三坐标检测结果的可靠性研究

于永胜 李孝坤 卢小龙

摘 要：三坐标测量机在设备测量过程中，发挥着越来越重要的作用，成为零部件公差测量中不可或缺的设备。在以往的设备加工生产过程中，存在着生产方和使用方对设备检测不同尺寸的现象，这对于设备的使用而言，是极为严重的问题，鉴于此，采用一种测量精度更高，更能为双方所接受的测量设备是极为必要的，因而将测量误差产生的原因进行分析并找出其原因，使用三坐标测量机进行工件的测量。本文针对三坐标测量机的测量影响因素进行了讨论，并对三坐标测量机的测量点、测量机夹持工件位置及数量等进行了基本论述。

关键词：三坐标测量机;测量;可靠性

三坐标测量机是一种新型的测量工具，具有高精度、强数据处理能力、快速的数据测量以及较强的环境适应能力，因而在机械制造、航空航天以及车辆生产等行业广泛应用。现本公司生产一种需要较高精度测量的汽车零部件，该产品的平面度可精确到0.01mm，公称直径公差精度达到0.005mm层级，因而使用测量精度更高的三坐标测量机极为必要。

1测量过程

在测量工件尺寸的工程中，需要对该产品做脱机编程处理，而后建立坐标系，将工件的一些基本数据导入，完成后进行安全检查，确保测量机可正常工作，便可启动自动测量过程，进行测量了。

2测量原理

三坐标测量机的基本测量机理为：对工件进行测量时，探针在接触到工件表面的过程中，探针因受到工件的反作用力作用而会有数值记录，其记录数据一般较小，在100mN左右，据此记录点便可对工件进行测量。在测量一个圆的相关尺寸时，可通过最小二乘法及其他集合方法拟合成一个圆，而后可测量出这个圆的尺寸，通过三坐标测量机测量出来的工件尺寸精度较传统量具所测出的数据精度高，因而得到了生产厂家和用户的肯定。

3测量因素的影响

3.1点的位置和数量

在测量圆形相关尺寸时，测量点的数量及位置的选择较为重要，当测量点的选取小于圆周长的1/4尺寸时，其测量结果误差较大，如：圆度、圆心距离等尺寸。基于此因素，测量点应尽量布满圆周，使其坐标点具有可重复性，测量精度更高。

通过三坐标测量机进行零件的测量时，测量点的选取至关重要，理论而言，测量点越多，测量结果越为精确，在实际测量过程中，测量点的选取是有限的，且其选取与零件的表明粗糙度、零件外形尺寸以及零件规则程度等因素有关。针对外形尺寸较大的零部件，测量点的选取应多一点，使其测量结果更为精确，能够更真实的反映出工件的实际尺寸。在测量零件的形位误差时，若误差值较大，表明测量的精确度较差，无法较好的反映出零件的实际形位公差。因而在实际测量时，测量点要尽量选取较多，而且所选点要尽可能分散，分布均匀，才可使测量结果更具有可信度。

3.2工件的装夹方式

在使用三坐标测量机进行工件相关尺寸测量时，应满足一些要求，如：1）工件的夹持不应使其表面损坏或变形，否则零件将无法满足实际要求。2）在对工件测量时应保证工件处于固定状态，使得工件的尺寸测量不会有其他因素干扰。3）工件夹持应尽量使其方便操作。在测量过程中，保持这些基本要求并正确实施，也绝非易事，尤其是针对工件在夹持过程中不能发生损坏及变形的要求。如果对工件的夹持方式不当，将会使得测量误差很大，使得测量结果与实际值相比相去甚远，给生产厂家及使用客户都造成较大的损失。

3.3探针选取

三坐标测量机在测量工件的尺寸时，其探针的大小也对测量结果的精确度具有很大的影响，而这点恰巧是很多人不会注意到的。探针的大小与测量工件的实际大小相差不多才能保证测量精度。在对探针进行选取的过程中，有几个因素应进行必要的考虑，探针的选取首先要保证能够完成对工件尺寸的测量，如探针尺寸大于工件待测尺寸时，将使测量无法完成;同时，在对探针选取时，还要根据待测工件的表面质量进行选择，若工件表面粗糙度较小，可选取较小尺寸的探针，否则，应选取较大尺寸的探针进行测量。例如：在对冶金产品进行测量时，因为其表面粗糙度较大，产品间隙较大，故而应选取尺寸较大的探针，尺寸较大的探针在接触到粉末冶金产品时，因接触面积较大，使得探针不会发生较为明显的变形，因而可以更为准确的测量到产品的尺寸值。

3.4打点扫描的选取

扫描和打点是三坐标测量机进行测量时的基本方法，所谓打点，即探针在对一个点进行标记完成后，立即退后并对下一点进行打点标记;而扫描是探针在对一个测量点进行扫描完成后，即对下一个点进行扫描操作。扫描和打点都是在工件表面进行的，也为后续的测量进行前期准备工作，打点相对于扫描而言，在对特定数量的点进行标记时，更加费时;而扫描过程中，因探针与工件表面的接触时间更长，因而使得探针的磨损更为严重。因在实际测量过程中，应使得测量点尽可能的多，故而选用扫描法进行测量点的选取更为可靠有效。当然针对特定的轮廓的点进行标记时，打点便比较有优势。

3.5其他因素

针对三坐标测量有不同的测量评价方式，一般是最小二乘法，可保证测量误差处于合理的范围之内。

在编写测量程序的过程中，针对测量点要进行手动采点，当坐标定义完成后便可不用手动了。因手动采点不好控制采点之间的距离，进而使得测量误差较大，所以在程序编写完成后应进行自动采点。

4非测量因素的影响

在使用三坐标测量机进行测量的过程中，要保证测量机及工件表面是干净整洁的，否则会对结果产生较大的干扰。

针对测量完成后的零件在运输过程中，也要注意包装完好，在运输过程中的颠簸可能也会导致测量结果的差别较大，在特殊情况下，不同地点的温度等气候原因也会对精度有影响，这些都应是考虑因素之一。特别的，金属制品在温度发生变化之后，会发生热胀冷缩的物理变化，故而使得测量结果具有较大的差别，而且工件由不同材料组成的话，因不同材料对温度的敏感度不同，也会發生先行变形，使得测量结果差值较大。

5结论

（1）在使用三坐标测量机仪器对工件进行相关测量时，要保证待测工件表面是干净整洁的，并没有毛刺等杂质，选取测量点时应尽量保持数量较多，并使其距离分布较为均匀，这样才可以使得测量结果较为精确，误差较小。

（2）在对工件进行测量时，夹持过程中要确保工件没有发生损坏和变形，同时工件要保持固定，便于进行测量并使得测量结果较为精确。

（3）在进行三坐标测量时，要保证探针的选取符合待测工件的尺寸和表面粗糙度。

（4）测量过程进行打点时，首先进行手动打点，后进行自动打点。

（5）产品在运输过程中，应尽量减少颠簸以及温度变化较小，确保工件运输前后误差值较小。

参考文献：

[1] 李琴， 严建华， 化海挺，等. 生产型三坐标的精密测量[J]. 汽车与配件， 2015（15）：80-83.

[2] 李其龙， 徐伟， 田清源. 三坐标检测结果的可靠性探讨[J]. 机床与液压， 2013（14）：122-124.

[3] 云玲丽. 异型复杂塑料轿车零部件三坐标精密测量检测分析研究[D]. 湖北工业大学， 2009.

作者简介：

于永胜（19900216），性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省开封市，当前职务：三坐标工程师，学历：本科，研究方向：三坐标.