基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的平面測(cè)量方法

1、基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的平面測(cè)量方法1.三坐標(biāo)測(cè)量簡(jiǎn)介三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的高精度測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)一般的測(cè)量軟件而 言，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟（假設(shè)測(cè)頭校驗(yàn)與坐標(biāo)系的建立已經(jīng)完成）：（1）采集特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置。即通過(guò)測(cè)頭直接測(cè)被測(cè)對(duì)象、讀取并記錄坐標(biāo)值（2）按照“最小條件”對(duì)前面測(cè)得的特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算與構(gòu)建。如果是形狀誤差，可直接 計(jì)算出誤差值。（3）如果是位置誤差則按照“最小條件”將特征點(diǎn)構(gòu)建出誤差評(píng)價(jià)所需的點(diǎn)、線、面等 基本要素，并用數(shù)學(xué)的方法計(jì)算出各要素間的實(shí)際誤差，對(duì)照?qǐng)D樣判斷其是否合格。在這一過(guò)程中，第一步特征點(diǎn)的采集是后續(xù)工作的基礎(chǔ)，如果有誤，構(gòu)建出的特征

2、要素 就不能真實(shí)的反映出零件的實(shí)際情況，誤差計(jì)算與評(píng)價(jià)的結(jié)果也就不可信了。因此，特征點(diǎn) 的位置、特征點(diǎn)的數(shù)量和采集方式對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果有著非常重要的影響。本文就是針對(duì)此 類問(wèn)題，對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量的取點(diǎn)進(jìn)行了一定程度的試驗(yàn)與討論，并得出了有益的結(jié)論。2.平面度測(cè)量與評(píng)價(jià)方法平面度測(cè)量是幾何量評(píng)價(jià)的基本內(nèi)容，是14類誤差測(cè)量（直線度、平面度、圓度、圓柱 度、線輪廓度、面輪廓度、平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對(duì)稱度、位置度、圓跳動(dòng)、 全跳動(dòng)）中最基本也是最具有代表性的。按照“最小條件”的要求，平面度誤差可以由最小 包容區(qū)域法、對(duì)角線法和三點(diǎn)法來(lái)評(píng)定。以最小包容區(qū)域法為例，只要滿足了下列條件中的 一條即

3、可確定平面度誤差的大?。海?）三角形法則 圖1a為三角形法則。圖中點(diǎn)A為凹形實(shí)際表面的最高點(diǎn)，a、b、c為三個(gè)最低點(diǎn)，A點(diǎn)的投影落在由a、b、c三點(diǎn)構(gòu)成的三角形內(nèi)。在滿足這一條件的基礎(chǔ) 上,a、b、c點(diǎn)確定平面1,過(guò)A點(diǎn)做平面2平行于平面1,則平面1與平面2之間就構(gòu)成 了最小區(qū)域，兩平面間的距離即為平面度誤差。（2） 交叉法則 圖1b為交叉法則。圖中點(diǎn)A、點(diǎn)B為鞍形實(shí)際面的最高點(diǎn)，點(diǎn)a、點(diǎn)b為最低點(diǎn)，過(guò)直線AB和過(guò)直線ab決定了一對(duì)平行平面，且兩直線成交叉狀態(tài)，則兩平行 平面就構(gòu)成了最小區(qū)域，兩平面間的距離即為平面度誤差。 QSSsi用冷小區(qū)域撫耦定平面粥羞對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量而言，上述兩種評(píng)價(jià)方式都

4、是由相應(yīng)的特征點(diǎn)（最高點(diǎn)和最低點(diǎn)）通過(guò)計(jì) 算得到的，可以這樣講，特征點(diǎn)的位置與數(shù)量實(shí)際決定了平面度誤差的大小。另外，評(píng)價(jià)每一種要素都有一個(gè)最低測(cè)量點(diǎn)數(shù)，如平面度測(cè)量，無(wú)論采用哪種法則都至 少要測(cè)4點(diǎn)才能計(jì)算平面度誤差；直線至少要測(cè)3點(diǎn)；圓至少要測(cè)4點(diǎn)；圓柱至少要測(cè)6點(diǎn) 一般情況下，如果測(cè)量條件與對(duì)象已經(jīng)確定，那么測(cè)點(diǎn)越多，測(cè)得的誤差值就越能反映測(cè)量 對(duì)象的真實(shí)情況，但考慮到測(cè)量效率和經(jīng)濟(jì)性，測(cè)點(diǎn)不可能無(wú)限制的增多，特別是在某些精 度與批量都要求比較高的場(chǎng)合，希望能夠找到一個(gè)合適的測(cè)點(diǎn)數(shù)，使得測(cè)量設(shè)備既能較快的 完成測(cè)量任務(wù)，又能較為真實(shí)的反映被測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況。3.試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法本文采用三

5、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這一先進(jìn)的測(cè)量手段，以平面度測(cè)量為研究對(duì)象，對(duì)銑削加工的HT20Q 4 5鋼、硬鋁三種材料進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，具體的測(cè)量條件如下：測(cè)量機(jī)精度的示值誤差MPE E=1.7+3L/1000 （卩m），探測(cè)誤差MPE P=1.9卩m,零件測(cè)量面積10 000mm2零件加 工方法用端銑刀銑削加工，零件精度IT6IT8。實(shí)驗(yàn)對(duì)上述三種材料分別進(jìn)行隨機(jī)手動(dòng)米點(diǎn)和建立坐標(biāo)系后自動(dòng)米點(diǎn)，米點(diǎn)數(shù)分別為440點(diǎn)不等，每次采點(diǎn)完畢后立即評(píng)價(jià)（如4點(diǎn)評(píng)價(jià)，即采4點(diǎn)后立即計(jì)算其平面度誤差；而 后再重新采10點(diǎn)，再評(píng)價(jià)10點(diǎn)的平面度誤差等以保證同一個(gè)測(cè)點(diǎn)不會(huì)被重復(fù)使用）。預(yù)期 解決以下兩個(gè)問(wèn)題：采點(diǎn)的方法與位置對(duì)測(cè)量

