技術(shù)中心2024-12-21
摘要: 隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程高速發(fā)展，眾多制造業(yè)在完成加工生產(chǎn)信息化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，要求計(jì)量檢測(cè)手段也必須快速化、柔性化并且同時(shí)高精度、穩(wěn)定。而傳統(tǒng)單一的、手動(dòng)的工量具大大限制了大批量制造和精密制造業(yè)的發(fā)展。為適應(yīng)現(xiàn)代柔性制造和更多精密復(fù)雜件測(cè)量的需要，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這個(gè)行業(yè)形成了。
現(xiàn)如今三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在制造業(yè)已經(jīng)廣泛普及使用，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到產(chǎn)品精度的重要性。并且隨著各類院校近年來(lái)參加國(guó)家級(jí)、世界級(jí)的技能大賽，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在院校的使用也受到重視，普及率也逐年增加。但問(wèn)題也比較突出，因?yàn)楹芏嘣盒Ｖ辉谠O(shè)備買回來(lái)的時(shí)候簡(jiǎn)單培訓(xùn)幾天，沒(méi)有像工廠那樣進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，而且院校使用率也比較低，往往有大量空置時(shí)間，只會(huì)在有相關(guān)教學(xué)活動(dòng)、競(jìng)賽訓(xùn)練時(shí)才會(huì)使用。結(jié)果在測(cè)量時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)測(cè)量機(jī)測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)一些小的誤差。下面我們就一些影響測(cè)量精度的因素進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。
使用TP 式測(cè)頭（接觸式三維測(cè)頭）的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，影響測(cè)量結(jié)果的因素通常有以下幾個(gè)方面：環(huán)境因素、機(jī)器因素、工件因素、測(cè)量參數(shù)。
1 環(huán)境因素
1.1 溫度的影響
這里的溫度指兩個(gè)方面，一方面是測(cè)量室的環(huán)境溫度，另一方面指的是測(cè)量機(jī)的工作溫度和被測(cè)零件的溫度。產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)中，定義“幾何量產(chǎn)品規(guī)范及檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)參考溫度”為20℃。因此圖紙上所有應(yīng)用于零件的尺寸及公差都應(yīng)該在20℃ 的情況下進(jìn)行測(cè)量。
1.1.1 測(cè)量機(jī)的正常工作溫度應(yīng)該是20℃±2℃。因?yàn)闇y(cè)量機(jī)是在這個(gè)溫度條件下進(jìn)行裝配調(diào)試的，并且測(cè)量機(jī)的光柵尺也是按照20℃修正的，當(dāng)溫度偏差較大時(shí)會(huì)對(duì)零件的測(cè)量精度造成很大的影響。因此，測(cè)量機(jī)在工作前應(yīng)先進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)我們?cè)谑褂脺y(cè)量機(jī)時(shí)要盡量保持測(cè)機(jī)產(chǎn)生影響。
1.1.2 測(cè)量室內(nèi)空調(diào)的安裝也需要注意，由于空調(diào)出風(fēng)口的溫度和室內(nèi)溫度并不是一致的，因此應(yīng)該避免空調(diào)風(fēng)直接吹到測(cè)量機(jī)上。合理的方法是讓空調(diào)風(fēng)吹到室內(nèi)的主要位置，并且風(fēng)向向上形成循環(huán)，盡量使測(cè)量室內(nèi)的溫度保持在20℃。
1.1.3 機(jī)房的結(jié)構(gòu)對(duì)房間溫度也是有影響的，若測(cè)量機(jī)房有窗戶，需要用雙層玻璃，并避免陽(yáng)光照射，陽(yáng)光更不可直接照射到測(cè)量機(jī)，否則會(huì)造成測(cè)量機(jī)局部溫度變化，影響測(cè)量精度。
1.1.4 對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，工件的恒溫也非常的重要。在實(shí)際加工環(huán)境中工件的熱脹冷縮情況非常復(fù)雜，受加工材料、加工方法、刀具材料等多種因素綜合影響。如果零件恒溫或時(shí)效的時(shí)間不夠，工件的外部溫度與內(nèi)部溫度很可能不一致，這會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)誤差。因此零件恒溫測(cè)量也非常重要。
