關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)在裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件測量中的應(yīng)用

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

裝載機(jī)前車架屬于大型結(jié)構(gòu)件，其關(guān)鍵尺寸多為空間尺寸，使用普通的鋼尺、卷尺和高度游標(biāo)等測量工具，很難進(jìn)行測量。但是，對于研究結(jié)構(gòu)件制造工藝來說，了解和掌握結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵尺寸在焊后及機(jī)加工后等各工序的變化情況，具有非常重要的意義，是制造工藝技術(shù)改進(jìn)方向和改進(jìn)效果的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，如何真實(shí)客觀的收集大型結(jié)構(gòu)件空間尺寸數(shù)據(jù)，是進(jìn)行工藝改善工作的前期任務(wù)。

對于裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件空間尺寸，一般使用固定式三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量，但是需要將結(jié)構(gòu)件吊至固定式三坐標(biāo)測量機(jī)的工作區(qū)域才能進(jìn)行，測量完成后又轉(zhuǎn)運(yùn)回生產(chǎn)線，這樣即會消耗不必要的人力資源和能源，又會影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。而關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量儀，如圖1所示，可根據(jù)結(jié)構(gòu)件的存放位置進(jìn)行移動，并就地進(jìn)行測量，不影響生產(chǎn)線的運(yùn)行，又可準(zhǔn)確的測量結(jié)構(gòu)件的空間尺寸（空間長度精度為0.05 mm），這為數(shù)據(jù)收集工作提供了極大的便利。

圖1關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量儀

本文以裝載機(jī)前車架為例，介紹了關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量結(jié)構(gòu)件時(shí)應(yīng)遵循的基本原則、數(shù)據(jù)采集的方法、尺寸測量的方法。

1 關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量基本原則

關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)遵循的測量基本流程：關(guān)節(jié)臂連線安裝→測量軟件開啟并新建測量項(xiàng)目→圖紙分析確定須測量的元素→進(jìn)行測量元素的數(shù)據(jù)采集→利用數(shù)據(jù)建立工件坐標(biāo)系→在該坐標(biāo)系下測量各種待測元素→輸出測量報(bào)告。

在數(shù)據(jù)采集過程中，工件及關(guān)節(jié)臂不允許被撞擊或碰撞，防止由于碰撞而導(dǎo)致工件或關(guān)節(jié)臂的輕微偏移，造成測量誤差。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，測頭應(yīng)盡量與工件被測表面垂直。在測量元素是平面時(shí)，應(yīng)至少采集平面上分散的4個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如圖2a所示。在測量元素是圓柱時(shí)，應(yīng)先采集圓柱的同一截面圓上4個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，再采集另一截面圓上4個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，總共8個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如圖2b所示。在測量元素是直線時(shí)，應(yīng)至少采集直線上分散的3個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如圖2c所示。

圖2 平面、圓柱、直線的數(shù)據(jù)采集

2 關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集的方法

2.1 確定被測要素

前車架上的關(guān)鍵尺寸均為孔與孔、孔與面、面與面的尺寸，如圖3所示，孔可以看做是一個(gè)圓柱，因此，對前車架的測量，關(guān)鍵就在于對圓柱和平面要素的數(shù)據(jù)采集。

圖3 前車架結(jié)構(gòu)件的被測要素

2.2 被測要素的數(shù)據(jù)采集

將前車架放置在水平面上，防止前車架有微小振動。再將關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)放置在前車架旁的合適位置，位置如圖4所示，按關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)的使用規(guī)范對前車架的圓柱要素以及平面要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖4圓柱和平面要素?cái)?shù)據(jù)采集

