三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度誤差檢測(cè)精度的影響

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度誤差檢測(cè)精度的影響摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。圓度是兒何量測(cè)量中形狀誤差的主要參數(shù)之一，也是評(píng)定機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo).由于圓的工件表面存在確定的隨機(jī)波動(dòng)，相對(duì)于尺寸的測(cè)量，需要提取多少測(cè)量要素才能準(zhǔn)確地反映其特征大小是關(guān)鍵因素.因此，影響圓度誤差檢測(cè)精度的主要原因是選取采樣點(diǎn)數(shù)及其分布.目前，許多專家學(xué)者主要研究智能優(yōu)化算法提高后期圓度誤差評(píng)定的效率及精度，但對(duì)前期數(shù)據(jù)采集方法和采樣點(diǎn)數(shù)研究較少，一種最小區(qū)域圓法評(píng)定圓度誤差的仿增量算法，用實(shí)際零件驗(yàn)證該算法的準(zhǔn)確性；一種以最小外接圓法評(píng)定圓度誤差的新算法，描述其詳細(xì)步驟并說(shuō)明了它的收斂性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性；研究了圓度誤差采樣點(diǎn)數(shù)量與測(cè)量極限誤差之間的數(shù)學(xué)模型，求得具有最少采樣點(diǎn)的測(cè)量方法；在三坐標(biāo)上對(duì)不同對(duì)象的圓進(jìn)行不同點(diǎn)數(shù)的均勻分布采樣，采用最小二乘法評(píng)定圓度，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析；基于粒子群及遺傳混合算法，結(jié)合測(cè)量模型及圓度提取技術(shù)，分析布置角度對(duì)圓度提取精度的影響，結(jié)果表明精度較高.針對(duì)圓度誤差精度的問(wèn)題，本文應(yīng)用了最小區(qū)域法的圓度誤差評(píng)定方法，研究不同采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度精度的影響，提高圓度誤差的測(cè)量精度與效率.關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；采樣點(diǎn)數(shù)；圓度誤差檢測(cè)精度影響引言三坐標(biāo)測(cè)量在現(xiàn)代測(cè)量作業(yè)中屬于十分重要的一種儀器設(shè)備，在實(shí)際測(cè)量工作中有著很高的應(yīng)用價(jià)值，并且表現(xiàn)出十分明顯的優(yōu)勢(shì)。所以，在實(shí)際測(cè)量工作開展過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，并且應(yīng)當(dāng)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用加強(qiáng)了解及掌握，以保證三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的作用得以更好發(fā)揮，保證測(cè)量工作能夠更好開展。1基本誤差測(cè)量中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用1.1平面度誤差測(cè)量中的應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于當(dāng)前一種新型的測(cè)量手段，在平面度的誤差測(cè)量中有著十分廣泛的應(yīng)用。由于該測(cè)量?jī)x器原理比較特殊，導(dǎo)致這一設(shè)備的測(cè)量規(guī)范也較獨(dú)特。具體而言，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：（1）確定被測(cè)特征要素中的適當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)；（2）對(duì)于己確定的測(cè)量對(duì)象，利用樣本試驗(yàn)方法選擇適當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)，從而使測(cè)量結(jié)果精度以及工作效率得到保證；（3）通過(guò)對(duì)大量測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)各種表面測(cè)量結(jié)果加以比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)精度較高表面與精度較低表面相比較，其所獲得數(shù)據(jù)可信度更高，并且對(duì)于精度較高表面，測(cè)點(diǎn)數(shù)對(duì)其產(chǎn)生的影響也比較??；（4）通過(guò)對(duì)比研究可以發(fā)現(xiàn)，手動(dòng)取點(diǎn)所產(chǎn)生誤差比較大，應(yīng)當(dāng)選擇自動(dòng)測(cè)量方法。1.2圓度誤差測(cè)量中的應(yīng)用在凡何量評(píng)價(jià)及測(cè)量過(guò)程中，圓度測(cè)量也是十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在實(shí)際測(cè)量中比較常用的且比較理想的圓評(píng)定方法主要包括最小二乘法、最小區(qū)域圓法以及最大內(nèi)切圓法與最小外接圓法。比較常見(jiàn)的測(cè)量方法主要包括兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法以及投影比較法，還包括圓度儀測(cè)量法與坐標(biāo)測(cè)量法。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)工件圓度誤差實(shí)行采點(diǎn)測(cè)量，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同采樣點(diǎn)數(shù)所得到的測(cè)量結(jié)果也存在較大差異。整體而言，測(cè)量過(guò)程中采點(diǎn)數(shù)越多，其誤差也就越小，因而利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)便于得到更多采點(diǎn)數(shù)，并且其測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性也更高。2重要性使用三坐標(biāo)掃描測(cè)量圓度是否可信，與圓度儀的測(cè)量結(jié)果到底有多大的差異,一直是困擾測(cè)量人員的問(wèn)題。三坐標(biāo)測(cè)量圓度最簡(jiǎn)單的方法是直接在被測(cè)的圓度截面上采集部分點(diǎn)評(píng)價(jià)圓度，但這種方法采集的點(diǎn)有限，評(píng)價(jià)具有片面性，不能真實(shí)反映整個(gè)截面的圓度的真實(shí)情況。為了能真實(shí)地得到被測(cè)截面圓的圓度，不少三坐標(biāo)廠家開發(fā)了具有掃描功能的測(cè)頭，即測(cè)針可以在被測(cè)表面連續(xù)掃描，其實(shí)這個(gè)連續(xù)掃描也并不是真正意義的掃描，只是采點(diǎn)的間隔無(wú)限小（目前最小可以達(dá)到0.01mm）,圓度儀測(cè)量時(shí)的電感傳感器測(cè)針也是沿著被測(cè)圓截面連續(xù)掃描的，其采樣間隔比三坐標(biāo)的更小、分辨更精細(xì)。從理論上分析三坐標(biāo)掃描出的圓度與圓度儀測(cè)出的圓度差異應(yīng)該是其設(shè)備精度的差異。