复杂零件检测中三坐标测量仪的应用分析

复杂零件检测中三坐标测量仪的应用分析

王磊   黄伟名

中国工程物理研究院材料研究所  621907

摘要：在复杂零件的制造过程中精确度和质量的要求越来越高，因此需要使用高精度的测量设备来确保零件的合格性。所以本文主要探讨了三坐标测量仪在复杂零件检测中的应用，首先分析了应用过程中的关键步骤，其次探讨了三坐标测量仪在复杂零件检测中的应用效果。通过使用三坐标测量仪，可以快速准确地获取零件信息，从而判断其是否满足设计要求。这种高精度的测量方法可以提高生产效率和产品质量，减少人为误差和不必要的成本。所以通过合理选择和应用适当的测量方法和设备，可以实现对复杂零件的准确测量和质量控制，从而提高生产效率和产品质量。

关键词：三坐标测量仪;复杂零件;测量分析

引言：在现代制造业中，随着科技的不断进步和工业的发展，复杂零件的精度要求越来越高。这些复杂零件通常具有复杂的几何形状和高精度的尺寸要求，因此对于其质量的控制变得尤为重要。为了确保零件的质量符合设计要求，需要使用高精度的测量设备进行检测。而三坐标测量仪作为一种高精度、高效率的测量设备，被广泛应用于复杂零件的检测中，能够通过测量零件上的一系列点的位置和坐标，获取到零件的几何尺寸、形状和位置等信息。与传统的测量方法相比，三坐标测量仪具有更高的精度和更广的应用范围，能够满足复杂零件的测量需求。

1 三坐标测量仪应用准备

1.1 复杂零件准备

整个测量过程的首要步骤是对复杂零件进行准备，其中包括清洁零件表面和明确定义测量基准点等关键步骤。零件准备的合理性对于确保后续测量结果的准确性至关重要，因此在这个阶段需要进行精心操作。本项目的主要目标是对某盖板零件进行精度检测。零件标准如图1所示，在测量过程中根据选取了一些具有代表性的标注特征进行测量。例如，图中盖板里面的[1]代表测量标注中D001基准平面A与另一面的距离。

图1 盖板零件二维图纸

为了完成这个项目，首先使用UG软件对盖板零件进行了建模，并生成了相应的加工程序。随后，通过多轴加工中心等数控设备对盖板零件进行了精密加工。随后会根据三维CAD图，编制测量程序，并在测量过程中利用三坐标测量机对盖板特征进行了手动测量定位，同时系统自动记录了路径和操作。在实际操作中要强调了对零件表面的仔细清洁，确定测量基准点，对于控制测量过程，以确保测量结果的准确性[1]。

1.2设备准备与测量分析

在进行三坐标测量之前确保测量仪器的准确性和稳定性是至关重要的，这是因为测量结果的准确性直接关系到产品质量和生产效率，所以需要对测量仪器进行定期的校准和维护，以确保其始终保持在最佳状态。针对测量仪器进行定期的维护，其主要内容是清洁、润滑和更换磨损部件等。对于复杂零件的测量，除了确保测量仪器的准确性和稳定性外，还需要进行详细的测量分析。测量分析的目的是明确测量的关键参数和测量路径，以确保全面而高效的测量。这通常需要使用专业的测量软件和经验丰富的测量人员来完成。

本文中选择了航锐移动桥式测量机进行检测，该测量机是一种高精度、高效率的测量设备，适用于各种复杂零件的测量。它的部件包括测头、测座、传感器、吸盘和测针等。在进行盖板检测之前，首要步骤是清除表面的缺陷，以确保测量的准确性和可靠性。随后要选择适当的装夹方式，通常零件的装夹要根据被测件的加工方式进行选取并精心选择测针。接下来需要根据被测件加工图纸的标注基准建立盖板坐标系，通过图纸上标注的测量特征对测件的关键特征进行测量，相同的生产的零件可以建立相同的坐标系，以实现自动检测，从而提高检测效率，实现对零件的自动化检测。最后需要对测量得到的特征值进行全面评价，并生成检测报告[2]。

