基于三坐標(biāo)測量機(jī)的平面測量方法

1、基于三坐標(biāo)測量機(jī)的平面測量方法1.三坐標(biāo)測量簡介三坐標(biāo)測量機(jī)是一種通用性強(qiáng)、自動化程度高的高精度測量系統(tǒng)。對一般的測量軟件而 言，三坐標(biāo)測量機(jī)的測量過程可分為以下幾個(gè)步驟（假設(shè)測頭校驗(yàn)與坐標(biāo)系的建立已經(jīng)完成）：（1）采集特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置。即通過測頭直接測被測對象、讀取并記錄坐標(biāo)值（2）按照“最小條件”對前面測得的特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與構(gòu)建。如果是形狀誤差，可直接 計(jì)算出誤差值。（3）如果是位置誤差則按照“最小條件”將特征點(diǎn)構(gòu)建出誤差評價(jià)所需的點(diǎn)、線、面等 基本要素，并用數(shù)學(xué)的方法計(jì)算出各要素間的實(shí)際誤差，對照圖樣判斷其是否合格。在這一過程中，第一步特征點(diǎn)的采集是后續(xù)工作的基礎(chǔ)，如果有誤，構(gòu)建出的特征

2、要素 就不能真實(shí)的反映出零件的實(shí)際情況，誤差計(jì)算與評價(jià)的結(jié)果也就不可信了。因此，特征點(diǎn) 的位置、特征點(diǎn)的數(shù)量和采集方式對三坐標(biāo)測量結(jié)果有著非常重要的影響。本文就是針對此 類問題，對三坐標(biāo)測量的取點(diǎn)進(jìn)行了一定程度的試驗(yàn)與討論，并得出了有益的結(jié)論。2.平面度測量與評價(jià)方法平面度測量是幾何量評價(jià)的基本內(nèi)容，是14類誤差測量（直線度、平面度、圓度、圓柱 度、線輪廓度、面輪廓度、平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動、 全跳動）中最基本也是最具有代表性的。按照“最小條件”的要求，平面度誤差可以由最小 包容區(qū)域法、對角線法和三點(diǎn)法來評定。以最小包容區(qū)域法為例，只要滿足了下列條件中的 一條即

3、可確定平面度誤差的大?。海?）三角形法則 圖1a為三角形法則。圖中點(diǎn)A為凹形實(shí)際表面的最高點(diǎn)，a、b、c為三個(gè)最低點(diǎn)，A點(diǎn)的投影落在由a、b、c三點(diǎn)構(gòu)成的三角形內(nèi)。在滿足這一條件的基礎(chǔ) 上,a、b、c點(diǎn)確定平面1,過A點(diǎn)做平面2平行于平面1,則平面1與平面2之間就構(gòu)成 了最小區(qū)域，兩平面間的距離即為平面度誤差。（2） 交叉法則 圖1b為交叉法則。圖中點(diǎn)A、點(diǎn)B為鞍形實(shí)際面的最高點(diǎn)，點(diǎn)a、點(diǎn)b為最低點(diǎn)，過直線AB和過直線ab決定了一對平行平面，且兩直線成交叉狀態(tài)，則兩平行 平面就構(gòu)成了最小區(qū)域，兩平面間的距離即為平面度誤差。 QSSsi用冷小區(qū)域撫耦定平面粥羞對三坐標(biāo)測量而言，上述兩種評價(jià)方式都

4、是由相應(yīng)的特征點(diǎn)（最高點(diǎn)和最低點(diǎn)）通過計(jì) 算得到的，可以這樣講，特征點(diǎn)的位置與數(shù)量實(shí)際決定了平面度誤差的大小。另外，評價(jià)每一種要素都有一個(gè)最低測量點(diǎn)數(shù)，如平面度測量，無論采用哪種法則都至 少要測4點(diǎn)才能計(jì)算平面度誤差；直線至少要測3點(diǎn)；圓至少要測4點(diǎn)；圓柱至少要測6點(diǎn) 一般情況下，如果測量條件與對象已經(jīng)確定，那么測點(diǎn)越多，測得的誤差值就越能反映測量 對象的真實(shí)情況，但考慮到測量效率和經(jīng)濟(jì)性，測點(diǎn)不可能無限制的增多，特別是在某些精 度與批量都要求比較高的場合，希望能夠找到一個(gè)合適的測點(diǎn)數(shù)，使得測量設(shè)備既能較快的 完成測量任務(wù)，又能較為真實(shí)的反映被測對象的實(shí)際情況。3.試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法本文采用三

