大型铸件尺寸数字化检测方法的研究与应用

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

市场竞争日益激烈，需要承接更多高难度的产品才能保持企业竞争力，而高难度产品形状结构复杂，尺寸精度要求高；常规尺寸检测方法：钳工划线检测、手工检测、普通三维划线仪检测等难以实现快速、准确的检测要求，全面的反映铸件的真实尺寸情况，为前序铸造工艺优化改进提供依据，并且为后序尺寸问题返修提供准确的基准，是企业急需解决的问题。

1 尺寸数字化检测方法的研究与应用

1.1 前期调研

随着公司新产品及精加工产品量的不断增加，对尺寸检测精度有了更高的要求；但在尺寸检测过程中发现没有达到全尺寸检测，部分位置尺寸图纸上没有明确标出，靠常规的尺寸检测方法不能全面反映铸件问题，且运用传统的检测方法经过计算公式多次转换后，会出现累计误差，甚至计算错误。另外对于图纸上没有标注尺寸的部位和一些复杂曲面，检测人员无法计算，导致铸件尺寸漏检，存在很大的质量隐患。因此，常规的钳工划线检测、手工检测及三维划线仪检测已经不能满足尺寸检测精度、难度及效率的需求，必须对三维划线仪进行数字化改造，实现全面数字化检测。

1.2 设备改造及配套软件系统开发

经过调研，最终确定对三维划线仪进行数字化改造，应用软件测量，在电脑上直接显示结果。

1.2.1 设备改造

1）在三维划线仪水平臂端部划针座上安装测头系统，使用耐磨损的红宝石测头，用数据线连接测头和水平臂，使测量值通过数显箱里面的RS232接口，将测量数据发送到计算机进行比对，最终通过显示系统显示最终结果。（数显系统具有打印、显示坐标数据、公/英制转换、测量点数显示等功能）。如图1 所示。

2）在两台划线仪旁各安装一个支架，对应上面各放置一台显示屏，一台电脑通过无线控制两台显示屏，两台划线仪通过测头标定将结果连接在一个基准平台上操作，它的行走直线度由高精度的直线导轨保证，并辅以偏心轴及进口滚动轴承相关结构，使在各个方向运行平稳可靠，能快速、有效地完成复杂零件、部件、模具件的空间尺寸、曲面的三维软件检测，如图2、图3 所示。

图1 数显系统

图2 测头部位

图3 划线仪机座

1.2.2 配套软件系统开发及采购

1）铸件划线系统：铸件的所有不合格处理方案及意见都在系统中保存，利于铸件问题反复出现时查找上次数据进行比较，找出问题出现原因并加以改进。将不合格的处理电子化利于实现铸件评审的可查找性，针对铸件的处理意见，公司内部所有人员都可通过系统进行浏览。使得不合格的处理流程真正起到服务与现场，满足于现场的需要。在系统中对于不合格进行了分类及典型问题的反馈，形成系统报表，避免人为统计错误。

2）质量报告系统：此系统是在电脑上出具铸件电子报告并传递，通过系统可以减少纸质报告多次传递造成的浪费，也提高了报告的准确性。

3）采购西门子的Teamcnter 软件，此软件里面汇总了所有图纸，尺寸检测方案、顾客规范、内控标准、检测数模等等，检测人员可直接在现场电脑上查看相关材料，并进行尺寸检测。

2 尺寸数字化检测过程说明

2.1 检测前的准备

1）吊运支垫，铸件找平、找正、起线。

2）将检测设备进行检测、测试，打开测量软件，确保正确有效，无异常。

3）从系统中导出检测产品的正确数模导入到测量软件中。

2.2 检测过程

2.2.1 测头标定

测头的标定，是为了确定同一个坐标原点，且测量过程中，这个标定的球不能有空间位置上的移动，否则测量数据就无可追溯性，必须重新进行标定。每一次转换测头方向，都要进行测头标定。标定要求：校准球至少测量四个点，校准精度控制在2.90 mm～3.00 mm 范围内，从测量到结束要确保校准球位置不变，测头安装要稳固，不能出现晃动情况，如图4 所示。

图4 测头标定

2.2.2 建立坐标系

坐标系建立方法为三个基准面法，在数模的X、Y、Z 三个方向选取三个基准面，在建立好的三个基准面上选取三个点，构造基准，选择基准面要求：了解图纸的基准设计，再选择合适的建立坐标系的方法，以保证建立的坐标系符合工件图纸的要求，从而确保所测量数据的准确性；建立工件坐标系是指根据工件和软件功能来设置坐标系的工作平面、轴的矢量方向和原点的位置，使工件坐标系的参数与机器坐标系相对应；建立坐标系使铸件与数模的坐标系方向一致，保证检测结果的有效性和准确性，确定所选的三个点的坐标值为理论坐标，然后在铸件相应的位置测量这三个点，三点的实际坐标和理论坐标对齐，坐标系建立完成，注意事项：1）搞清楚数模的坐标原点；2）测量球中心要测量到线上；3）右手螺旋法则：拇指指向绕着的轴的正方向，顺着四指旋转的方向角度为正，反之为负，面要投影正确；4）采集特征元素时，要注意保证最大范围包容所测元素并均匀分布。

坐标系建立界面如图5 所示。

2.2.3 铸件进行布点

按照尺寸检测方案在铸件上人工布测量点；布点要求：布点数量不得少于方案要求；凹坑或者异常点要加点测量，避免尺寸漏检。

2.2.4 尺寸测量

图5 建立坐标系

按着色数模要求对铸件进行人工分组，再按照铸件公差级别要求，对铸件分组检测结果进行人工公差设定，超差尺寸显示。按照铸件上的布点，用测头接触感应进行快速测量，在测头接触工件的瞬间，软件快速确定测头和工件的位置关系，并进行标识，如图6 所示。

2.2.5 检测结束

尺寸测量完成后，检测人员按照测量过程中已经设置的公差进行超差点的快速筛选，得出超差部位测量偏差，明确尺寸返修量、返修范围、返修基准等内容，并在铸件上标识好尺寸返修量、返修范围、返修基准等，承修单位按照问题记录处理铸件尺寸问题。

3 结论

对三维划线设备进行数字化改造后，在测量瞬间和测量软件中的理论立体模型比对，进行智能化判断，能更好更准确的全面反映铸件尺寸问题，经测算单个产品划线效率提高了30%；且检测合格率在97%以上，切实提高了尺寸记录的准确性，实现电子化不合格品处理及系统可控性和追溯性，方便尺寸问题的统计分析，有效提高铸件尺寸质量管理水平。

图6 数模上显示的测量点