三坐標測量機在航空航天飛行器零部件檢測中的應用

胡成昕，劉心宇，劉廣東

（黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150040）

1 三坐標工作原理及軸轉子檢測難點分析

1.1 三坐標工作原理及特點

坐標檢測機是一種集采集元素、追溯元素、構建三維模型為一體的檢測儀器（如圖1），區別于傳統的機械加工檢測方法和檢測設備，它利用采集單元以點觸測、滑動觸測等多種方式對機械產品的各個特征元素的相對坐標予以記錄，再利用具有特異性的特征元素構建三維坐標系，在全面采集并記錄產品的特征元素后，反向追溯各特征元素在坐標系的坐標位置，以此來衡量被采集的特征元素的幾何特性及位置關系，從而達到對機械產品的尺寸及形位特征的檢測，具有檢測效率高、檢測精度高及形成檢測材料齊備等特點。

抓住主要矛盾進行調解，是事物發展的客觀要求，它符合唯物辯證法的基本原理。只有抓住主要矛盾，才能把握糾紛的本質和發展趨勢，并帶動和促進其他矛盾的解決。同時，抓住主要矛盾進行調解，能夠掌控糾紛的發展和變化，抓住主動權，并有針對性地化解糾紛，提高效率。否則，就會使調解工作無所適從，不知從何下手，或者不分輕重緩急，被動應付。可見，抓住主要矛盾進行調解法是一種非常有效的工作方法。

圖1 三坐標測量機

1.2 軸轉子產品檢測難點分析及解決方案

軸轉子產品廣泛應用于各領域機械設備的動力單元中（如圖2），軸轉子的產品質量直接影響所屬設備的各項性能。使用傳統的檢測工具很難對軸轉子的尺寸和形位公差進行全面準確的檢測，本文例舉的軸轉子，軸盤均布的葉片貼合緊密、間隙狹小，葉片之間互有遮擋，傳統量具（如各類尺）無法接觸到位進行測量，投影及光學掃描無法一次性完成全尺寸檢測，而翻轉檢測又會造成重復測量或較大誤差，使用自動化程度及檢測精度高的光學掃描設備又會大大增加檢測成本，因此此時使用三坐標檢測機對此產品進行檢測就尤為適合。

圖2 軸轉子

在三坐標檢測過程中，對本文例舉的軸轉子產品有如下難點。

1）對于葉片末端極薄的位置也要完成閉環掃描（如圖3），不能出現漏檢情況。對于薄壁的掃描，三坐標測量機有著判斷劣勢，依據三坐標測量機所匹配的檢測軟件特性，在對線掃描中相鄰觸測點的判斷時常會出現距離誤判，即對點距設定與產品的實際情況相差過大，造成部分線段的掃描失真，在本文例舉的軸轉子產品檢測中就存在此類情況，為了避免這種情況的發生，在掃描葉片的閉環型線時，對與葉片尖點的掃描要執行補點設計，將三坐標測量機自動判定的線段點距過大的點中，以點觸測的方式進行補點，再與所掃描的線段進行最佳擬合以保證閉環型線的完整性。

圖3 軸轉子薄壁葉片

2）相鄰葉片間隙過小（如圖4），對于測針的基本設置要考慮周密[1]，防止出現回退撞針的情況，但也不能回退過于短程，避免造成運行單葉片運行移動軌跡時的弧度干涉。此時設置的逼近回退距離要盡量貼近于葉片間距的上限值，以測針半徑的一半原則進行適當縮減，在掃描過程中尋邊尋圓功能要保持開啟，這樣在有限的葉片間距中，可以保證單一葉片的掃描順利完成，避免發生意外觸測。

圖4 軸轉子均布葉片

3）葉片360°均布，為了完成一次性全面檢測，對測針角度的考慮要全面，盡可能以單角度完成盡可能多的葉片檢測，避免因增加更換角度的次數而降低檢測效率。以圓周掃描的管理，一般使用3個角度即可完成，但本文例舉的軸轉子產品葉片存在一定深度，需要使用多個平行角度進行測量。

2 三坐標測量機葉片檢測程序示例

2.1 軸轉子檢測程序前期設置

2.1.4 移動點的設定

由于本文例舉的軸轉子形制特殊，為保證測量的便捷，采用平口鉗裝夾尾柄（如圖5）的方式固定，這樣的固定方法相對于使用工業橡皮泥固定更牢固，在裝夾后，使用刀口直角尺以貼靠的方式對軸轉子進行校正，檢測時使用工件本身元素建立坐標系對工件的擺放要求不高，但對于均布的密集元素進行檢驗，有助于減少測針的意外觸測，減輕檢測程序對測針角度的苛求性。