雖然現(xiàn)在大部分的測(cè)量機(jī)都具備了溫度補(bǔ)償功能（圖1），對(duì)測(cè)量機(jī)和零件溫度由于偏離20℃帶來(lái)的長(zhǎng)度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，但在日常測(cè)量工作中我們?nèi)孕枳⒁鉁囟茸兓瘜?duì)測(cè)量精度的影響，并盡量將這個(gè)影響因素降到最低。
圖1 測(cè)量機(jī)溫度補(bǔ)償功能
1.2 濕度的影響
濕度對(duì)測(cè)量機(jī)的影響也很大，濕度控制不當(dāng)會(huì)影響測(cè)量機(jī)的壽命也會(huì)影響測(cè)量精度。在南方每當(dāng)?shù)搅嗣酚昙竟?jié)時(shí)，測(cè)量室內(nèi)的濕度可能會(huì)很大，測(cè)量機(jī)的氣浮塊和某些機(jī)械部件可能發(fā)生銹蝕，對(duì)測(cè)量機(jī)造成非常大的損害。反之，若濕度過(guò)小也不可以。因?yàn)闇y(cè)量機(jī)的工作臺(tái)的材質(zhì)是花崗石，濕度過(guò)小會(huì)影響花崗石的吸水性，會(huì)造成花崗石變形。而且濕度過(guò)小還容易產(chǎn)生灰塵和靜電。北方冬季供暖，室內(nèi)相對(duì)比較干燥，很容易產(chǎn)生靜電，對(duì)測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)會(huì)造成損害。因此測(cè)量室內(nèi)的的濕度控制在40%~60%的范圍內(nèi)最好。（數(shù)據(jù)摘自PC- DIMS 培訓(xùn)手冊(cè)）。
濕度對(duì)測(cè)量機(jī)的影響也很大，濕度控制不當(dāng)會(huì)影響測(cè)量機(jī)的壽命也會(huì)影響測(cè)量精度。在南方每當(dāng)?shù)搅嗣酚昙竟?jié)時(shí)，測(cè)量室內(nèi)的濕度可能會(huì)很大，測(cè)量機(jī)的氣浮塊和某些機(jī)械部件可能發(fā)生銹蝕，對(duì)測(cè)量機(jī)造成非常大的損害。反之，若濕度過(guò)小也不可以。因?yàn)闇y(cè)量機(jī)的工作臺(tái)的材質(zhì)是花崗石，濕度過(guò)小會(huì)影響花崗石的吸水性，會(huì)造成花崗石變形。而且濕度過(guò)小還容易產(chǎn)生灰塵和靜電。北方冬季供暖，室內(nèi)相對(duì)比較干燥，很容易產(chǎn)生靜電，對(duì)測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)會(huì)造成損害。因此測(cè)量室內(nèi)的的濕度控制在40%~60%的范圍內(nèi)最好。（數(shù)據(jù)摘自PC- DIMS 培訓(xùn)手冊(cè)）。
2 機(jī)器的因素
2.1 測(cè)量機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)球、測(cè)頭、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、光柵尺、是否清潔干凈。標(biāo)準(zhǔn)球、測(cè)頭、導(dǎo)軌每天開(kāi)機(jī)工作前都需要用無(wú)紡布蘸無(wú)水乙醇擦拭干凈，光柵尺一般是不需要擦拭的，若測(cè)量室濕度較低、灰塵較大，每周也需要清理一次。
2.2 標(biāo)準(zhǔn)球是否有損傷、松動(dòng)。
2.3 正確合理選擇測(cè)座型號(hào)、測(cè)桿長(zhǎng)度，測(cè)頭直徑，正確輸入標(biāo)準(zhǔn)球直徑。測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量選擇短的測(cè)桿并盡量減少連接桿的數(shù)量。因?yàn)殚L(zhǎng)測(cè)桿在與零件表面接觸時(shí)的彎曲量比短測(cè)桿大。并且使用長(zhǎng)測(cè)桿在水平位置（A90B- 90）測(cè)量時(shí)，因重力影響，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)額外的彎曲量。
2.4 機(jī)器是否有定期保養(yǎng)、檢測(cè)精度。
2.5 氣壓是否穩(wěn)定、壓縮空氣是否過(guò)濾。
