三坐标测量方法中得位置度.pdf

实用技术 汽车工 艺与材料 AUTOM OB E TECHNOLOGY M ATERI AL 文章 编号 1 0 0 3 8 8 1 7 2 0 0 5 0 4 0 0 3 0 0 3 中图分类号 T G 8 3 9 位置度的三坐标测量方法 叶宗茂 神龙汽车有限公司 襄樊总厂 湖北 襄樊 4 4 1 o o 4 文献标 识码 B Th r e e Co o r d i n a t e s M e a s u r i n g o f Po s i t i o n a l To l e r a n c e YE Zon g ma o X i a n g f a n G e n e r a l F a c t o r y D o n g f e n g C i t r o e n A u t o m o b i l e C o Xi a n g f a n H u b e i 4 41 0 0 4 C h i n a 在汽车机械加工行业中 需要进行位置度检测 的汽车零部件很多 许多零件表面布满了空间孑 L 系 相关孑 L 系之间的位置尺寸及位置度必须得到保证 才能满足装配的互换性要求 为了提高测量这些空 间孔系位置的精度 对大部分零件的加工工序都编 辑了三坐标 自动测量程序 大大方便了各部门对产 品质量的监控以及对生产设备的调整 1 位置度三坐标测量与计算方法 三坐标测量机检测零件的位置度采用的是坐标 测量方法 可用编辑测量程序实现零件位置度的自 动测量 有效减少人为误差 按照零件上的加工基 准 测量机可自动建立一个三维校正坐标系 很方便 地把零件上各孑 L 或轴 的位置坐标测量出来 并把 位置度计算出来 同时 精确测出各孑 L 坐标偏差的数 值和方向 对现生产有较好的指导作用 但用三坐标测量零件时 如果不注意基准坐标 系的建立 平移和旋转 直接获得的检测结果可能会 偏离 定位最小区域准则 最小条件 因而 在实 际测量工作中对此类问题的数据处理与评定一定要 慎重 避免因误判而给用户造成损失 特别是测量仅 受底平面或中心孑 L 等单一基准约束的平面孑 L 系位置 度误差的零件 如果按照一次测量就下结论 该零件 就有可能报废 许多情况下 根据位置度公差三坐标 测量原理可以通过对基准坐标系的平移 旋转来优 化测量结果 使之得出符合图纸和工艺要求的位置 度测量结果 1 1 位置度误 差值 孑 L 的实际轴线的位置度误差值是以被测实际轴 线的理想位置定位 作实际轴线的最小包容区域 圆 柱面 该最小区域的直径即为孔的位置度误差值 如图 1 假设该孑 L 理想轴心线对基准平面 C 一 3 O 一 的坐标值为 2 5 2 5 该孑 L 实际轴心线对基准平面 C的坐标值为 y 则该孑 L 实际位置对理想位置 的偏离量为 即 一 2 5 y 一 2 5 则该孑 L 实际 轴心线的位置度误差值户2 理想 轴线 位置 C基准 H 妄 际 轴 线 2 5 基准 圈 1 1 2 零件基 准坐标 系的平移调整 1 2 1 用最小外接圆法求定位最小区域的原理 当被测平面孑 L 系的几何图框允许平移时 通过 对各孑 L 或轴 组的实际位置误差建立最小外接圆包 容区 则其圆心的变动量就是基准的平移量 1 2 2 用最小外接圆法进行基准平移 零件坐标系建立方法如图 2 a 以孑 L 1 和孑 L 3的 连线为 轴 孑 L 系的端面法线方向为Z轴 自动生成 y轴 以孑 L 1 圆心清 y为 o 在端面清 Z为o 依次测量 6个孑 L 的位置 并将各孑 L 的位置测量 数据存储在结果缓冲区中 并与其理论正确尺寸进 行比较 计算出孑 L 系内各孑 L 的位置度和位置坐标偏 差 若合格 就输出测量结果 若不合格 就通过已测 量的各孑 L 的位置偏差 在坐标系下作出各孑 L 心坐标 偏差的分布图 通过作图法算出最d g t 接圆的圆心 的最佳变动量 根据圆心最佳变动量 重新平移基准 坐标系的原点 然后在新坐标系下 重新测量各孔 汽车工艺与材料 维普资讯 叶 宗茂 位置度 的三 坐标 测量 方法 或轴 的位置度 可得满意的结果 1 2 3 作图法求最佳平移量的计算处理过程 如图 2 b a 以零件坐标系为基准 以原点为各孔理论位 置中心 将各孔的位置误差值平移至原点附近 b 根据各孔的位置误差分布区 求最小外接圆 则该圆的圆心即为理想平移位置中心 其直径为进 行基准平移后的位置度误差值 c 将零件坐标系平移至最小外接圆的圆心处 后 重新计算各孔实际位置和孔的位置度的实际误 差 若其差值大于 厂 2 则此零件的该孔位置度超出 图纸给定的位置度误差 厂 b 圈 2 1 2 4 利用最佳平移量计算公式求最佳平移量 从各孔心坐标偏差 r ef 的测量结果中分别找 