三坐標測量機在風扇葉輪檢測中的應用探究

楊 雪,王 娟,謝雨菁,王子威,王 凌,倪國林

(南京師范大學中北學院，江蘇 鎮江 212300)

0 引言

所謂的三坐標測量機就是在一個形狀為六面體的自身空間中測得物體長度、圓周分度及形狀尺寸等這些基本尺寸。它主要適用于曲面的連續測量，也適用于標準應用范圍，解決了測量研究上的不少難題。三維檢測是主要用于機械零件、電子元器件及各種形狀公差的三坐標檢測方法，可以較為精確地判斷實際元件之間的誤差。

光學三坐標測量機是一種集成了光學、機械的大型智能精密儀器，由五個主要部件組成，分別是主機、測頭、測座系統、計算機系統和控制系統，具備測量曲面精度高、測量范圍廣等優點。

1 測量方法選擇

1.1 利用3-2-1法生成坐標系

建立三坐標測量機的測頭，運用快速3-2-1法建立坐標系，通俗來說就是在三個不同的平面上各確定3個點、2個點、1個點來構建坐標系。

1.2 三坐標中使用的極坐標系(也稱柱坐標系)

極坐標測量法是基于定心圓半徑的測量，由于定心圓有一定的雙向轉換間隔，所以定心圓在一定范圍內是可以調整的，極坐標測量與單測極坐標測量原理相似，極坐標系其實就是在平面坐標系的基礎上加上Z軸(H軸)所形成的，但是由于它所取的是相對的圓心基準，因此，在單項評定的基礎上增加了數值分析，這樣能夠較為準確地判斷工件幾何尺寸，而且聯合坐標系的旋轉加循環語句，編寫測量程序也很方便，程序代碼也會縮減很多，極坐標的用途涉及廣泛，當零件上中間是一個大孔，四周均勻分布幾十個小孔時，用極坐標來評估位置也十分方便。

本次曲面檢測選擇用極坐標系(柱坐標系)來測量。

2 利用極坐標測量風扇葉輪曲面步驟

(1) 利用所學知識，分析風扇葉輪的形狀和尺寸，進行風扇葉輪的三維建模(見圖1)，控制三坐標測量裝置的運行。

圖1 風扇葉輪三維模型

(2) 選擇導入CAD文件，將建立好的風扇葉輪三維模型導入系統，并設置模型自帶坐標系與系統坐標系相重合，軸向一致。隨后建立極坐標系及測頭(并校檢測頭)，根據所需的設計要求在Creo草圖上繪制出1∶1比例的二維圖形(見圖2)，標記每個被測圓弧的尺寸，同時將設計基準點作為坐標原點，則這些被測圓弧圓心的坐標值都是相對于設計基準點直角坐標的。

圖2 風葉輪尺寸

(3) 將風扇葉輪水平擱置在三坐標測量機的大理石測量臺上后,利用紅寶石測頭手動操作手柄采點(見圖3)測量風扇葉輪曲面數據，并在此基礎上分別采用3-2-1對齊方法和6點定位對齊方法建立極坐標系(即柱坐標系),詳情見表1。最后要保證其與模型的理論坐標系一致對齊。

表1 坐標系對齊方案

圖3 風葉輪采集點

(4) 然后，編寫相關程序(見圖4)，并修補程序中的漏洞，多次操作同時檢查程序內容與操作步驟是否一致，通過程序記錄相關數據，見表2。多次重復上述步驟以避免操作誤差過大，從而給實驗帶來不良后果。

表2 測量數據

圖4 部分程序截圖

(5) 通過對零件的多次測量，研究分析比較多次測量結果，以檢驗結果的準確性，并篩選較為準確的結果，最后生成相關報告。

3 結語

三坐標測量機具有測量范圍廣、精確度高、測量數據精準化、測量過程實際化等特點，作為一個高精度的測量儀器，其最高精度能夠達到0.01 μm，甚至更高。同時，三坐標測量的特征多，幾乎涵蓋了所有類型的尺寸測量，其具有便于工人操作、可實現在線測量等優點，所以在當今現代工業生產中，充分利用三坐標測量機的極坐標測量方法不僅提高了測量效率，減少了工作時間，而且彌補了其他方法無法校正的不足。隨著測量技術的發展，將三坐標測量機與圖形軟件相結合的模擬測量方法正越來越多地應用于精密測量甚至超精密測量，借此來判斷工件各個表面在實際生產中的詳細尺寸。引入極坐標檢測法能夠準確判斷工件是否合格，有利于節約加工成本，同時能夠避免原材料浪費，同時降低廢品率，并且能夠直觀顯示，使數據處理變得更加直接和便捷。