一種精度驗證程序在測量過程中的應用

余姣 楊帆 陳玉川 宗曉亮 孔苗德

摘要：為了驗證三坐標測量機的精度狀態能否滿足測量要求，本文介紹了一個能快速驗證設備精度是否合格的程序。該程序適合在設備每天開機，設備發生碰撞，異常斷電，測針松動，測座偏轉等任何影響設備精度的異常情況下運行，運行結果自動提示是否滿足要求，以便測量人員排查是否由于設備自身的原因引起測量誤差做出應對。該程序為全自動程序，以本公司目前使用的角度數量為128個為例程序運行時間為5分鐘。

關鍵詞：驗證，三坐標雙懸臂測量機，PC-DMIS，校驗

引言

隨著汽車行業高速發展，高精度測量儀器的運用已較為廣泛，測量機的精度狀態對測量結果至關重要。本文以海克斯康雙懸臂式測量機進行舉例介紹。由于研發階段所有車身狀態的不確定性，即使我們前期對測量程序進行過大量的仿真驗證，仍無法完全避免設備與車身發生碰撞停機事故。為滿足白車身/分總成/單件/檢具等所有的測量任務，設備共有128個角度，所有角度校驗時間約為2小時。不校驗測尖就無法確認設備精度狀態。當發現測量結果異常時，如車身合格率突然大幅度降低，相關尺寸人員分析排查后認為設備精度出現問題，其后果非常嚴重。為解決這一問題，我們根據精度校驗的原理制作出一套解決方法，選取部分角度來進行測量，以此來反推設備精度的狀態。此方法及程序本公司已驗證實用有效，多次及時準確的驗證出設備精度狀態，有效的提高了測量數據的準確性和測量效率。

一、測量角度選取

測量角度的選取需要覆蓋整個測角范圍，且均勻散布，不能集中在相似或相近的幾個角度上。A角以45等分使用0，45，90，B角以90等分別用0，-90，180，90如第二部分闡述組合共9個角度。由于A0B0角為所有測量角度的參照基準，所以它必須為所選角度之一，其它角度可參照設備測角范圍或平時常用角度范圍確定。

二、測量程序編制

首先，新建程序將程序模式改為自動以A0B0為第一個測量角度，并自動創建一個直徑15.875，IJK（0，-1，0）緯度開始角0結束角360經度開始角0結束角90樣例點1兩者After70的球體，此時不需要關注球體的XYZ值隨機生成的都可以。

其次，使用球體建立坐標系。不需要找正、旋轉或者迭代及最佳擬合，只需要將創建的球體1選中，使用球體1作為XYZ的原點確定即可。球體使用非坐標軸方向的角度進行測量時，要想測到從赤道到極點的半圓必須輸入正確的矢量方向，否則測針就會撞桿。如下圖一所示矢量方向是長度為1的線段坐標軸方向上的矢量均可以較簡單的表示出來。已知A點與原點所構成長度為1的線段在Y0-X面上α=45°便可以用余弦函數計算L1=L2= COS45°X1==0.707，A點的IJK為（-L2，L1，0）。

有了矢量方向的概念就可以按照測針轉角的安全軌跡依次創建XYZ（0，0，0）的球體，添加測尖A45B180創建特征球體2IJK（0，-0.7，0，7）測尖A45B90創建特征球體3IJK（0.7，-0.7，0）測尖A45B0創建球體4IJK（0，-0.7，-0.7）測尖A45B-90創建球體5IJK（-0.7，-0.7，0）。需要注意的是當A角為90時，需要避讓標準球的支撐桿，以下角度創建的球體緯度開始角度為50°結束角度為310°。測尖A90B-90創建球體6IJK（-1，0，0）測尖A90B0創建球體7IJK（ 0，0，-1）測尖A90B90創建球體8IJK （1，0，0）測尖A90B180創建球體9IJK（0，0，1）。創建特征完成即可對每兩個特征評價3D距離理論值給0公差根據每個設備自身精度及使用環境來定義，這里使用0.1mm創建36個評價結果程序編寫完成。

評價15條就能占據整個顯示屏，如果程序到此結束每次需要查看36條結果來評估是否可用，顯得有些麻煩和機械。為此我們使用條件語句以及變量來實現自動查看，若超差彈出提醒對話框“結果超差請重新校驗測尖”，若不超差彈出提醒對話框“結果滿足無超差”以此方法來實時反饋，并指導操作人員操作。

三、自動評價提示

以下為程序中使用的完整語句供參考。

ASSIGN/NUM=1

ASSIGN/V1="結果滿足無超差"

ASSIGN/V2="結果超差請重新校驗測尖"

L1 ? ?=LABEL/

ASSIGN/DIST="DIST"+NUM

IF_GOTO/NUM>36，GOTO = L2

IF/DIST.DEV<0.1

ASSIGN/NUM=NUM+1

GOTO/L1

L2 ? ?=LABEL/

COMMENT/OPER，NO，FULL SCREEN=NO，AUTO-CONTINUE=NO，

V1

END_IF/

ELSE/

COMMENT/OPER，NO，FULL SCREEN=NO，AUTO-CONTINUE=NO，

V2

END_ELSE/

需要注意的是運行此程序和校驗測針時一樣，測針和標準球要保持清潔。測針、測頭、測座等包括標準球都要固定牢固，不能有絲毫間隙。測頭校驗的速度要與測量時的速度保持一致，以減少外部環境對驗證結果的影響，當程序提醒需要重新校驗測尖時需要對機器精度校驗。

四、結論

文章從程序的必要性及測角選取，程序的編制以及自動化的評價等方面對驗證程序的全貌進行了詳細的描述，通過程序的使用可提前對測量誤差進行預規避，為過程中出現的測量問題分析提供了一個方向。鑒于三坐標測量機的多樣性，在實際工作中，可根據文中描述，靈活添加角度，變換IJK數值以及使用條件語句來實現不同機型所要達到的要求。

參考文獻：

[1]海克斯康（青島）測量技術有限公司.PC-DMIS參考手冊.

[2]《PC-DMIS高級編程培訓手冊》

[3]張國雄.三坐標測量機[M].天津：天津大學出版社，1999 年