连杆三坐标测量

连杆三坐标测量前言：三坐标测量机的应用与发展三坐标测量机是近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。日前，国内外三坐标测量机正迅速发展。国外著名的生产厂家有德国的蔡司(Zeiss)和莱茨(Leitz)、意大利的DEA、美国的布朗一一夏普(Brown&Sharpe)、日本的三丰(Mitutoyo)等公司。众多品牌三坐标中，我们公司选择引进德国的蔡司(Zelss)的CONTURAG2三坐标测量机。第一章：介绍CONTURAG2：1.1CONTURAG2RDSCONTURAG2又可分为CONTURAG2RDS和CONTURAG2AKTIV两种。我们所用的是CONTURAG2RDS结构式的三坐标测量机。RDS旋转探头座采用最先进的技术，可达到20736个空间位置，步距角2.5°，几乎可以达到任何特殊的角度位置。因此它非常方便用于测量一些具有很多方向而需要做很多探针组合的复杂工件。选用RDS,—个工件仅用一根探针和一套夹具就可以完成测量。少量的探针组合就意味着更简单的零件测量程序编制，可以提高生产效率并节约大量时间。1.2RDS的空间位置及步距角RDS能达到20736空间位置,步距角2.5°,几乎可以达到任何特殊的角度,如30°。普通的旋转探头仅有720空间位置,步距角仅7.5°,当测量一些特殊角度位置时,会因为无法到达而产生碰撞。RDS在A、B方向均可实现±180°旋转,步距角2.5°。而圆锥空间无法到达。普通的旋转探头顶部有150圆锥空间无法到达。空间位置步距角1.3VASTXXT被动式扫描探头作为触发式探头的替代品，VASTXXT具有触发式探头所不可比拟的测量性能、重复性和测量精度。拥有大的偏转空间和低的测力VASTXXT是一个非常实用的探头系统。.探针最大可延长至250mm,可侧边连接或星形连接（侧边探针最长40mm）,最小探针直径可达到0.3mm。VASTXXT具有很低的测力并且受旋转的影响很小。•传感器有两种可以选择（30-125mm和125-250mm）。通过高效的CNC模式，探针校准将大大减少。数字信号的传输可靠而准确。直径达25mm的探针吸盘保证了高的重复性。•拥有士3mm的偏移空间，为探针在意外碰撞时提供更有效的保护。部分自动配件，比如探针自动更换架。1.4ViScan光学测头CONTURAG2RDS配ViScan光学测头，可实现光学影像测量分析。可通过单点、扫描或cross-hair测量位于不同高度的几何元素。1.5三维测头三维测头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。测量的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。测头有接触式和非接触式之分。按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。1.6机器特征:•所有轴都采用蔡司气浮轴承，四面环抱技术，保证测量运行的高度稳定和高精度。横梁和主轴采用对温度极不敏感的陶瓷材料，受温度波动的影响非常小，从而提高测量结果的准确性、可靠性。C99控制柜，具备计算机辅助误差修正功能，可对CMM和传感器做实时的动态修正，确保得到精确的结果。CONTURAG2AKTIV配置主动扫描探头，可实现主动扫描测试。•做为选项的探针更换架，具有非常高的更换重复精度。采用探针更换架更换探针，探针仅需一次校准，之后可以长期使用，无需再次校准，可为您节约大量时间。•采用HTG（高温度范围）机型，可以在高的温度范围内达到相同的测量精度。高温度范围不仅仅针对三坐标传感器，同时也对被测工件适用。1.7测量范围：CONTURAG2具备多种测量范围，范围从700/700/600mm到1000/2100/600mm。对于一些较大的测量工件，可采用U-STONE技术，将测量有效高度提升200mm,使Z轴高度达到800mm。第二章三坐标测量机的工作原理简单地说,三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台（大型和巨型不一定有），测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。显然这是最简单、最原始的测量机。有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。自动型还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。三坐标测量机的控制和数据采集如图所示。三坐标测量机的组成2.2.1三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统和系统软件四大部分。主机结构分为：1）、框架，是指测量机的主体机械结构架子。它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体；2）、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。该系统还应包括数显电气装置。3）、导轨，是测量机实现三维运动的重要部件。测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装置。4）、驱动装置，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能。