出 l 方向的最大偏移量 及最小偏移量 然 后得出坐标系最佳平移量 坐标系最佳平移量 Q 一 1 2 其中 在 方向的 最佳平移量 1 2 在 l 方向的最佳平移量f r 一一 l 1 2 坐标系平移方向与 方向一致 1 3 零件基准的坐标旋转调整 1 3 1 用搜索法进行基准旋转定位最小区域判别原 理 当被测平 面孔系的几何图框允许作旋转调整 时 以图 3两圆为例 分别表示其误差在基准旋转过 程中的变化 设孔 1 和孔 2的实际位置点不在基准原点和理 论位置点的连线上 其位置度误差为 C 和 C 2 且 C C 2 又两孔位实际角度偏小于理论角度 且 A o 2 此时 使基准 轴顺时针旋转 可使孔 1 和孔 2 位置误差同时减小 由于 C 2 时 且孔 2实际位置已处于基准原点 与其理论点的连线上 此时旋转结束 满足一点形 式 1 3 2 计算处理过程 il 1 首先从测量结果中找出位置度误差最大的孔 b 以度为单位 绕 Z轴旋转基准坐标系 X O Y平 面 并重新计算各孔在新基准下的位置度误差 c 比较前后两次位置误差值 若得到改进 则继 续旋转 重复执行 a b c步骤 如不能达到改进 则 旋转结束 d 计算基准的最终位置与原始位置的角度 O l 则 其角度 O l 为最佳旋转量 e 输出基准旋转后的孔的位置度误差值 1 3 3 利用最佳平移量计算公式求最佳平移量 首先根据测量结果判别各孔位置度测量值在初 始坐标系 r e f j 下是否有可能满足公差要求 如果 2 l l 则这个孔的位置度一定超差 坐 标系不必进行旋转 该零件不合格 如果 2 l 方可对初始坐标系 r e f 进行旋 转 在旋转 后的坐标系 r e A 下重新评价各孔位置 度 从孔的角度偏差 中找出各孔角度偏差中的最 大偏移量 及最小偏移量 然后得 出坐标系最 佳旋转量 坐标系最佳旋转量 Q 一 一 l I 2 坐标系旋转方向与 方向一致 故初始坐标系 r e f 绕原点旋转 得到新坐 标系 r e A 在新坐标系 r e A下评价各孔的位置度误 一 3l一 维普资讯 叶 宗茂 位置 度 的三 坐标测 量方 法 差 就可得到比较满意的结果 2 三坐标测量位置度 时应注意的问题 a 对于深度小于 5 m m的孔 可直接测量计算 其位置度 b 对于深度大于 5 m m的孔 必须采用求孔 圆 柱两端极限点的位置度来控制产品质量 即测量圆 柱 然后与上 下端面求相交 再对交点求位置度 上 下端面不一定是零平面 它是整个孔的两端面 或者尽量取靠近两端面孔的截面位置 如果仅测量 一 个截面 求其位置度是不能保证此孔在整个长度 范围上所有截面的位置度都合格的 因为交点由圆 柱轴线与两端平面相交得到 不管轴线方向往哪倾 斜 如果两端交点位置度合格 中间各截面的位置度 也应该是合格的 c 对于延伸公差带要求的 评价时要包含延伸 的长度 d 对于斜平面上的孔 一般不要与实际表面求 相交 因实际加工时多少都有一些误差 它的公差带 是沿轴线方向的一个无限长的圆柱公差带 只要交 点坐标坐落在这个公差带 内 就是合格的 为了避免 不必要的麻烦 采用编辑构造理论平面方法 即按理 论平面法矢 且过此理论点编辑构造一个理论平面 理论平面法矢可以按理论角度的 C O S O s i n o t 计算得 到 方向按平面法矢在坐标系中的方向定 然后测量 孔 圆柱 并与构造的上 下平面相交 再对交点求位 置度 求位置度时 一定要考虑投影平面 投影平面 为最大法矢分量方向的垂直平面的接近平面 e 几何图框的平移和旋转 目的是使孔组位置 度误差的最大值为最小 使测量基准与被测要素的 理想位置方位上取得一致 这种方法在实际生产检 测中 可以达到下面两个极为重要的目的 对粗加工零件 通过这种平移 旋转 可获得被 测成组要素相对于基准位置的最佳位置和方向 这 为进一步机械加工时更合理地分配加工裕量提供实 际数据 以挽救处于报废边缘状态下的粗加工零件 这些数据也可供调整加工中心 自动机床等的定位 基准时参考 对精加工后的零件 由于获得 了最佳方位数据 这样就可决定零件最终的最佳装配数据位置 在位 置度公差按最大实体原则给出时 这种基准的变换 将更有利于减少废品率 提高技术经济效益 f 在计算选择最大或最小实体原则时 交点就 一 3 2一 没有这个功能 在计算孔 轴极限点 交点 位置度 时 对于位置度公差中有最大实体要求的 必须考虑 最大实体补偿 其方法是 当孔位置度超差时 输出 孔 或轴 的实际直径 然后与最大实体直径进行 比 较 计算出补偿值 再用补偿值和超差值进行比较 补偿值大于超差值 则该交点位置度超差 反之 则 合格 对于位置度合格的可以不考虑最大实体补偿 补偿值可以通过在测量程序中增加变量赋值语句 使测量结果