淺析ZEISS三坐標在連桿檢測中的應用

劉贊 羅元鵬(上汽通用五菱汽車股份有限公司青島公司,山東 青島 266000)

1 緒論

1.1 三坐標測量系統的發展及簡介

三坐標測量機是將各種幾何元素的測量轉化為這些幾何元素上一些特征點坐標位置的測量。在測得這些特征點的坐標位置后，再由相應的測量軟件按國家標準的評定準則計算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等。三坐標測量機對空間復雜曲面的測量尤其具備優勢，它的強大測量性能主要表現在：(1)高精度測量能力;(2)高速度測量能力;(3)測量數據的高置信度;(4)高數據處理能力;(5)低成本的測量系統。

圖1.1 三坐標測量系統簡介

1.2 三坐標測量機測量原理

三坐標測量機的工作原理是坐標測量。三維測量可以測量空間任何幾何尺寸，通過測量頭探測，獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經計算機按照最小二乘法等數學法則計算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和相對位置。

1.3 三坐標測量機的數據采集

測量機的采點信號接收裝置是探頭系統，沿X，Y，Z三個軸的方向裝有高精度玻璃光柵尺和讀數頭。其測量過程就是當探頭系統中的測針接觸工件并產生采點信號時，由計算機控制系統去采集當前機器X，Y，Z 三個軸的坐標值以及相對于機器原點的坐標值，再由計算機數據處理系統對坐標值數據進行處理和輸出。

2 三坐標測量機在發動機制造中的應用

2.1 三坐標完成測量任務過程

首先，根據圖紙、工藝以及其他必要信息結合零件或數模確定工件定位方法并準備探針，然后閱讀圖紙找基準元素和測量元素進行編程，調試，最后測量并輸出報告。

2.2 如何編寫三坐標測量程序

圖2.1 三坐標編程步驟

2.3 三坐標測量在發動機零部件檢測中應用實例

三坐標測量機的應用近年來在發動機及零部件制造系統中的應用越來越廣。我們公司所使用的三坐標都為德國ZEISS的ACCURAⅡ9157，并配備了其自主研發的CALYPSO 4.6.06英文版編程軟件系統。

2.3.1 連桿檢測應用實例

在測量過程中，我們盡量采用基準一致的原則，下面以發動機連桿檢測為例，簡要說明編程步驟。根據連桿圖紙可知，發動機連桿有大小孔徑、圓度、圓柱度、中心距及平行度扭曲度的測量需求。

2.3.1.1 找基準。第一基準A—右側大端面，第二基準B—連桿大孔，第三基準C—連桿小孔。恰好符合我們建立坐標系的“一面兩銷”原則。

2.3.1.2 建立坐標系。可以通過有兩種方式：一是脫機編程；二是探測實際零件得到所需元素。我們常用第一種方式建立坐標系：1.按照圖紙，創建一個平面X=-25，Y=-25，Z=0 的長寬分別為50mm平面即Plane1第一基準。2.創建一個X=0，Y=0，Z=-22 的φ43mm 高22mm 圓柱，即大孔圓柱CylinderB 第二基準。3.創建一個X=0，Y=-127，Z=-22 的φ18mm 高22mm 圓柱CylinderS，將CylinderB 與CylinderS 之間創建一條3D 線，以第一、第二基準建立坐標系，并用CylinderB和3-D Line1控制空間方向，如圖2.3。

圖2.2 連桿測量坐標系

2.3.1.3 建立安全平面，且大小要適中，避免CNC 運行時發生撞針。當探頭行走時會自動避讓防撞墻，只有到探測方向時，再穿越防撞墻對特征元素進行探測。安全平面更深入的功能，在測量復雜零件時再涉及。

圖2.3 安全平面

圖2.4 所探測元素

2.3.1.4 固定連桿到測量平臺，探測加工元素，為測量特性輸出做準備。由測量需求可知，所需探測的連桿實際元素包涵：大小孔的圓及圓柱；需創建的元素包涵：理論平面plane_YZ、plane_XZ 及小孔圓柱分別到兩個理論平面的投影。如圖2.5。然后對所探測元素進行數據采集處理，將原來的默認的打點采集更改為掃描采集，以便輸出更為準確的測量結果，以大孔圓柱為例，如圖2.6。

圖2.5 大孔圓柱掃描示意圖

2.3.1.5 輸出元素特性。根據測量需求大小孔徑、圓度、圓柱度、中心距及平行度扭曲度，將其在元素特性輸出界面實現。

調整報告模板并設置自動輸出報告，調試程序，以便CNC運行。

圖2.6 檢測需求輸出及自動輸出報告格式

2.3.1.6 查看報告，利用Q-das 軟件對測量數據進行分析并對不合格零件采取措施，完成測量任務。

2.4 三坐標測量機在發動機制造中的其他應用

2.4.1 在機加生產中控制大量的生產線測量檢具的精度狀態；

2.4.2 作為各個機加工工序機床的眼睛，在日常加工生產中，對加工的工序產品及完成品進行質量檢驗及設備調整中的精度確認；

2.4.3 新購進機加生產線時，對加工設備進行驗收及精度確認；

2.4.4 利用三坐標強大的測量能力完成大部分采購件的抽樣檢測；

3 結語

通過上述應用案例，可以看出三坐標測量機基本的坐標測量功能和編程自動化的便利。通過我們積極思考和巧妙CNC運用，不但能夠為測量需求提供了完美的解決方案，而且可以是整個測量過程始終以高速、高效率和高精度進行。