在测量机上一般采用的驱动装置有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。直线马达驱动正在增多。5） 、平衡部件，主要用于Z轴框架结构中。它的功能是平衡Z轴的重量，以使Z轴上下运动时无偏得干扰，使检测时Z向测力稳定。如更换Z轴上所装的测头时，应重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。Z轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。6） 、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台等。用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。电气系统分为：1） 、电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。2） 、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC机和工作站等。3）、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可用于基本几何元素及其相互关系的测量，形状与位置误差测量，齿轮，螺纹与凸轮的测量，曲线与曲面的测量等。具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。4）、打印与绘图装置，此装置可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。2.2.3CALYPSO软件采用可视化界面，CALYPSO使得测量软件的编制和维护非常简单方便。它的优点体现在哪几个方面呢？面向对象的编程使得程序的编制及维护非常容易。在设计图上选择相应的元素，您可以非常方便的维护、修改、扩展您的程序。无论是单点触发测量、扫描测量还是采用光学测量，软件和传感器都非常灵活方便。测量结果的输出灵活多样，可按客户的要求输出，是用户化的测量报告。无论是单点测量或扫描测量，手动测量或自动测量，处于联机状态或脱机状态，接触测量或光学测量，还是测量标准的几何形体或自由曲面2.2.4CALYPSO软件扫描技术首先提出了一个问题：零件的配合是否一致?一个用于装配在孔里的轴，如果仅采4个点进行评定，那么通过您评定的轴也不一定适合装配。因为这样评定出来的圆，仅仅是对轴真实位置和形状尺寸的大致猜测。而扫描则可以在短时间内采集大量的点，确保您获取最完整的零件几何信息（位置、形状和尺寸），您可以测出轴的最大直径从而确定它是否可以装配到孔里。▲最佳拟合的实例（见下图）采集4点，由最小二乘法评定的最佳拟合圆（1.黄色）由扫描测量评定出的最大内切圆（2.绿色）单点（采集4点，红色）扫描（红色虚线）（1）、（2）两圆圆心的不同坐标圆柱测量单点测量具有高的离散性和低的重复性，导致测量结果精度很低。而扫描测量是高密度采点，有低的离散性和高的重复性，确保了测量结果的高精度。

★形状测量圆柱测量★形状测量圆柱测量通过扫描测量评定零件的形状，相对于单点测量，其重复性可以增加两倍，并可以减少测量结果的偏差，确保测量结果的稳定性。★元素局部测量当我们需要测量一些几何元素（如球、圆锥、圆柱和曲面）的一小部分时，扫描可以向我们提供非常稳定的结果。比如测一小段内圆弧，单点测量得到的是完全不同的圆弧和圆心坐标；扫描测量则可以得到正确的重复性非常好的结果，而且测量速度很快。扫描技术的实质优点：•可以快速扫描完成许多基本的测量任务。比如测量和评定箱体类零件上基本元素，如圆、圆柱、圆锥、平面的形状。扫描测量已知和未知的曲线、曲面的轮廓，是工模具制造中理想的逆向工具。自定心测量V型槽或其它凹坑根据测量精度自动选择扫描速度。CALYPSO软件可以测定标准几何元素的形状，比如真实的轮廓曲线，也可以做模型数字化设计。在检测零件尤其是零件间的相互配合时，扫描是最为理想的测量方法。CALYPSO可以测出形状非常精确的偏差，您可以根据它确定可能的公差范围或使用现有的公差范围。HOLOS无需通过CAD软件，HOLOS可以通过接口导入CAD模型，测量和逆向自由曲面和标准几何形体。对于工具制造业、模具业、锻造业、注塑业以及手机行业，HOLOS都非常的实用。第三章：3.1产品质量的控制产品质量控制是利用三坐标检测机械加工产品的手段、采用随机抽检、批量抽检、产品首检等方法，对产品质量进行生产的全过程控制，以提高产品质量和生产效率，增强产品市场竞争力。三坐标测量机是本公司的一台重要的计量测试和产品检验设备。它主要用于机械零部件的空间尺寸和形位公差的检测和配套产品、工装的测试。目前已经对本公司的上百个品种的几千件产品进行了检测，提供了准确可靠的检测数据。三坐标测量机是利用三坐标的探针采集零部件各组成要素的空间坐标点,并通过计算机的高速计算功能拟合各个被测元素达到对产品的精确测量的目的，利用计算机对所采集的数据进行分析处理、计算出所需要计算的形位公差及尺寸。1924年，美国的休哈特(W.A.Shewhart)首先提出用控制图进行工序控制，起到直接控制生产过程，稳定生产过程的质量达到预防为主的目的。说到这里我们必须弄清楚几个问题：其一什么是产品质量？其二质量控制图又是如何来控制？