圖5 軸轉子尾柄

2.1.2 檢測基本參數的設定

由于本文所例舉的軸轉子檢測避免了使用數字模型，所以在掃描型線的過程中需要進行分段掃描再進行補點閉環[3]，在掃描前需要設置掃描密度以便于三坐標測量機計算型線內掃描點數及點距，本文對詳細要求不做說明，依據客戶要求進行密度性檢測，將部分掃描型線程序展示如下：

圖6 基本參數設置

2.2.3 型線掃描程序的編輯

微商品牌很難活過3年，就是因為不能通過熟人圈賣貨，把生意鏈條真正打通。很多年前，就有業內人士說，如果做微商的話，能想到的是通過朋友圈賣游艇。嗯，這個倒有可能成功。所以，進入微商，要了解微商目前的核心不是賣產品，而是賣造富夢想，忽悠一批人跟你沒命的發展代理。這跟直銷有點像，也是微商一直被人詬病的地方。明白并接受微商的本質以后，再說3個基礎點。

在本文例舉的軸轉子裝夾完畢后，轉子葉片均處于水平方向且同一高度，這就為選擇測振角度提供了一定的便捷，在測針的縱向角度A角度方面，統一選擇90°即可，在橫向角度B角度方面，根據葉片的具體形狀，要在測量前進行多測比對和試測，在確保可以掃描到所有型線且不發生意外觸測的前提下，選擇A90B0、A90B-105、A90B125、A90B180、A90B-75、A90B75、A90B90、A90B-90這幾個角度（如 圖7），經過反復試測，可以滿足所有葉片掃描的需要。

圖7 角度設置

2.1.1 軸轉子裝夾及擺放的考量

在初始坐標系建立后，為了保證檢測的精準度，還需要建立精確坐標系，由三坐標測量機自動采集參與建立初始坐標系的參建元素，即重新自動采集平面1、圓1、點1為平面2、圓2、點2，所建立坐標系的設置與建立初始坐標系的一致。示例程序如下：

5個灰巖樣孔容和孔比表面積有明顯的差異性:YT-1-2孔容主要為微米孔孔容，同時孔比表面積主要分布在亞微米孔、微米孔；YT-2-1基質孔隙度高，納米孔與微米孔孔容大，孔比表面積主要分布在微米孔；YT-7-1孔容主要分布在微米孔，孔比表面積主要分布在和亞微米孔；YT-8-1與YT-8-2孔容主要分布在亞微米孔與微米孔，孔比表面積主要分布在亞微米孔與微米孔。

2.2 軸轉子檢測程序坐標系的建立

2.2.1 初始坐標系的建立

選用軸轉子上端面為平面1，此平面為圓形平面，至少需要3個觸測點來支持，但為了保證采集精度，應盡可能采集高數量且不靠近邊緣的點；選用所有葉片的橫截面為圓1，此種選則既保證了點數的充足，也為接下來的自動程序做出了記憶選擇。但是取點時要注意，盡量觸測葉片橫截面的中心區域，避免在自動取點時發生微量失真而導致的錯過零件發生；選取任意一個葉片的橫截面觸測點為點1，這樣的選擇是為了拉取程序角向，為了編制好的檢測程序在后續的產品檢測中無需考慮產品的擺放位置，簡化批量檢測軸轉子的繁瑣程度，提高檢測程序的自動化比例。建立初始坐標系的設置為平面1找正確定Z軸方向，圓1確定坐標系遠點的XY坐標，使坐標系原點位于圓1圓心且落在平面1上，圓1指向點1繞XY任意一軸旋轉，將XY軸的方向確定下來[2]，由此初始坐標系建立完畢（如圖8）。建立初始坐標系的示例程序如下：

圖8 坐標系

2.2.2 精確坐標系的建立

第四，動物園并未配備麻醉槍，但是麻醉槍在本案中是否起到關鍵作用？就算有麻醉槍，是否能對老虎起效？在本案中，因為麻醉槍對于老虎并不能起到顯著的作用，所以在本案中無法起到關鍵作用。但是基于本案中參考對象是老虎，麻醉槍對于其作用不大，是特殊個體，所以應該仍列入參考范圍之內。

據中央紀委通報，2017年全國紀檢監察機關共接受信訪舉報273.3萬件次，處置問題線索125.1萬件，立案52.7萬件，處分52.7萬人(其中黨紀處分44.3萬人)，全年立案數及處分人數超過2016年，連續五年增長。查處的結果一方面反映了我國自十八大以來的反腐成績，但也從另一層面顯現了腐敗增量與存量存在的嚴重問題，從“反腐敗斗爭壓倒性態勢”到“反腐敗斗爭壓倒性勝利”仍任重道遠。