6、精度有何影響。采點(diǎn)的數(shù)量對(duì)測(cè)量精度有 何影響。4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)試驗(yàn)得到以下數(shù)據(jù):（1）HT200加工表面的測(cè)量數(shù)據(jù) 圖2為平面測(cè)量圖，手動(dòng)隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖3所示建立坐標(biāo)系后自動(dòng)采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖4所示。建立坐標(biāo)系后自動(dòng)采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖7所示。(3)硬鋁加工表面的測(cè)量數(shù)據(jù) 圖8為鋁塊平面測(cè)量圖，手動(dòng)隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得到平面 度誤差值的數(shù)據(jù)如圖9所示。(2)45鋼件加工表面的測(cè)量數(shù)據(jù)到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖6所示。圖5為45鋼件平面測(cè)量圖，手動(dòng)隨機(jī)采點(diǎn)后計(jì)算得45辛船爭(zhēng)面建立坐標(biāo)系后自動(dòng)采點(diǎn)，計(jì)算得到平面度誤差值的數(shù)據(jù)如圖10所示5.試驗(yàn)

7、結(jié)果通過(guò)上述試驗(yàn)得到以下三點(diǎn)結(jié)論：（1）在三坐標(biāo)測(cè)量中，只選取基本測(cè)點(diǎn)數(shù)得到的誤差值不能真實(shí)地反映被測(cè)對(duì)象的實(shí)際 情況 評(píng)價(jià)平面度最少要測(cè)4點(diǎn)，本次試驗(yàn)中：4點(diǎn)測(cè)量HT200得到的平面度誤差為0.004mm而實(shí)際的誤差值約為0.01mm相差2.5倍。4點(diǎn)測(cè)量45鋼得到的平面度誤差為0.006 5mm而實(shí)際的誤差值約為0.021mm相差3.23倍。4點(diǎn)測(cè)量硬鋁得到的平面度誤差為0.003 2mm而實(shí)際的誤 差值約為0.008mm相差2.5倍。（2）當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)， 測(cè)得的誤差能夠較為真實(shí)的反映被測(cè)平面的實(shí)際情況三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)為追求測(cè)量精度可適當(dāng)多采點(diǎn)，但也不需無(wú)限增多。每一類表面都有合適的

8、測(cè)點(diǎn) 數(shù)，既能真實(shí)反映實(shí)際情況，又能保證一定的經(jīng)濟(jì)性。從試驗(yàn)的三個(gè)樣品來(lái)看：HT200尺寸精度IT8IT9,Ra=3.2卩m的理想評(píng)價(jià)平面度測(cè)點(diǎn)數(shù)為17個(gè)。45鋼尺寸精度IT7IT8,R a=1.6卩m的理想評(píng)價(jià)平面度測(cè)點(diǎn)數(shù)為16個(gè)。硬鋁尺寸精度IT6IT7,Ra=0.8卩m的理 想評(píng)價(jià)平面度測(cè)點(diǎn)數(shù)為15個(gè)。（3）采點(diǎn)方法對(duì)測(cè)量結(jié)果影響大 在3組試驗(yàn)中，每次都是先對(duì)不建立坐標(biāo)系的零件進(jìn) 行手動(dòng)采點(diǎn)評(píng)價(jià)，然后再建立坐標(biāo)系自動(dòng)采點(diǎn)評(píng)價(jià)。兩組數(shù)據(jù)對(duì)比，前者數(shù)據(jù)混亂無(wú)序，后 者數(shù)據(jù)則更有規(guī)律，基本能夠體現(xiàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)與測(cè)量值間的變化關(guān)系，說(shuō)明手動(dòng)測(cè)量測(cè)力不均， 對(duì)結(jié)果影響大。6.結(jié)語(yǔ) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為一種全新的測(cè)量方式已經(jīng)被越來(lái)越多的用戶所接受和肯定，但由于測(cè)量原理的不同，該測(cè)量設(shè)備有其獨(dú)特的測(cè)量規(guī)范。在三坐標(biāo)測(cè)量中，首先要對(duì)特征要素選擇合適的測(cè)點(diǎn)數(shù)，測(cè)點(diǎn)數(shù)過(guò)少會(huì)造成較大的誤差 （在本例中，中間的差值達(dá)到3倍以上）；對(duì)于確定的測(cè)量對(duì)象可以通過(guò)樣本試驗(yàn)尋找合適 的測(cè)點(diǎn)數(shù)（這對(duì)于批量的高精度測(cè)量更有意義） ，以保證測(cè)量的精度與效率； 比較各類表面， 精度高的表面獲得的測(cè)值比精度低的表面獲得的測(cè)值更為可信，測(cè)點(diǎn)數(shù)對(duì)其影響也更小；手 動(dòng)取點(diǎn)誤差大，應(yīng)選用自動(dòng)測(cè)量的