三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機(jī)械有限公司

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機(jī)械有限公司

在工業(yè)技術(shù)的發(fā)展下，對(duì)于零件精度的要求越來越高，應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在復(fù)雜外形、自由曲面等測(cè)量中起著越來越重要的作用。本文分析了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理、組成，并從三個(gè)角度探討了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的具體應(yīng)用。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；原理；組成；應(yīng)用

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machining）誕生于上世紀(jì)60年代，至今已經(jīng)有50多元的歷史，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誕生滿足了數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床高效率加工需求，在數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)的推動(dòng)下，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的功能不斷完善，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子工業(yè)、機(jī)械制造、國防工業(yè)等領(lǐng)域中，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中不可或缺的高效精密測(cè)量儀器。

1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本原理與組成

幾何量測(cè)量坐標(biāo)位置可以分為一維、二維與三維三個(gè)維度，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)就是利用了這一原理，將被測(cè)零件置入設(shè)備的測(cè)量空間中，根據(jù)指標(biāo)計(jì)算出三個(gè)坐標(biāo)的具體數(shù)值，在計(jì)算機(jī)處理后，即可生成測(cè)量元素，如圓柱、曲面、圓錐、圓、球等等，經(jīng)過計(jì)算即可得出具體的位置公差、形狀與其他數(shù)據(jù)。

在組成方面，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括電器系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、主機(jī)以及測(cè)頭組成，前三部分為測(cè)量機(jī)的核心組成。在結(jié)構(gòu)類型上，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)多種多樣，有懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，還有龍門式、橋式等類型。懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)開敞性好，但是精度偏低，多應(yīng)用于小型測(cè)量之中，龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于大中型測(cè)量機(jī)，對(duì)于地基、尺寸精度要求都較高。橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用范圍最為廣泛。機(jī)械制造行業(yè)不斷發(fā)展，工件中以自由曲面為主要特征的零部件數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，相應(yīng)地企業(yè)、行業(yè)對(duì)加工制造出的成品的質(zhì)量要求也在大幅提升。工廠在進(jìn)行制造加工時(shí)零件的數(shù)字模型是已有的，在質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)利用這個(gè)數(shù)模，作為加工和事后檢查的重要依據(jù)。

2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的常見應(yīng)用

2.1 基本誤差測(cè)量中的應(yīng)用

基本誤差測(cè)量是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要應(yīng)用范圍，可以準(zhǔn)確測(cè)定出幾何量的誤差，包括平面度、直線度、垂直度、圓度、同軸度、面輪廓度、位置度、對(duì)稱度等14項(xiàng)誤差。鑒于這一優(yōu)勢(shì)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在三維空間精密度測(cè)量領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，該種測(cè)量手段操作簡單、價(jià)格低廉，也有效縮短了測(cè)量時(shí)間。

以平面度誤差測(cè)量為例，這是幾何量評(píng)價(jià)的重點(diǎn)內(nèi)容，根據(jù)最小條件要求，兩平面之間至少有3點(diǎn)到4點(diǎn)接觸，一般我們遵循交叉準(zhǔn)則、三角形準(zhǔn)則與及相間準(zhǔn)則進(jìn)行測(cè)量。 目前，常用的平面度測(cè)量法包括光學(xué)平晶測(cè)量法、反射鏡測(cè)量法、指示器法、水平儀測(cè)量法三種，在得出平面度測(cè)值并進(jìn)行計(jì)算后，即可得出結(jié)果。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程與傳統(tǒng)測(cè)量方法也有一定的差異：

①首先要確定好適宜的測(cè)點(diǎn)數(shù)；

②利用樣本試驗(yàn)法針對(duì)已確定測(cè)量對(duì)象來尋找測(cè)點(diǎn)數(shù)，保證測(cè)量精度與準(zhǔn)確性；

③利用多數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)比測(cè)量結(jié)果，選取準(zhǔn)確值。

在圓度誤差的測(cè)量中，常用評(píng)價(jià)方式有最小區(qū)域圓法、最小外接圓法、最小二乘法、最大內(nèi)切圓法集中，通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用，可以得知，選取的采樣點(diǎn)數(shù)不同，測(cè)量的結(jié)果也存在差異。測(cè)量精確度與選擇點(diǎn)數(shù)呈正比，因此，為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要盡可能的多選擇測(cè)量點(diǎn)。

2.2 三坐標(biāo)測(cè)量器在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)的發(fā)展催生了大量復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，這類設(shè)備的生產(chǎn)、檢驗(yàn)都離不開先進(jìn)的檢測(cè)儀器，尤其是汽車零部件、電子工件、數(shù)控機(jī)床、精密器械，對(duì)于精度的要求更高，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠測(cè)量出空間三維尺寸的變化，能夠滿足在線檢測(cè)與自動(dòng)化檢測(cè)需求，已經(jīng)在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域中得到了推廣。以汽車制造業(yè)為例，利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的高效率、高精度檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)施監(jiān)控；在航空制造業(yè)中，特型零件的加工與檢測(cè)是一個(gè)難點(diǎn)問題，應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以輕松解決渦輪葉片檢測(cè)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)以及導(dǎo)向器葉片喉道面積檢測(cè)，有效保證了檢測(cè)的精度與準(zhǔn)確性。

2.3 在教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于人才的需求也越來越高，為了鍛煉學(xué)生的綜合能力，各個(gè)學(xué)校開始應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來輔助教學(xué)，將其應(yīng)用在教學(xué)活動(dòng)中，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握所學(xué)理論、測(cè)量技術(shù)，學(xué)會(huì)公差與配合的選擇方法，了解現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提升學(xué)生的綜合能力起著重要的作用。針對(duì)各個(gè)學(xué)校中涉及的課程設(shè)計(jì)、課外科技、畢業(yè)設(shè)計(jì)活動(dòng)，可以利用三坐標(biāo)測(cè)量引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)，自行來探索相關(guān)的理論，處理較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于提高學(xué)生的綜合水平有著至關(guān)重要的意義。

3 結(jié)語

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誕生為工業(yè)測(cè)量開辟了全新的領(lǐng)域，目前，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。毋庸置疑的是，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是如果使用不當(dāng)，也會(huì)出現(xiàn)誤差，基準(zhǔn)選擇不當(dāng)、測(cè)量操作不當(dāng)?shù)榷紩?huì)引起誤差。因此，在操作的過程中，必須要詳細(xì)了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用原理與工作結(jié)構(gòu)，熟悉測(cè)量過程，這對(duì)于提高測(cè)量精度有著重要的意義。

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