二維平面測量儀測量應用探討

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

連接器主要由插針、插孔、外殼以及基座零件組成。這些看似簡單的零件，在生產及檢驗過程中，測量是一個不好應付的問題。雖然，在我們的零件加工工藝文件中規定了各種零件的各個尺寸檢驗要求，并編制了大量的檢驗規范，但在實施過程中，檢驗的有效性卻存在很大的問題。如有很多規定的尺寸無法測量，在測量過程中，人為的因素很多，出現大量的錯漏檢現象等。

為此，公司引進了二維平面快速測量儀，此測量儀功能強大，具有自動快速測量，形位公差測量，輔助線測量，外螺紋測量，CAD比對測量等先進功能。

2 功能簡介

進入設備主菜單后，我們首先看到的是如圖1所示的功能界面，主要功能有連續測量、測量設定、統計分析、單品測量、測量設定結合等。

2.1 連續測量主要用于零件的批量快速測量，當測量設定好各個測量方法及特征后，零件就可以采用連續測量方式進行，測量結果還可以在測量后進行符合性自動判斷。

圖1 測量設備主菜單

2.2 測量設定主要用于零件的測量編輯，測量設定模式可以對各種測量方式及燈光控制等進行設定并自動記錄，當設定好各種測量特征后，對測量過程進行注冊并保存，下次測量時就可進行快速的測量。

2.3 統計分析主要用于測量結果的分析，可以幫助我們了解零件的精度及一致性。

2.4 單品測量主要是用于單個零件的測量，測量過程不能進行保存，只能一次測量。

2.5 測量設定結合主要用于長條形零件的測量，零件長度最長可測量150左右，測量的零件圖像分為多段進行組合，設定好各個測量特征及方法后，對測量過程進行保證并注冊圖樣，方便后續測量該零件是調用，并實現其高速測量之目的。

3 測量原理分析

此二維測量設備主要系統由照明子系統、光學成像系統、光源控制系統、機械運動系統、圖像采集系統以及計算機組成。測量時，測量儀通過圖像傳感器獲取被測物體圖像信號，由影像測量軟件對圖像中需要測量的幾何圖元進行測量，從而實現對被物體的非接觸測量。

在圖像產生、傳輸和變換過程中，由于各種因素的影響，往往會使圖像和被測量物體原始圖像之間產生差異，這是所有影像測量儀以及投影測量儀共同的特點，在測量過程中測量儀還會受到各種噪聲影響，物體表面毛刺影響，物體平行測量平行光阻影響等。因此，對圖像測量之前要進行各種預處理，以降低各種因素對其測量精度的影響。

在實際測量過程，采用全影像測量方式，測量時主要成像方式為平行測量，平行測量的原理主要是將零件的輪廓采用平行投影的方式進行成像，并傳輸到電腦軟件中進行測量處理。

平行投影原理如圖2所示。當零件理論上擺放和平行光垂直時，投影到測量儀中的長度尺寸L為實體原真實尺寸，即L=L1。

但當圖形如圖2所示的有一個角度θ時，長度L將會受到零件厚度(零件為圓柱時為直徑)的影響。

L=L1*cosθ+2B*sinθ

圖2 平行投影原理簡圖

從這個公式，我們可以看出，此類測量儀在其測量過程中，測量之前的影響因素對其測量結果的影響是非常大的。

在圖像產生，傳輸和變換過程中，由于各種因素的影響，往往會使圖像和被測量物體原始圖像之間產生差異。因此，對圖像測量之前要進行各種預處理，以降低各種因素對其測量精度的影響。

二維測量設備軟件功能相當強大，電腦軟件開發了多種應用功能，下面我們就其應用方面進行探討。

4 測量應用探討

4.1 從測量原理中，我們可能看出，零件測量時的擺放平與否是會產生對測量結果很大的誤差的，如果不平，實際測量尺寸應按公式L=L1*cosθ+2B*sinθ計算，零件測量精度受其影響非常之大。

針體類零件在投影測量時，最大的一個問題就是測量精度不好控制，測量精度和測量方法及個人調整零件清晰度都會有很大的關系，如零件放不平，則會出現如圖3所示的端面不是一條直線，而約帶圓弧的形狀，這樣取出的測量直線段就會產生測量誤差，嚴重時如圖4所示的形狀，嚴重影響零件的正常測量，導致測量儀軟件的自動循邊無法進行。

圖3 零件投影輕微變形圖

圖4 零件投影嚴重變形圖

上述情況在公司長期得不到解決，實際測量時只能依靠個人的感覺進行測量。如圖4的形狀根本就無法測量，圖4零件小軸到臺階位置的R形狀都沒有顯示出來，中間的槽成圓弧斜槽狀，投影時無法找到測量位置。

針對此情況，我們設計了如下圖5和圖6所示的測量工裝，圖5為自由狀態的工裝，圖6為裝夾了零件的工裝。此工裝可以快速裝夾，主要采用底部的V形槽對針體類零件進行定位，V形槽從大到小排列，可以適應外徑0.2mm到8mm的外徑零件，裝夾時采用自動壓緊的方式，當零件要裝夾時，拉起拉桿，裝入零件后，在彈簧的作用下，零件自動進行壓緊。

