三坐标测量机使用中的典型问题及其解决方案

　　三坐标测量机(CMM)是一种多功能精密计量测试设备。随着现代科学技术及中国经济的不断发展,工业生产自动化程度的日益提高,对产品的可靠性及质量的要求越来越高。因此,三坐标测量机作为质量保证及科研的重要测试手段来替代传统的测试方法也越来越被更多的科研院所、工矿企业所采用。利用三坐标测量机进行零件形位公差检测,既从事数控技术及机电一体化方面的研究。直观又方便,测量结果精度高,免去了常规方法检测用具的设计与制造所需的时间和费用,大幅度降低了生产成本,缩短了生产周期。但是在实际测量工作中,由于测量方法不当,可能会出现比较大的测量误差。笔者进行了仔细分析研究,对经常遇到的几类测量问题提出了相应的解决方法。

　　1　测头系统的配置

　　在测量一个工件时首先要配置测头系统,测头系统配置是否合理直接影响测量结果。例如:若配置的测头直径和测杆直径非常接近,测量时由于工件装夹误差导致被测量表面与CMM坐标系不平行,非常容易引起误触发。为保证工件的测量精度,测头系统的配置应遵守以下原则[1]:1)测杆长度尽可能短。测杆触发受力时弯曲或偏斜越大,测量精度将越低,因此在测量时尽可能采用短的测杆。2)连接点尽可能少。每次将测杆与加长杆连接在一起时,就引入了新的潜在弯曲和变形点,因此在应用过程中,应尽可能减少连接点的数目。3)测球尽可大。一方面可以使测球与测杆的空隙加大,减少由于“晃动”而误触发的可能;另一方面,测球直径较大,可削弱被测表面粗糙度对测量精度造成的影响。4)传感器灵敏度尽可能高。测头系统配置的关键器件是传感器,不同型号的传感器具有不同的测量精度和速度,如TP200精度高于TP20,配置前者可以提高测量精度和效率。5)在安装配置好测头系统后,应等待30 min以上然后再校验测头,以便让测头消除弹性变形恢复到自然状态

　　2　短直线和小圆弧的测量

　　大半径小圆弧(以下简称小圆弧,指圆心角小于30°的圆弧)中心坐标和直径的测量,以及短直线夹角和距离的测量一直被视为三坐标测量机检测的一项技术难题。影响短直线、小圆弧测量结果准确性的直接原因是采样范围过小,造成采样信息量明显减少,而且测量长度越短,信息量损失越大,测量误差放大倍数越大。

　　某样件如图1所示(图中R的单位为mm),要测量每一小段的半径值,如果直接在小圆弧上采点,测量结果误差很大,从200件中抽检的20件都确定为不合格。事实上,小圆弧的圆心坐标与半径值在图纸上都标有名义值和公差值,可以根据图样要求和实际情况将其中一个加工精度较高的参数当作已知条件求解另外一个参数。基于这一前提,在三坐标测量机上测量小圆弧有2种方法:一是用理论圆心坐标求其半径,二是用理论半径求其圆心。