用三坐标测量机对特型零件测量的研究

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三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已越来越显示出其重要性和广阔的发展前景。其可方便地进行空间三维尺寸的测量，可实现在线检测及自动化测量。其优点体现为：(1)通用性强，可实现空间坐标点位的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；(2)测量精确可靠；(3)可方便地进行数据处理与程序控制。因而其可纳人 自动化生产和柔性加工线中，并成为-个重要的组成部分。

进入 60年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐标测量机应运而生，并迅速发展和完善。本文针对难测量、难摆放零件及特殊位置孔的测量进行研究，对本文相似零件有很好的参考价值。

1 复杂零件的测量难度随着三坐标测量机的发展与普及，其作为-种全新的测量手段，要求必须有全新的与其相关的测量方法及测量思维，我选用了图 I所示的零件作为特例来进行说明。

该零件的测量难度叙述几种在以下几点：面 - 曲 面 2图 1 测量零件示意图量所有孔，二是要保证能够方便建立坐标系。

(2)坐标系的建立。该零件为5坐标加工的零件，其两个侧面都是NC曲面，曲面2上 8个孔都为矢量孔，该零件在加工为成品后，已经失去了原有的加工基准，同时，在设计上也没有设计基准供测量使用。所以，该零件在坐标的建立上已经不能采取普通的建坐标系的方法。

(3)孔的测量。由于曲面2上 8个孔都为矢量孔，首先就要解决如何以最简单的方法将各孔矢量方向输入程序中，同时各矢量角度偏差很大，-个测头方向已经不能满足需要，测头的方向要与孔的矢量方向尽量-致，否则小则影响测量，产生测量偏差，大则碰撞测头，对机床造成伤害。

(4)孔的评价。由于在设计 匕这 12个孔都为NC]Jl工孔，没有孔距，不能像其它图纸的孔以孔距来评价。

2 测量方案制定(1)零件的摆放。由于该零件2个方向都有孔， 2.1建立坐标系所以零件的摆放-定要注意，首先是要保证能够测 曲面1为-直平面，上面4个孔都垂直于平面，收稿日期：2013-03-06作者简介：董 宇 (1981-)，男，辽宁大连人，工学学士，工程师，研究方向为机械设计与制造；李岩松 (1979-)，男，辽宁沈阳人，工学学士，助理工程师，研究方向：球墨铸铁管离心铸造设备及精整设备。

1O4冈 国 《装备制造技术)2013年第6期将z面建立在曲面 1上，将零件z方向建立与机床Y方向-致，可以解决孔的测量问题，同时也给测头足够的空间来进行偏摆～零件原点放在曲面 l的- 个孑L上，将 X方向定义为从原点指向另-孔中心的方向上，至此，零件坐标系的建立已经完成。零件的摆放及坐标系如图2所示。

图 2 零件的摆放及坐标系的建立2.2 测头偏摆在零件摆放好后，要对测头的偏摆进行设计，以测量所有孔及数据点。首先测量曲面 1、相邻两曲面及其上的 6个孔的测头角度直接可以定义为A9OB0，可以满足这-侧面的所有数据点及孔的测量要求。而曲面 2，对数据点的测量及前 4个孑L的测量，测头角度定义为AOB0就可以满足要求，但对后四个孔的测量 AOB0角已经无法满足要求，通过数模测量后，得到4个孔相对零件z面的角度分别为 14.7。及44.65。，所 以另外设计两个测头角度 A15B180、A45B180用于完成另外4个孔的测量任务。这样，所有NC曲面的数据点及矢量孑L的测头偏摆已经做完。

2.3测量数据的提劝格式化在数据的提取上，本着最大分布于被测曲面的原则，在曲面 1-侧提取了8个数据点，在曲面2-侧提取了 10个点，在对孔的处理上，提取了 14个孔的孔中心坐标及孔的矢量方向，并将点坐标格式化为：PNTn X，Y，Z，I，J，K格式。同时将数据点分文件处理，曲面 1-侧测量点数据为-个文件，孔位数据为-个文件，曲面2-侧测量点数据为-个文件，孔位数据为-个文件，共 4个文件 ，以方便数据的读人与数据处理。