2.1.3 測針角度的選擇

敘事元和時空元是考察一個以敘述為主的文體重要的因素，在時代條件的作用下，修辭轉向帶來了兒童文學在精神、認知、審美等方面的能量，同時也促進了兒童詩學的逐步完善。

對于本文例舉的軸轉子，在基本參數的設定上要做出一系列修改，首先由于軸轉子圓周均布的葉片間隙比較小，對于回退距離就不能使用三坐標測量機默認的2.54 mm，經過仔細考量，決定使用逼近距離0.5 mm、回退距離1 mm（如圖6），可以有效降低逼近行程的時間。因為本文例舉的軸轉子葉片數量較多，所需要掃描的型線數量也較多，涉及到的逼近行程時長相對觸測基本尺寸來說過于漫長；最小程度縮短回退距離是為了在保證不發生測針行進誤觸的同時，為掃描過程中要運行的圓弧規矩預留出更大的空間，避免發生圓弧誤觸。對于基本參數中其他的速度設定，由于本文例舉的軸轉子產品形制較小，所以在保證測量精度的前提下不做改動。

由于本文所例舉的軸轉子葉片間隙小，干涉嚴重，所以在每個葉片掃描結束后，必須設置多個移動點來限制測針的運行軌跡，否則在葉片掃描的輪換運動中將發生嚴重干涉甚至損害三坐標測量機，鑒于移動點坐標過于繁復，本文中不做展示，在此只對移動點的設置原則簡要說明。在移動點的設置過程中，需要考慮測針長度及測針和所掃描的葉片的并行角度，移動點的點位設置要在測針和所掃描的葉片的并行線上，距離要長于測針長度，這樣的設定是為了在運行移動點時保證測針完全撤出葉片范圍且不發生意外觸測；在設置撤出移動點后，還要在即將掃描的下一個葉片附近設置進入移動點，其設置原則與撤出移動點相同，需要注意的是在搭載了擁有角度的測針的測座的運動中，測針與測座都要避免與所測產品發生干涉，這一類似拱形的移動路線將在整個的檢測程序中重復葉片數量減一次，為避免進行掃描時測針攜帶動能矢量，要使用慢速運行移動點進程。

由于掃描點位較多，本文僅展示一條型線的部分點位供以參考采集坐標（如圖9）。

圖9 掃描型線

3 檢測程序及方法優勢分析

3.1 檢測程序優勢

本文例舉的軸轉子檢測方法優勢主要有兩點。

1）避免使用數字模型進行掃描，在編制程序的初期就免去了數模選點的繁瑣過程，同時降低了對于三坐標測量機的功能要求和三坐標測量機所配屬軟件模塊要求，使用最初級的三坐標測量機和最少功能模塊的檢測軟件即可以檢測復雜的多重疊曲面，大大降低了檢測成本，使檢測方無需投入巨額資金購置高配置的三坐標測量機和開通多模塊的檢測軟件。

2）可使檢測程序用于批量檢測，在后續的產品檢測時，無需每件產品都要進行反復的編程過程，檢測人員只需將所待檢的軸轉子裝夾牢固，無需考慮擺放位置來迎合固有程序就可以進行檢測，在檢測過程中，檢測人員只需要手動采集初始坐標系建立所需要的參建元素即可自動運行檢測程序，達到了自動檢測比例95%，極大程度上提高了檢測效率。

一些水產養殖企業缺少自然水源，需要在適當的位置建立一個人工養殖池，經過一段時間的養殖后，池內水源的營養物質會明顯減少，不利于養殖生物的健康生長，這就需要更換養殖池中的水體[1]。在更換過程中，如果直接將臟水排出，不僅會造成嚴重的水資源浪費，還會對周邊的土地造成嚴重污染。因此，要對排出的臟水進行適當的處理，如沉淀、過濾以及消毒處理等，將其轉化成適合生物生長的水源，再次利用，達到節約用水的目的。

3.2 檢測方法優勢

本文例舉的軸轉子檢測方法使用的是三坐標測量機所配備的基本掃描功能，避免了多模塊使用中產生的人為誤差，簡單即簡便；且在三坐標測量機測量中減少了絕大部分運算，增加了人為主導檢測的比例，避免了多次修復、設置程序所帶來的失真、誤判隱患，實現了以簡單方法檢測復雜產品的可能[4]。

4 結語

本文例舉的軸轉子檢測，拋開了傳統檢測工具的局限性，也規避了三維檢測對于設備、軟件、人員水平的高門檻、高要求，為同類產品的檢測提供有益的思路。