由于關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)的最大工作半徑有限，無法一次將前車架的所有需要測量的圓柱和平面要素都能采集到。因此，需要將關(guān)節(jié)臂移動至另一面進(jìn)行測量，這就需要進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。在移動前，先采集3個(gè)固定點(diǎn)在移動前的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后移動至新位置，在新的位置，再次測量這3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，但此時(shí)的坐標(biāo)是基于新位置的坐標(biāo)系，通過關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)的附屬軟件，計(jì)算這3個(gè)點(diǎn)在移動前后坐標(biāo)的差異，最終將移動后的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成移動前的坐標(biāo)系，這樣使移動后的關(guān)節(jié)臂可繼續(xù)按照移動前的坐標(biāo)系，測量其他位置的要素?cái)?shù)據(jù)，做到坐標(biāo)系的統(tǒng)一。此方法稱之為蛙跳，如圖5所示。當(dāng)蛙跳完成后，繼續(xù)對前車架另一邊的圓柱和平面元素的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如圖6所示。

圖5關(guān)節(jié)臂的蛙跳

圖6采集另一側(cè)的圓柱和平面數(shù)據(jù)

3 尺寸測量的方法

3.1 坐標(biāo)系的建立

前車架被測要素的數(shù)據(jù)采集完成后，需構(gòu)建測量系統(tǒng)的三維坐標(biāo)系，才能測量前車架的各個(gè)要素的尺寸。為獲得正確的坐標(biāo)系，須根據(jù)設(shè)計(jì)圖上的基準(zhǔn)系進(jìn)行建立，前車架結(jié)構(gòu)件圖紙的基準(zhǔn)體系如圖7、圖 8，是以X、Y、Z為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)系。

圖7圖紙上的坐標(biāo)系—二維示意圖

圖8圖紙上的坐標(biāo)系—三維示意圖

測量的坐標(biāo)系建立主要由關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量儀的軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)，為建立與圖紙基準(zhǔn)系一致的坐標(biāo)系，須將測量坐標(biāo)系的X、Y、Z軸設(shè)置與圖紙的X、Y、Z基準(zhǔn)重合或接近，建立的坐標(biāo)系如下：

（1）以圓柱1和圓柱2的軸線，構(gòu)建直線1，作為測量坐標(biāo)系的Z軸，與圖紙Z基準(zhǔn)一致，如圖9a所示；

（2）構(gòu)建底平面作為X、Y直角坐標(biāo)軸所在的平面，與圖紙X基準(zhǔn)一致，如圖9a所示；

（3）設(shè)定底平面是Z軸的原點(diǎn)，設(shè)定直線1是X、Y直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)；

（4）以圓柱3和圓柱4軸線連線，構(gòu)建直線2作為X軸的方向，則Y軸的方向也確定，即Y軸和Z軸組成的平面，就與圖紙Y基準(zhǔn)一致，如圖9b所示。

圖9前車架坐標(biāo)系的建立

3.2 尺寸的測量

利用建立好的坐標(biāo)系，可進(jìn)行前車架各種尺寸的測量，測量誤差≤0.1 mm，適用于結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵尺寸的測量。測量的方法有2種，測量示例如圖10所示。

圖10尺寸測量示例

（1）坐標(biāo)數(shù)值法：讀取被測元素的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即為該被測元素到圓柱1、圓柱2軸線的尺寸數(shù)據(jù)；

（2）距離數(shù)值法：直接測量兩個(gè)被測元素的距離數(shù)據(jù)，再投影至X、Y、Z坐標(biāo)軸上，即為被測元素之間的相對距離尺寸。

4 結(jié)束語

使用關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測量儀對裝載機(jī)前車架結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量，在不影響車間生產(chǎn)的條件下，可方便快捷地獲取前車架關(guān)鍵尺寸在各個(gè)工序后的變化情況。在了解并掌握關(guān)鍵尺寸的變化情況后，通過優(yōu)化拼裝工藝和工裝，提高關(guān)鍵尺寸的精度和穩(wěn)定性；通過優(yōu)化焊接順序和利用焊接反變形方法，減少前車架的焊接變形，為機(jī)加工工序降低余量，取消某些加工工序打下基礎(chǔ)，進(jìn)而提高企業(yè)的制造技術(shù)水平。

[1]GB/T 18779.1-2002，產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）工件與測量設(shè)備的測量檢驗(yàn)[S].

[2]GB/T 16857.2-1997，坐標(biāo)計(jì)量學(xué) 第2部分：坐標(biāo)測量機(jī)的性能評定[S].