誤差。指由于環(huán)境因素與測(cè)量設(shè)備規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的誤差,。如溫度,、濕度,、氣壓,、振動(dòng)、灰塵等,，其中以溫度對(duì)測(cè)量精度的影響最大,。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作時(shí)的溫度要求是20+/-2℃
結(jié)束語(yǔ)
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為一種精密檢測(cè)手段，其測(cè)量過(guò)程要求嚴(yán)格,。本文就測(cè)量過(guò)程的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了細(xì)致的分析,，包括測(cè)量環(huán)境要求、測(cè)頭校驗(yàn),、建立工件坐標(biāo)系,、工件位置擺放及采點(diǎn)個(gè)數(shù)與位置等，同時(shí),，討論了測(cè)量過(guò)程中誤差產(chǎn)生的來(lái)源,，如方法誤差、設(shè)備誤差,、人員誤差,、環(huán)境誤差，并提出應(yīng)對(duì)策略,。實(shí)踐證明,，良好的測(cè)量操作與測(cè)量結(jié)果誤差分析能夠?qū)崿F(xiàn)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的高精度、高效率使用,，同時(shí),，也是測(cè)量人員的重要素養(yǎng)要求。
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