讲到质量控制图又不得不说SPC，因为SPC在整个生产过程中起到了相当大的作用，那么下面首先让我们来弄清楚产品质量的概念。3.2产品质量的定义？qualitymeansthattheproductorservicemeetstheneedsandwantsofthecustomer质量系指产品或服务能满足顾客的需求qualitymeansminimizingwastebyreducingvariation质量系指通过减少变差，最大限度地减少浪费。控制图的概念：控制图是对过程质量加以测定、记录从而进行控制管理的一种用科学方法设计的图。图上有中心线(CL)、上控制界限(UCL)和下控制界限(LCL),并有按时间順序抽取的样本统计量数值的描点序列，简单得说：在现场直接研究质量数据随时间变化的统计规律的一种动态方法。5 10 徉本编号质量控制图SPC的介绍SPC是英文StatisticalProcessControl即统计控制。SPC就是应用统计技术过程中的各个阶段收集的数据进行分析，并调整制程，从而達到改进并保证质量的目的。下面是完整的SPC控制图：日岸砸間:邛別嗽ir閒邛帕閃辺可:刃:刃P衣：Iflttt戟倍：J-AG-I-efirr^KESLs运品若凰■£&主扳鼻：1R躺哇:扳鼻班鼻症E就翻；飙刑雌购:门閻雌下Tfl：i侦■：i-rL:I*闊Ri.-CL:I㈣•匚日:。媲Rj：2.™吕ijrt■槪氐柵狀aaiftm用■■:E*:I2.I79REm-:GJG-I恥:入⑷5trrF；&卫？[:T.IB■■:LJZL：11.59G-RLTL:rpt.：2.5it-5st":rpt.-^m：1RG組Sri11d&7罪9in-1112门id1】苹±Wr丨乙现12.102I1.1U1工㈣I2.H2I2.IW>11.19111.1IdiN.dipi工.i何11.7511152212.d11Ilj2d12.27d基距C-JJGJt-n-JC-G-.W-GM唧G-.in-i.GC-C-JiI.HI.GC-G-7In-JC-G-.-ie-tW11.Gt-iiJt-lint-1乙碍门辟U.K-lint-njt11Jt-11“Hjtll.t-J1珈I2.G-1门加njn-1顷I2.JC-HJTlUtlinnII7T1切1工加nJj15i2.niI2JN门加i工閃1顷ll.lt-I2JIi工肿11.6-91"门ii.-ij1I2J：i□.咔ILL嗣门腸1咖U.K-ILL肿门阴11J6-11.巧门加12.151l.W-Hjh.1吩I2.G-3门Mi工加12.231切1工加I1.1312JG-3.5控制图的用途：1、分析判断生产过程的稳定性，从而使生产过程处于统计控制状态；2、及时发现生产过程中的异常现象和缓慢变异，预防不合格品发生；3、查明生产设备和工艺装备的实际精度，以便作出正确的技术决定；4、为评定产品质量提供依据；利用检测的数据分析指导生产部门对产品的加工工艺流程和设备进行调整以便生产出符合设计要求的产品和对我公司外协、外购件进行了入公司质量的检验，为产品的质量起了把关的作用。第四章：实例我公司生产的连杆有G型、280型和B型等型连杆。G型连杆是工厂目前生产最多的一，近年来，我们多次对导风轮、箱体、齿轮芯、气缸盖、连杆等产品进行了检测，并根据检测数据对产品进行分析，利用分析结果指导生产部门对产品的加工进行相应的调试。下面以检测我厂生产的拳头产品连杆为例，对如何利用三坐标对工厂产品进行检测、指导车间生产出合格产品。要求计量项目如图所示：计量项目：两孔中心距：580土0.10mm大头孔孔径：0112mm小头孔孔径：0112mm大、小头孔平行度：100：00.03mm大、小头孔对端面的垂直度：大面0.08mm小面0.06mm大、小头孔的圆柱度：0.02mm通过分析连杆的设计基准、工艺基准和加工过程制定出了一套检测方案，检测基准与设计基准、工艺基准选择同一基准更有利于控制产品质量。按照三坐标测量要求需先检测基准要素，再检测被测要素，最后才能计算出形位误差值。检测过程中，有时需要进行坐标或位置转换后才能进行检测、计算。我们在检测过程中采用先建立工建坐标系，再检测基准，最后检测被检要素的方法来检测工件。其检测顺序为：10大面20大圆30小圆40大13圆和小圆中心的连线50大头圆柱60大头圆柱端面70小头圆柱80小头圆柱端面90小头圆柱端面100大头圆柱端面其中，10，20，30，40是建立工件坐标系，50-100是检测工件被检要素。检测完后进行被检要素计算——垂直度、中心距、平行度。孔径和圆柱度是在拟合时计算出数值。对不合格项点分析偏差方位。如检测到大头端面对孔轴线的垂直度不合格，就需要对孔轴线偏斜方向作分析。这又需要建立工件第二坐标系为分析所检测平面的偏差方向所用。如检测过程中60面对50圆柱轴线的垂直度不合格，我们就利用405060三个元素来建立第二坐标系，再检测60这一平面（这里不能再用60这一元素编号应用其它大于60的元素编号并且需要在第二坐标系中采集被测点）来计算这一个平面在第二坐标系中的位置关系，求出其俯仰角和方位角。通过综合分析平面法线在工件坐标系中的俯仰角和方位角，我们可以知道平面相对于圆柱轴线的偏移方向，在工件上标注出它的位置关系。生产部门就可以通过工件的检测数据和我们在工件上标注的方向对夹具或机床做出相应的调整。其它的情况以此类推，分析出偏差方位。由于生产部门无法对偏差的方位进行准确的判断，这就给生产带来了诸多的不便，有时需要不断的调整、测试，调整、测试，这样重复很多次，而且有时还不能满足设计要求，大大浪费了人力、物力、