数据的评价：对数据点的评价 ，根据设计要求，评价点的x、Y、z及矢量方向的上的偏差，公差 ±0.1；对孔的评价，因为是曲面上的矢量孑L，不能采用评价孔距的方法来评价孔，所以对孔也采用了点-个的评价方法，利用孑L中心的孔位数据，评价其x、Y、z及矢量方向上的偏差，公差为 0.075。

3 程序设计在测量方案确定后，接下来的工作就是对测量程序进行设计，得用PCDMIS CAD测量软件进行程序设计。

3.1坐标系的建立首先进行手动建坐标系，将运行模式改为手动，加载当前测头220，测尖T1A9OBO。为了测量准确，在曲面 l上采 5点建立 z轴，采曲面 1上两个孔建立X方向。手动建坐标系结束后，将运行模式改更为自动模式，设定安全平面z正，高度 10 nlnl，复制手动建坐标系，进行自动建坐标系，以消除手动建坐标系带来的-些偏差。

3.2 曲面 1上孔的测量及评价利用程序中找开文件的功能，打开曲面 l上孔位数据点文件，插入评价功能，对刚测量的孔进行评价，程序如下：尺寸 位置7圆的位置P/V单位 毫米，$图示 关 文本 关 乘数 1.o0输出两者轴 标称值 正公差 负公差 测定 偏差 超差X DX 0.0750 0.0750 -0.01 16 -0.Ol 16O.0000--- --Y DY 0.0750 0.0750 -30.0017 -0.00170.0o00 - Y DZ 0.0750 0.0750 -30.0017 -0.00170.0o00 -#- -T 0.000o 0.0750 0.0750 0.0000 0.00000.0o00 -#- -终止尺寸位置7终止循环，孔的测量及评价程序结束。

3.3测头偏摆为了能对曲面2上的数据进行测量，必须进行摆动测头，首先将测头移动到-个相对安全的地方，使测头在偏摆过程中不至于撞上零件或夹具。所以在程序中插人移动功能，使测头远离工件及夹具，程序段如下：移动/点，300，0，100然后进行测头的偏摆，为曲面2的数据点的测量做好准备，插入测头偏摆功能，使测头摆动到AOB0，程序段如下：测尖 frIAOB0，柱测尖 IJKI，-0.0000，0.0000，角度 903.4 曲面 2上数据点的测量及评价为了能正确的测量曲面2上的数据点，上面的安全平面设定已经不能满足测量要求，所以将安全平面更改为x正，高度为30 mm，以防在安全移动过105Equipment Manufacturing Technology No.6，201 3程中与零件发生碰撞，其程序如下：安全平面 /x正，90，X正，0其余测量程序如曲面 1上数据点的测量及评价的相同。

3.5 曲面 2上的孔的测量及评价由于曲面2上后 4个孔要进行测头的偏摆，所以其在程序上要与其它的孔测量分开，首先进行头4个孔的测量工作，将文件文件打开并读取前4个数据，进行孔的测量及评价，这时将测尖移动到安全平面，并将测头摆动到A15BI80，以进行后两个孔的测量及评价。此时文件指针位于文件第 5行，指向第5个孔的孑L位数据处，重新进行循环，循环次数 2次，进行后两个孔的测量及评价，为了使测量机在进入孔的过程中可以沿矢量方向移动，不和孔壁发生碰撞 ，在测孔对话框中，选择移动选项，如图 3所示。并输人 4，使测头在进入和退出孔的过程沿矢量方向移动。完整程序如下：移动 /安全平面测尖 /T1A15B180，柱测尖 IJK0.9652，-0.0242，- 0.2602，角度 -95.268重新将测尖移动到安全平面，并将测头摆动到A45B180，以进行最后两个孔的测量及评价。此时文件指针位于文件第7行，指向第 7个孑L的孔位数据处，重新进行循环，循环次数2次，进行最后两个孔的测量及评价，程序如上。

图3 曲面2上的孔的测量及评价4 结束语PCDMIS CAD测量软件简单易学，功能强大∩操作性强，在对复杂型面及多矢量方向孑L的测量上，PCDMIS CAD测量软件可以很好地完成对这类零件测量任务，但却需要操作者必须对 PCDMIS CAD软件本身以及测量方法和测量思维有比较深入地了解，才能正确地进行测量方案规划、程序设计及评价。