2 基于三坐标仪的复杂零件检测

2.1 测件装夹

夹具在三坐标测量仪中扮演着固定待测零件的角色。为确保测量结果的准确性和稳定性，进行三坐标测量时必须将待测零件放置在夹具上并牢固固定。夹具的形状和尺寸可根据待测零件特点和测量需求定制，种类多样，如机械夹具、磁力夹具或真空吸盘。恰当选择夹具不仅能提升三坐标测量仪的效率和精确度，还能保护待测零件免受损伤。

复杂零件装夹时，首先应尽量减少零件的装夹次数，最好一次装夹完成所有特征的测量，这有助于减少误差，提高准确性。其次确保零件的测量范围在测量机行程内，最佳位置是放置在测量平台靠近Y轴光栅的位置，这样做能确保测量机涵盖所有特征，不但能避免位置偏移带来的测量误差，而且能最大限度的减少测量中的阿贝误差。

2.2 测件检测方法

在进行距离测量时，首先需要在两个位置采集平面数据。这可以通过使用三坐标测量仪软件工具栏上的距离按钮来完成。在输入相应的名称和设计公差后，系统将生成评价结果。以第一个特征D001为例对基准A平面与底面的距离进行评价，首先在平面A和底面连续分别采集3个点。然后在软件中创建平面测量命令，然后将平面1的名称进行修改。该测量仪软件支持所有尺寸、形状和位置误差评价类型，所以可以选择相应的尺寸评价类型。打开“距离”按钮评价对话框，在特征选择框中选择测量平面，输入公差后进行创建即可完成尺寸D001距离评价的创建

[3]。

针对平行度的评价则是表示一平面相与其他基准面平行的最大允许误差。对于盖板平行度测量，本文则是对平面PLN_6相对于基准平面PLN_C的平行度进行评价。在输入名称和设计公差后，系统可以对各要素进行评定，如第5个特征D005。打开平行度评价单元，输入平行度名称，在特征选择框中选择“PLN_6”，按照图纸标注输入公差并添加基准C进行创建即可完成尺寸D005平行度评价的创建。

针对垂直度公差的评价则是表示关联实际要素对方向确定的立项所允许的偏差。对于盖板，需要评价平面PLN_6相对于基准平面PLN_B的垂直度。在输入名称和设计公差后，系统可以对各个要素进行评价，例如第6个特征D006。打开垂直度评价单元，输入垂直度名称，在特征选择框中选择“PLN_6”，按照图纸标注输入公差并添加基准PLN_B进行创建即可完成尺寸D006垂直度评价的创建[4]。

3 三坐标测量仪测量总结

盖板零件部分测量结果如表1所示，各点测试结果与标称值误差相对较小，能够满足复杂零件的精度要求。相比传统的人工测量方法，三坐标测量仪可以快速地完成复杂零件的测量，自动定位、采集数据和生成报告，大大提高了测量的效率和速度。此外还可以实现自动化测量，减少人为因素对测量结果的影响，提高测量的可靠性。使用三坐标测量仪进行测量时，可以节省大量的时间和人力成本，提高生产效率。总之，三坐标测量仪是一种非常实用的工具，能够为制造业带来巨大的便利。

表1 三坐标测量仪部分测量数据

结论：通过合理的准备和实施步骤，三坐标测量仪在复杂零件检测中表现出色，为确保测量精度提供了可靠的基础。自动检测和软件支持使得对复杂零件的测量变得更加高效、准确。这种自动化不仅提高了工作效率，还降低了人为误差的风险。同时，软件的支持使得数据处理、分析和评估更加便捷。三坐标测量仪不仅提供了高效准确的测量，还具备了精度评估和数据分析的能力。这有助于更好地了解零件的质量状况，发现并解决生产过程中的问题。其与其他设备的联动，实现了自动化生产线的建设，提高了生产效率和产品质量。

参考文献：

[1]邹华兵.基于三坐标测量仪齿轮测量误差补偿的研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2023,41(05):72-75.

[2]董方波;李传强;朱本杰.三坐标测量仪在零件检测中的应用研究[J].中国机械,2023,(16):45-48.

[3]胡成昕;刘心宇;刘广东.三坐标测量机在航空航天飞行器零部件检测中的应用[J].机械工程师,2022,(09):141-143.

[4]金丽华;刘海泉.三坐标测量仪在机械零件检测中的应用[J].装备维修技术,2020,(02):342.