氣浮塊（空氣軸承）是測(cè)量機(jī)的重要部件，其作用是保證測(cè)量機(jī)的各運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌無(wú)摩擦，由于氣浮塊的氣孔很小，浮起高度有限（通常距離在5~10 微米），因此要求壓縮空氣的壓力穩(wěn)定且不能含有雜質(zhì)（水、油）。如果壓縮空氣中含有水或油，它們會(huì)隨著壓縮空氣進(jìn)入到平衡氣缸和氣浮塊中。在測(cè)量機(jī)工作時(shí)水和油就可能附著在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌的直線度，增大測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差。并且在測(cè)量機(jī)關(guān)機(jī)后，管道中的油滴可能堵塞氣浮塊的氣孔，影響氣浮塊的正常浮起，造成氣浮塊與導(dǎo)軌發(fā)生摩擦，影響測(cè)量機(jī)的精度更有可能會(huì)損壞測(cè)量機(jī)。為防止壓縮空氣中的油進(jìn)入管道產(chǎn)生污染，過(guò)濾系統(tǒng)中需要有前置過(guò)濾裝置對(duì)管道進(jìn)行前置過(guò)濾處理。
3 工件因素
3.1 零件待檢測(cè)部位是否清理干凈。有無(wú)毛刺、油污。擦拭零件最好用無(wú)紡布，用綿布擦拭會(huì)有線頭、毛絮殘留在零件上。
3.2 待檢零件裝夾是否穩(wěn)固。
3.3 零件待檢特征是否存在加工缺陷。
4 測(cè)量參數(shù)的影響
測(cè)量機(jī)的探測(cè)過(guò)程是：以“移動(dòng)速度”移向特征，當(dāng)測(cè)頭距離工件為“逼近距離”時(shí)更改為“觸測(cè)速度”觸測(cè)工件，觸測(cè)完畢后，以“觸測(cè)速度”回退一個(gè)“回退距離”，以“移動(dòng)速度”移向下一個(gè)特征。（摘自PC- DIMS 培訓(xùn)手冊(cè)）從這我們可以看出測(cè)量參數(shù)的合理設(shè)置對(duì)測(cè)量精度也是有非常大的影響的，主要是兩個(gè)參數(shù)逼近距離和觸測(cè)速度。
測(cè)量機(jī)的探測(cè)過(guò)程是：以“移動(dòng)速度”移向特征，當(dāng)測(cè)頭距離工件為“逼近距離”時(shí)更改為“觸測(cè)速度”觸測(cè)工件，觸測(cè)完畢后，以“觸測(cè)速度”回退一個(gè)“回退距離”，以“移動(dòng)速度”移向下一個(gè)特征。（摘自PC- DIMS 培訓(xùn)手冊(cè)）從這我們可以看出測(cè)量參數(shù)的合理設(shè)置對(duì)測(cè)量精度也是有非常大的影響的，主要是兩個(gè)參數(shù)逼近距離和觸測(cè)速度。
4.1 逼近距離的影響
測(cè)量機(jī)在移動(dòng)到各個(gè)待檢測(cè)特征時(shí)的速度是通過(guò)“移動(dòng)速度”參數(shù)設(shè)定的，為了提高測(cè)量效率這個(gè)速度通常比較快，所以在測(cè)頭開(kāi)始測(cè)量零件特征時(shí)需要一個(gè)較慢的速度，這樣測(cè)頭可以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。逼近距離就是測(cè)頭在接觸到特征之前，瞬時(shí)速度由快到慢的變化之間的距離。在設(shè)置“逼近距離”時(shí)要根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況合理設(shè)置數(shù)值。數(shù)值過(guò)大，雖然測(cè)量穩(wěn)定但會(huì)浪費(fèi)測(cè)量時(shí)間，降低效率。過(guò)小，測(cè)量波動(dòng)過(guò)大，影響測(cè)量精度。
4.2 觸測(cè)速度的影響
測(cè)頭開(kāi)始測(cè)量零件的特征時(shí)為達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，需要一段逼近距離，當(dāng)測(cè)頭到達(dá)逼近距離時(shí)，開(kāi)始減速，以一個(gè)較慢的穩(wěn)定的速度測(cè)量零件特征，這個(gè)速度就是“觸測(cè)速度”。觸測(cè)速度如果過(guò)慢，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量效率降低，延長(zhǎng)零件測(cè)量時(shí)間。觸測(cè)速度如果過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致接觸特征表面時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊力。因此需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況合理選擇觸測(cè)速度。在檢測(cè)零件過(guò)程中觸測(cè)速度盡量保持不變，這樣可以保證測(cè)量的一致性。通常在測(cè)量時(shí)，會(huì)設(shè)置一個(gè)較大的移動(dòng)速度，較小的逼近距離，較小的觸測(cè)速度，這樣保證在特征之間移動(dòng)時(shí)快速、提高效率，在測(cè)量時(shí)慢速，提高精度。
參考文獻(xiàn)
[1]?？怂箍等鴺?biāo)測(cè)量機(jī)使用手冊(cè)及原理.
[2]PC-DMIS 初級(jí)培訓(xùn)手冊(cè).
[3]PC-DMIS 中級(jí)培訓(xùn)手冊(cè).
[1]?？怂箍等鴺?biāo)測(cè)量機(jī)使用手冊(cè)及原理.
[2]PC-DMIS 初級(jí)培訓(xùn)手冊(cè).
[3]PC-DMIS 中級(jí)培訓(xùn)手冊(cè).
