基于CAD模型的三坐标机矢量检测方法与误差分析

　　1 引言

　　随着计算机技术和数控技术的快速发展, 产品中以自由曲面为主要特征的零部件数量不断增多, 同时对制造质量的要求也在提高。在很多企业, 工件的CAD 模型已经成为加工编程和检测工件的重要依据,为了对这类工件的自由曲面进行准确的测量和作出评定, 具有矢量检测功能的现代 CNC 坐标测量机应运而生, 并且发挥了重要的作用。所谓“矢量检测”, 就是指对于一个具有自由曲面的工件来言, 其曲面上某一被测点的误差并非一个单纯的数值, 而是一个矢量。

　　本文以某轿车手枕上盖零件为例, 阐述基于 CAD模型的三坐标机矢量检测方法, 并进行检测的误差分析。采用的三坐标测量机为海克斯康Mistral7107, 测量软件为 PCDIMS。

　　2 三坐标机矢量检测方法

　　矢量检测的前提是所使用的三坐标测量机必须具有矢量检测功能和CAD 模型直读功能。海克斯康Mistral7107 测量机符合这些功能要求。

　　2.1 工件的装夹方法

　　装夹工件时, 要考虑测量是否方便、测量机的行程是否足够, 如果是批量测量是否安装定位夹具以及建立工件坐标系等诸多问题。特别地, 对于薄壁件夹紧力要适当, 以防止零件发生变形。

　　2.2 CAD 模型的预处理

　　有些工件的CAD 模型建模时是以整机为基准建立坐标原点, 其坐标原点并不在工件本身, 甚至距离工件很远。这时为了后续建立工件坐标系方便, 可以对工件的 CAD 模型进行预处理, 即在 CAD 软件中将坐标系移至工件上合适的位置。另外, 还要将CAD 模型转换为三坐标机能读取的文件格式, 如“IGES”格式等。

　　2.3 工件坐标系的建立

　　根据机械行业统一性的原则, 要尽量使测量基准与设计基准、工序基准和使用时的固定夹紧部位统一起来。要对所检测的产品有足够的了解, 不仅要掌握产品的结构, 更要掌握产品的使用特性和产品的关键尺寸。只有综合考虑各方面的因素, 在检测时才能选取准确的测量基准, 建立恰当的坐标系。

　　根据课题组多年的检测经验, 可以从以下三个方面考虑。

　　(1)在选择坐标系时, 应优先考虑被测工件的使用情况, 使作为坐标系基准的位置与产品零件在装配时的固定位置相同。这样有利于判别产品零件的偏差。

　　(2) 在使用专用检具等检测定位基准要求不严格或不明显的被测工件时, 作为基准的面和线最好选择能够覆盖最大面积的那些元素, 以确保被测工件的每个部位的测量误差受坐标系的影响最小。

　　(3)在满足上述条件的同时, 应考虑被测工件的设计基准和工序基准。与设计基准一致有利于进行尺寸的比较; 与工序基准一致有利于在出现偏差时进行调整。本例中, 应用PCDMIS 测量软件先建立测量文件,选择合适的测头并进行校验之后, 再建立坐标系。先将处理后的CAD 模型导入PCDMIS 中, 采用将工件的实际曲面与CAD 模型中的理论曲面加以拟合的方法建立坐标系。