5、坐標(biāo)測量機(jī)這一先進(jìn)的測量手段，以平面度測量為研究對象，對銑削加工的HT20Q 4 5鋼、硬鋁三種材料進(jìn)行測量試驗(yàn)，具體的測量條件如下：測量機(jī)精度的示值誤差MPE E=1.7+3L/1000 （卩m），探測誤差MPE P=1.9卩m,零件測量面積10 000mm2零件加 工方法用端銑刀銑削加工，零件精度IT6IT8。實(shí)驗(yàn)對上述三種材料分別進(jìn)行隨機(jī)手動米點(diǎn)和建立坐標(biāo)系后自動米點(diǎn)，米點(diǎn)數(shù)分別為440點(diǎn)不等，每次采點(diǎn)完畢后立即評價(jià)（如4點(diǎn)評價(jià)，即采4點(diǎn)后立即計(jì)算其平面度誤差；而 后再重新采10點(diǎn)，再評價(jià)10點(diǎn)的平面度誤差等以保證同一個(gè)測點(diǎn)不會被重復(fù)使用）。預(yù)期 解決以下兩個(gè)問題：采點(diǎn)的方法與位置對測量

6、精度有何影響。采點(diǎn)的數(shù)量對測量精度有 何影響。4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過試驗(yàn)得到以下數(shù)據(jù):（1）HT200加工表面的測量數(shù)據(jù) 圖2為平面測量圖，手動隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖3所示建立坐標(biāo)系后自動采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖4所示。建立坐標(biāo)系后自動采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖7所示。(3)硬鋁加工表面的測量數(shù)據(jù) 圖8為鋁塊平面測量圖，手動隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得到平面 度誤差值的數(shù)據(jù)如圖9所示。(2)45鋼件加工表面的測量數(shù)據(jù)到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖6所示。圖5為45鋼件平面測量圖，手動隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得45辛船爭面建立坐標(biāo)系后自動采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖10所示5.試驗(yàn)

7、結(jié)果通過上述試驗(yàn)得到以下三點(diǎn)結(jié)論：（1）在三坐標(biāo)測量中，只選取基本測點(diǎn)數(shù)得到的誤差值不能真實(shí)地反映被測對象的實(shí)際 情況 評價(jià)平面度最少要測4點(diǎn)，本次試驗(yàn)中：4點(diǎn)測量HT200得到的平面度誤差為0.004mm而實(shí)際的誤差值約為0.01mm相差2.5倍。4點(diǎn)測量45鋼得到的平面度誤差為0.006 5mm而實(shí)際的誤差值約為0.021mm相差3.23倍。4點(diǎn)測量硬鋁得到的平面度誤差為0.003 2mm而實(shí)際的誤 差值約為0.008mm相差2.5倍。（2）當(dāng)測點(diǎn)數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)， 測得的誤差能夠較為真實(shí)的反映被測平面的實(shí)際情況三坐標(biāo)測量時(shí)為追求測量精度可適當(dāng)多采點(diǎn)，但也不需無限增多。每一類表面都有合適的

8、測點(diǎn) 數(shù)，既能真實(shí)反映實(shí)際情況，又能保證一定的經(jīng)濟(jì)性。從試驗(yàn)的三個(gè)樣品來看：HT200尺寸精度IT8IT9,Ra=3.2卩m的理想評價(jià)平面度測點(diǎn)數(shù)為17個(gè)。45鋼尺寸精度IT7IT8,R a=1.6卩m的理想評價(jià)平面度測點(diǎn)數(shù)為16個(gè)。硬鋁尺寸精度IT6IT7,Ra=0.8卩m的理 想評價(jià)平面度測點(diǎn)數(shù)為15個(gè)。（3）采點(diǎn)方法對測量結(jié)果影響大 在3組試驗(yàn)中，每次都是先對不建立坐標(biāo)系的零件進(jìn) 行手動采點(diǎn)評價(jià)，然后再建立坐標(biāo)系自動采點(diǎn)評價(jià)。兩組數(shù)據(jù)對比，前者數(shù)據(jù)混亂無序，后 者數(shù)據(jù)則更有規(guī)律，基本能夠體現(xiàn)測點(diǎn)數(shù)與測量值間的變化關(guān)系，說明手動測量測力不均， 對結(jié)果影響大。6.結(jié)語 三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種全新的測量方式已經(jīng)被越來越多的用戶所接受和肯定，但由于測量原理的不同，該測量設(shè)備有其獨(dú)特的測量規(guī)范。在三坐標(biāo)測量中，首先要對特征要素選擇合適的測點(diǎn)數(shù)，測點(diǎn)數(shù)過少會造成較大的誤差 （在本例中，中間的差值達(dá)到3倍以上）；對于確定的測量對象可以通過樣本試驗(yàn)尋找合適 的測點(diǎn)數(shù)（這對于批量的高精度測量更有意義） ，以保證測量的精度與效率； 比較各類表面， 精度高的表面獲得的測值比精度低的表面獲得的測值更為可信，測點(diǎn)數(shù)對其影響也更小；手 動取點(diǎn)誤差大，應(yīng)選用自動測量的