運用三坐標測量機對位置度誤差的測量評定

摘 要：位置度是多種形位公差形狀和位置公差中的一種。它是被標注對象在實際物體上的位置所允許出現的誤差范圍。國家標準GB/T1182-1996，位置度誤差是被測實際要素對其理想要素的變動量，理想要素相對于基準的位置由理論正確尺寸決定。位置度的被測要素有單獨的要素，即對單獨的點、線或面提出位置度要求。它公差帶是指公差值為t，且與理想要素具有正確位置及變動量的區域。理想要素由基準、理論尺寸或理論分度確定。三坐標測量機是一種綜合性測量儀器，它對位置度誤差的測量是比較理想的設備。

關鍵詞：位置度；基準；公差帶；理論正確尺寸

1 概述

三坐標測量機是一種綜合性測量儀器，它具有X、Y、Z 3個方向的精確讀數系統和通過計算機管理的靈活計算及任意空間坐標系的建立功能，是機械行業廣泛用于幾何量及形位誤差測量的儀器設備。

位置度誤差是一項綜合性誤差，它包括平行、垂直、傾斜、同軸、對稱、跳動等多項內容。其定義中強調的是：位置度誤差的公差帶相對理想要素的變動量。理想要素由基準、理論正確尺寸或理論分度來確定。

位置度分為3種：點的位置度、線的位置度、面的位置度。根據我所產品，本文介紹一下使用三坐標測量機對點和線的位置度進行測量及評定方法。

2 位置度的基本概念

位置度是限制被測要素的實際位置對理想位置變動量的指標。它的定位尺寸為理論正確尺寸。位置度公差在評定實際要素位置的正確性，是依據圖樣上給定的理想位置。

在國家標準GB/T1182-1996中描述位置度的定義如下：

2.1 點的位置度

公差帶是直徑為公差值t，且以點的理想位置為中心的圓或球內的區域。

2.2 線的位置度

（1）在給定方向上的位置度：公差帶是距離為公差值t，且以線的理想位置為中心線對稱配置的兩平行直線線之間的區域；

（2）當給定互相垂直的兩個方向時：公差帶是兩對互相垂直的距離為t1和t2，且以軸線的理想位置為中心對稱配置的兩平行面之間的區域；

（3）在任意方向上的位置度：公差帶是直徑為公差值t，且以線的理想位置為軸線的圓柱面內的區域。

3 位置度的測量

應用三坐標測量機對被測量零件進行測量時，一般執行如下步驟：建立符合設計圖紙的零件坐標系、定義基準要素，然后輸入理論參數、采集被測要素，最后輸出測量結果。

（1）零件坐標系的建立：按照圖紙的設計要求，找出與被測要素相關的面、線、點、圓心、軸線位置。通過計算機設定X、Y、Z中的任意兩個面或線，測量機將自動生成第三軸。然后，在基準要素位置設定圓點。對于點的位置度，基準可能是一個點、一個圓心坐標或兩條線；對于線的位置度，基準可能是一個面也可能是兩個面或一條回轉軸線加一個面。當正確的基準確立后，零件坐標系就建立起來了。

（2）在采集被測要素的同時，將被測要素相對基準的理論數據（一般指圖紙上尺寸標注中的方框尺寸）輸入到計算機中，計算位置度或啟動位置度評定功能，計算出被測要素的位置度誤差。

（3）啟動輸出設備，將計算得出的位置度誤差結果輸出并保存。三坐標測量機有多個輸出設備，它包括屏幕、打印機及多個記事本文件。工作中可以根據情況選擇不同的輸出設備。在這里需要強調的是：在我所現在使用的意大利DEA公司生產的三坐標測量機上，如果選擇輸出到打印機，其結果是不可修改的，并且只可以打印一次。而德國產的三坐標測量機使用的是QUINDOS操作系統，它的功能更為強大，性能更先進，在這里就不細說了。

下面以一個點的位置度測量為例：

建立零件坐標系：一般來說，我們計算位置度都是用X、Y兩個值相對于理論正確尺寸的偏差量去換算。也就是采用直角坐標，計算出實際位置相對于設計給出的理想位置的偏移量。

對基準A，我們采集線性元素建立第一軸，對基準B，也采集線性元素建立第二軸，使基準A、B分別平行于測量機的X軸和Y軸，并將A、B元素設定為圓點。

關于線的位置度測量與點的位置度測量原理基本相同，只是被測量采集是一條線或圓柱，基準是面或回轉軸線且要給出被測量的邊界。

在實際生產領域中，單一的點的位置度是很少出現的，大多是一組孔的位置度誤差要求。根據位置度的測量原理，一組孔的位置度測量可以看做是一個一個孔或線的集合，可以分別測量出點或線的位置度誤差，以其中最大值作為一組孔的位置度的測量結果。

在一組孔的位置度測量中有一種是圍繞著一個基準軸線，以不同的分度設計在一個極徑上的一組孔。這種情況，測量過程及方法不變，只是基準圓點定位在回轉軸線上，回轉軸線作為零件坐標系的第一軸，其中一個孔與回轉軸線建立的平面為第二軸，輸入的理論正確尺寸改為極角和極徑，輸出形式如下測量、理論、偏差、上差、下差、位置度。

操作流程圖如下：首先建立符合圖紙要求的零件坐標系，定義基準要素，接著輸入理論參數，得到檢查測量結果，檢查測量結果正確則確定采集被測要素，輸出測量結果，流程結束，若檢查測量結果不正確則重新定義基準要素。

4 結語

以上是我從事機械檢查工，在使用三坐標測量機工作中的經驗和總結。希望對三坐標測量機在今后的使用中提供幫助。其實，使用三坐標測量機測量三維空間的要素也是非常方便的，它可以通過對基準采集幾個點而建立起零件坐標系，還可以快速計算出各個相關被測要素的相互關系。還可以隨時轉換新的坐標系，它對位置度誤差的測量是比較理想的設備，隨著測量技術的不斷發展，三坐標測量機軟件的不斷開發，今后產品零件的綜合測量會更加簡便，三坐標測量機的應用也會更加廣泛。

參考文獻

[1]公差與配合手冊[M].機械工業出版社，2009.

[2]形狀和位置公差[M].中華人民共和國國家標準，1996.

（作者單位：中航洛陽電光設備研究所）