但由于其軟件評(píng)價(jià)及濾波方式不同，這種結(jié)果差異往往會(huì)比設(shè)備的精度差異更大。怎么樣減小這個(gè)差異,本文就這個(gè)問(wèn)題在了大量的試驗(yàn)研充。最終找出采用三坐標(biāo)掃描圓度時(shí)所采用的最佳方法。3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用3.1在生產(chǎn)研充中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，其生產(chǎn)環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，很多復(fù)雜機(jī)械零件研發(fā)改進(jìn)以及生產(chǎn)制造均需要應(yīng)用先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)及儀器，尤其在當(dāng)前數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)、精密機(jī)械研究以及汽車零件制造與電子工業(yè)不斷興起的大背景下，對(duì)現(xiàn)代化檢測(cè)儀器也有著更高要求。在當(dāng)前檢測(cè)測(cè)量工作過(guò)程中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于一種十分重要的大型精密儀器，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維尺寸測(cè)量，從而可實(shí)行在線檢測(cè)及自動(dòng)化檢測(cè)。比如，在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)，車身外觀屬于整車設(shè)計(jì)水平及工藝制造水平直接體現(xiàn)，在保證高精度車身的基礎(chǔ)上，才能夠更好保證汽車外型美觀，且可節(jié)省工時(shí)，因而對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)也就十分必要。在實(shí)際檢測(cè)中，通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行合理利用，可實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)控及批量監(jiān)控，并且可在產(chǎn)品分析中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。另外，在航天制造領(lǐng)域內(nèi)，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)屬于關(guān)鍵影響因素，尤其在一些特型零件加工及檢測(cè)方面存在較大困難，而通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的合理應(yīng)用，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中整體葉輪葉片型面、渦輪葉片以及渦輪導(dǎo)向器葉片中的喉道面積等實(shí)行檢測(cè)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量得到較好保證。3.2在提高型實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用在提高型實(shí)踐教學(xué)中，主要是針對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)測(cè)量實(shí)行訓(xùn)練。通過(guò)這一階段實(shí)踐教學(xué)，可使學(xué)生掌握分析圖紙方法以及三坐標(biāo)測(cè)量中坐標(biāo)系的正確建立方法，并且可使自動(dòng)測(cè)量自主完成，最終使學(xué)生掌握構(gòu)建三維模型工件坐標(biāo)系的方法，掌握自動(dòng)測(cè)量方法，以更好實(shí)行工件測(cè)量。3.3在基礎(chǔ)型實(shí)踐教學(xué)中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相關(guān)基本知識(shí)進(jìn)行介紹，可使學(xué)生初步了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用及測(cè)量過(guò)程，還有其保養(yǎng)。通過(guò)對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中各個(gè)部件實(shí)行觀察，可使學(xué)生將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基本構(gòu)成掌握，通過(guò)觀看教師示范，可將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)正確使用方法及步驟掌握，可獨(dú)立對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量進(jìn)行正確操作。4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了研究不同采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度誤差精度的影響，本文采用一實(shí)例零件（理論直徑為84.9mm）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.零件的測(cè)量實(shí)驗(yàn)在國(guó)產(chǎn)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)VKM-3020（Vision3D測(cè)量軟件）下進(jìn)行的，配備接觸觸發(fā)式測(cè)頭，測(cè)頭直徑為3.0mm.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：相同測(cè)球直徑下，對(duì)同一圓采用不同的采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為10~50組時(shí)，圓度誤差值雖有極小值，但波動(dòng)范圍較大，極其不穩(wěn)定；當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為50~150組時(shí)，圓度誤差值在110點(diǎn)及以上位置時(shí)兒乎很穩(wěn)定，呈現(xiàn)規(guī)律性的變化；當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)逐漸增加至150-200組時(shí)，圓度誤差值兒乎沒(méi)有變化；當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)增加至200-300組時(shí)，圓度誤差值己經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，呈現(xiàn)規(guī)律性的波動(dòng).考慮到檢測(cè)效率與精度的問(wèn)題，可以得出此圓形特征的較優(yōu)采樣點(diǎn)數(shù)為110,圓的直徑區(qū)間波動(dòng)范圍是：最小直徑84.718mm,最大直徑84.763mm.結(jié)語(yǔ)采用三坐標(biāo)均布采集圓度誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立最小區(qū)域法的圓度誤差評(píng)定模型,通過(guò)正態(tài)性模型的點(diǎn)數(shù)優(yōu)化方法確定圓形特征的較優(yōu)的采樣點(diǎn)數(shù)為110