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关于大半径小弧段样板的测量

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  0 引言

  三坐标测量机是20世纪中叶以后发展起来的集光学、微电子技术、机械设计和制造、计算机、自动控制技术等多种高科技为一体的高效精密的通用型计量设备,能够利用3个坐标轴的相互移动,采用坐标测量的原理,在计算机软件的控制下,完成对工件几何尺寸和形位公差的数据采集,准确地测量出工件的点、线、面等基本元素的特征和相互关系,以及空间位置尺寸和相关尺寸的形状位置公差等。

  齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司于2002年7月份购进1台美国朗普公司生产的GLOBALIMAGE12308三坐标测量机,2003年4月开始使用,在检测过程中逐渐熟练掌握了三坐标测量机,并根据被测对象的几何特性,对三坐标现有的测量功能进行开发,解决检测过程中的实际问题,不断提高检测技术水平。

  1问题的提出

  对工件大半径小弧段的测量一直是三坐标测量机检测的一项技术难题,培训过程中曾就此问题与青岛朗普公司的培训工程师进行交流,但未能提出较好的解决办法。而在实际检测过程中,经常遇到大半径小弧段的测量问题,为此,对三坐标测量机现有的测量功能进行开发,进行了有益的实践和探索,使这一难题得到解决。

  利用三坐标测量机,采用的方法是以AC为X轴的正方向(图1),以C点为原点建立零件的直角坐标系后,在圆弧段上采集3个点,由计算机计算圆弧的半径,测量结果误差很大。因为该样板由数控线切割加工而成,加工精度较高,理论上不应有很大的误差,因此,对测量结果产生了怀疑。加大采点的密度,其结果没有多大的差别。通过对测量点的数据分析发现,圆心点O到坐标轴切点距离的测量误差最小,测量点距离切点越远,圆心点O到圆弧上测量点的距离测量误差越大。

  此外,还采用了开放路径方式对此圆弧表面进行多次扫描,将扫描段构造圆,但每次计算的圆心位置和R值都不同,误差大且重复测量精度很低。

  2误差分析

  2.1形状误差对检测结果的影响

  三坐标测量的原理是先对被测元素特征表面进行采点,然后测量软件根据所采点的坐标值进行计算,给出被测元素特征的相关参数。当圆弧表面存在圆度误差时,半径的测量结果就会包含圆弧形状误差,因此,被测工件的形状误差直接影响测量结果的准确性。

  2.2测量方法误差对检测结果的影响

  三坐标测量机进行测量时,其测头是球形,测量过程中,测头与被测工件接触位置(图2)是实测点,三坐标测量机在直角坐标系下进行测量,要求应该按该点的法向矢量方向进行驱动,但圆弧表面各测点的矢量方向是不同的,触测时不能做到与法向矢量方向保持一致,因此测量结果产生了余弦误差。

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