本工裝最大的特點是能快速裝夾零件，適用范圍廣，對于平面定位的零件已能進行裝夾，裝夾零件后，零件平直度高，測量方便，測量時可以隨意進行角度變換觀察，測量零件一致性高，可以最大限度的減小人為因素的影響，測量精度可以得到很好的保證。

圖5 測量夾具正面圖

圖6 測量夾具夾持零件圖

圖7為沒有使用工裝對插針臺階長度的測量，測量尺寸為6.739，圖8為使用工裝后對同一插針進行測量的尺寸為6.777，二個數據相差0.038。可以看出，在沒有使用工裝的情況下，零件測量精度非常差。有了工裝進行測量后效果改善非常明顯。經采用工裝配合二維平面測量儀測量10次，以及不同人員進行測量，零件一致性誤差在0.005以內，零件的測量一致性得到大幅度提高。如不采用工裝測量，誤差在0.05以內，采用工裝后，測量誤差在0.005以內，測量精度提高10倍。

圖7 使用工裝前測量尺寸圖

圖8 使用工裝后測量尺寸圖

4.2 連續測量方式在生產過程中非常適用，在生產中，我們可以利用其對有100%要求檢驗的零件進行快速測量，還可以對混批的零件和尺寸超差的零件進行批量挑選。

繼電器004和005小軸如圖9所示，005軸槽寬為0.55+0.06，臺階長0.9，總長為5.5，而004小軸槽寬為0.45+0.06，臺階長0.8，總長為5.4，二個軸的尺寸相差非常的小，且測量非常的困難，在加工過程中一旦出現混批則無法分類。

2014年10月，車間同時加工11403432批005小軸，數量2100件，11403431批004小軸2000件時，由于零件尺寸相當的接近，加工后，出現零件總長超差，004和005相互混有各自的零件，采用常規的方法無法測量槽寬，臺階長以及總長，零件面臨報廢的危險。

通過使用二維平面測量儀，利用其具有的測量記憶功能，對測量儀進行了研究，認為可以利用其記憶測量功能進行零件的挑選。測量結果如圖10所示，測量時設置了零件測量方法并進行注冊保存，零件可以隨意擺放在平臺上，由測量儀自動識別，測量一個零件只需按動一下測量鍵，不到1秒就測量完成，不合格的零件可以及時挑出，成功地實現了零件的快速測量挑選。

圖9 小軸零件簡圖

圖10 小軸零件實測效果圖

4.3 公司針體類零件測量時，主要采用游標卡尺測量長度，外徑則用千分尺測量，零件臺階尺寸采用投影進行測量，零件的R和倒角尺寸則無法測量，長期由程序保證。由于零件小，很多尺寸無法測量，投影出來的尺寸精度差等。1/4以下小R測量，對R的測量公司一直是個大的難題，但利用此測量儀的R測量功能可以輕松的辦到，對于宇航零件以及繼電器小軸零件的加工起到了保障作用。

此種測量方法現廣泛應用于公司繼電器小軸，連接器插針、插孔外殼等的R測量，應用情況來看，具有測量迅速，精度高等特點。

4.4 外螺紋的測量，此測量由于和零件牙形的形狀角度有很有大關系，當螺紋牙形角不合格時，螺紋中徑就會受到很大的影響。故測量的中徑在生產中更大的作用是參考作用，最終還是以螺紋環規為準，但在實際加工中，出現多次環規不合格的情況，利用本測量儀的螺紋測量功能檢測，以及專業測量站最終檢測，證明其檢驗的參考意義。

螺紋測量如圖11所示。圖中可以看出，螺紋的大、中、小徑、牙型角等均給出了測量結果。

圖11 螺紋實測效果圖

4.5 空間尺寸測量，此類測量方式主要利用其測量儀的輔助線功能，按圖示要求的尺寸進行空間尺寸測量，這種測量方式在以前的任何設備都是無法實現的。

此類測量方法可以應用在一些彎針的長度交點測量，外殼的空間尺寸測量等。

4.6 形位公差測量，此測量方式對公司最有用的是對稱度測量，以及輪廓度測量，對稱度的測量非常的方便好用。而輪廓度的測量，主要是采用比對法進行，將CAD圖形輸入后進行圖形比對，這樣就能輕松的測量出零件的輪廓度。

5 結論

通過二維平面測量儀測量應用，明顯的提高了零件加工的可測量性能，并提高了零件的測量精度等級，此類方法已經達到了快速、方便、準確的測量標準。在公司未來將發揮很大的作用，公司一車間的零件檢驗有效性得到很大的提高。

[1] IM測量設定編輯器參考手冊.

[2] IM-6600C系列用戶手冊.

[3] 自動影像測量系統關鍵算法 張舞杰，華南理工大學機械工程學院.