锻压制件及其模具的三维光学测量系统精度评价

　　1　引　言

　　随着我国制造业的快速发展,许多行业的产品大量采用了中大型和复杂曲面工件,特别是在汽车、飞机、船舶、军工、风电等行业中比较普遍。鉴于这种情况,国家也越来越重视大中型工件制造及其相关技术与设备的研发工作。目前,对于<1 m长度工件的三维尺寸质量检测,多采用三坐标测量机、关节臂、激光扫描仪等完成,基本不存在问题。而对于1~30 m长度的工件,如大型机械设备等各种大型铸件、锻件,多采用龙门式三坐标机、激光跟踪仪、关节臂、经纬仪等设备的检测,存在繁琐的移站问题,要全方位测量中大型工件[1-2]非常繁琐,测量设备昂贵,一般企业无法承受。

　　从2000年开始,国际上便携式移动光学三维坐标系统逐渐应用于中大型复杂工件的质量检测[3-4],解决了中大型工件全尺寸检测的难题,性价比较好,便于推广使用,国内也在推广采用该技术。但是目前由于缺少相关的技术标准,企业应用的并不规范。国际上德国和日本等国都有了暂行标准可以借鉴,而我国的制造业(尤其是锻压模具行业)迫切需要制定自己的光学三维工业测量检测标准,提升我国制造业的技术水平,同时规范企业的产品生产、质量检测、国内外贸易等行为。

　　西安交通大学模具与先进成形技术研究所承担了国标《锻压制件及其模具光学三维几何量检测规范》的制定工作,在日常实验中基于VDI2614/2634标准,以锻压制件及其模具为对象,提出了正确评价光学测量系统精度的新方法,该项工作对于指导实验算法的的创新改进,定量评价测量系统并对国外和国内不同的测量系统进行比较分析,具有极大的理论意义和实用价值。

　　2　德国VDI/VDE 2634标准对于光学测量系统的评价[5]

　　VDI/VDE2634是德国工程师协会起草的光学测量系统检测标准。衡量指标主要是围绕长度来诠释判定。长度测量误差、球面误差、探测误差、球体空间误差和平面测量误差都是以mm来计算的,并有相应的误差范围供选择(图1)。

　　2.1　长度测量误差和质量参数定义

　　测量是将被测物理量与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程,即以确定量值为目的的一组操作。三维的长度测量误差值等于两点间的测量值和校准值之差,质量参数取决于所测量的长度值,参照允许范围内的操作环境和测量方式得出:

　　式中:Δl为长度测量误差,lm为长度测量值,lk为长度校准值,E为长度测量误差的偏差值,A为E的最小偏移量,B为E的最大偏移值,K为常量,L为待测长度。

　　2.2　基于哑铃的球径探测误差和球间距误差