三坐標檢測結果的可靠性研究

于永勝 李孝坤 盧小龍

摘 要：三坐標測量機在設備測量過程中，發揮著越來越重要的作用，成為零部件公差測量中不可或缺的設備。在以往的設備加工生產過程中，存在著生產方和使用方對設備檢測不同尺寸的現象，這對于設備的使用而言，是極為嚴重的問題，鑒于此，采用一種測量精度更高，更能為雙方所接受的測量設備是極為必要的，因而將測量誤差產生的原因進行分析并找出其原因，使用三坐標測量機進行工件的測量。本文針對三坐標測量機的測量影響因素進行了討論，并對三坐標測量機的測量點、測量機夾持工件位置及數量等進行了基本論述。

關鍵詞：三坐標測量機;測量;可靠性

三坐標測量機是一種新型的測量工具，具有高精度、強數據處理能力、快速的數據測量以及較強的環境適應能力，因而在機械制造、航空航天以及車輛生產等行業廣泛應用?，F本公司生產一種需要較高精度測量的汽車零部件，該產品的平面度可精確到0.01mm，公稱直徑公差精度達到0.005mm層級，因而使用測量精度更高的三坐標測量機極為必要。

1測量過程

在測量工件尺寸的工程中，需要對該產品做脫機編程處理，而后建立坐標系，將工件的一些基本數據導入，完成后進行安全檢查，確保測量機可正常工作，便可啟動自動測量過程，進行測量了。

2測量原理

三坐標測量機的基本測量機理為：對工件進行測量時，探針在接觸到工件表面的過程中，探針因受到工件的反作用力作用而會有數值記錄，其記錄數據一般較小，在100mN左右，據此記錄點便可對工件進行測量。在測量一個圓的相關尺寸時，可通過最小二乘法及其他集合方法擬合成一個圓，而后可測量出這個圓的尺寸，通過三坐標測量機測量出來的工件尺寸精度較傳統量具所測出的數據精度高，因而得到了生產廠家和用戶的肯定。

3測量因素的影響

3.1點的位置和數量

在測量圓形相關尺寸時，測量點的數量及位置的選擇較為重要，當測量點的選取小于圓周長的1/4尺寸時，其測量結果誤差較大，如：圓度、圓心距離等尺寸?；诖艘蛩?，測量點應盡量布滿圓周，使其坐標點具有可重復性，測量精度更高。

通過三坐標測量機進行零件的測量時，測量點的選取至關重要，理論而言，測量點越多，測量結果越為精確，在實際測量過程中，測量點的選取是有限的，且其選取與零件的表明粗糙度、零件外形尺寸以及零件規則程度等因素有關。針對外形尺寸較大的零部件，測量點的選取應多一點，使其測量結果更為精確，能夠更真實的反映出工件的實際尺寸。在測量零件的形位誤差時，若誤差值較大，表明測量的精確度較差，無法較好的反映出零件的實際形位公差。因而在實際測量時，測量點要盡量選取較多，而且所選點要盡可能分散，分布均勻，才可使測量結果更具有可信度。

3.2工件的裝夾方式

在使用三坐標測量機進行工件相關尺寸測量時，應滿足一些要求，如：1）工件的夾持不應使其表面損壞或變形，否則零件將無法滿足實際要求。2）在對工件測量時應保證工件處于固定狀態，使得工件的尺寸測量不會有其他因素干擾。3）工件夾持應盡量使其方便操作。在測量過程中，保持這些基本要求并正確實施，也絕非易事，尤其是針對工件在夾持過程中不能發生損壞及變形的要求。如果對工件的夾持方式不當，將會使得測量誤差很大，使得測量結果與實際值相比相去甚遠，給生產廠家及使用客戶都造成較大的損失。

3.3探針選取

三坐標測量機在測量工件的尺寸時，其探針的大小也對測量結果的精確度具有很大的影響，而這點恰巧是很多人不會注意到的。探針的大小與測量工件的實際大小相差不多才能保證測量精度。在對探針進行選取的過程中，有幾個因素應進行必要的考慮，探針的選取首先要保證能夠完成對工件尺寸的測量，如探針尺寸大于工件待測尺寸時，將使測量無法完成;同時，在對探針選取時，還要根據待測工件的表面質量進行選擇，若工件表面粗糙度較小，可選取較小尺寸的探針，否則，應選取較大尺寸的探針進行測量。例如：在對冶金產品進行測量時，因為其表面粗糙度較大，產品間隙較大，故而應選取尺寸較大的探針，尺寸較大的探針在接觸到粉末冶金產品時，因接觸面積較大，使得探針不會發生較為明顯的變形，因而可以更為準確的測量到產品的尺寸值。

3.4打點掃描的選取

掃描和打點是三坐標測量機進行測量時的基本方法，所謂打點，即探針在對一個點進行標記完成后，立即退后并對下一點進行打點標記;而掃描是探針在對一個測量點進行掃描完成后，即對下一個點進行掃描操作。掃描和打點都是在工件表面進行的，也為后續的測量進行前期準備工作，打點相對于掃描而言，在對特定數量的點進行標記時，更加費時;而掃描過程中，因探針與工件表面的接觸時間更長，因而使得探針的磨損更為嚴重。因在實際測量過程中，應使得測量點盡可能的多，故而選用掃描法進行測量點的選取更為可靠有效。當然針對特定的輪廓的點進行標記時，打點便比較有優勢。

3.5其他因素

針對三坐標測量有不同的測量評價方式，一般是最小二乘法，可保證測量誤差處于合理的范圍之內。

在編寫測量程序的過程中，針對測量點要進行手動采點，當坐標定義完成后便可不用手動了。因手動采點不好控制采點之間的距離，進而使得測量誤差較大，所以在程序編寫完成后應進行自動采點。

4非測量因素的影響

在使用三坐標測量機進行測量的過程中，要保證測量機及工件表面是干凈整潔的，否則會對結果產生較大的干擾。

針對測量完成后的零件在運輸過程中，也要注意包裝完好，在運輸過程中的顛簸可能也會導致測量結果的差別較大，在特殊情況下，不同地點的溫度等氣候原因也會對精度有影響，這些都應是考慮因素之一。特別的，金屬制品在溫度發生變化之后，會發生熱脹冷縮的物理變化，故而使得測量結果具有較大的差別，而且工件由不同材料組成的話，因不同材料對溫度的敏感度不同，也會發生先行變形，使得測量結果差值較大。

5結論

（1）在使用三坐標測量機儀器對工件進行相關測量時，要保證待測工件表面是干凈整潔的，并沒有毛刺等雜質，選取測量點時應盡量保持數量較多，并使其距離分布較為均勻，這樣才可以使得測量結果較為精確，誤差較小。

（2）在對工件進行測量時，夾持過程中要確保工件沒有發生損壞和變形，同時工件要保持固定，便于進行測量并使得測量結果較為精確。

（3）在進行三坐標測量時，要保證探針的選取符合待測工件的尺寸和表面粗糙度。

（4）測量過程進行打點時，首先進行手動打點，后進行自動打點。

（5）產品在運輸過程中，應盡量減少顛簸以及溫度變化較小，確保工件運輸前后誤差值較小。

參考文獻：

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[3] 云玲麗. 異型復雜塑料轎車零部件三坐標精密測量檢測分析研究[D]. 湖北工業大學， 2009.

作者簡介：

于永勝（19900216），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省開封市，當前職務：三坐標工程師，學歷：本科，研究方向：三坐標.