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精密测量是如何应用的?

更新时间:2019-05-23 10:37:25点击次数:223次
  现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术的综合性交叉学科,在现代工业制造和科学研究中,测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。三坐标、影像测量仪、圆柱度仪和经数字化改造后的万能工具显微镜已得到广泛应用,它们几乎可以对生产中的所有三维、二维复杂零件尺寸,形状和相互位置进行高准确度测量。 每一种测量仪器均有其使用特点,作为精密测量人员不仅应当熟悉每一种测量仪器的正...

 

现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术的综合性交叉学科,在现代工业制造和科学研究中,测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。三坐标、影像测量仪、圆柱度仪和经数字化改造后的万能工具显微镜已得到广泛应用,它们几乎可以对生产中的所有三维、二维复杂零件尺寸,形状和相互位置进行高准确度测量。

每一种测量仪器均有其使用特点,作为精密测量人员不仅应当熟悉每一种测量仪器的正确使用,还应掌握其应用技巧,解决各种测量中遇到的问题,下面是我在测量工作中的一些应用方法。

一、影像测量仪在检测圆弧类产品、量具中的应用

随着我公司新产品更新换代速度的逐步加快,产品的设计加工、精度均有了较大提高,相应的产品的尺寸精度同样提高了许多,在我公司的许多军、民品中的圆弧测量需要使用各种复杂圆弧样板或进行直接测量,对圆弧的外形、尺寸精度等都有了较高要求。

按照常用检测方法可以分为两种,一是使用三坐标测量,众所周知,对于短圆弧大半径的检测是公认的测量难题,使用三坐标不仅需要样板圆弧面要有较高的表面粗糙度(一般Ra≤0.8μm),而且圆弧部分对应圆心角要大于60°,这样才能保证测量结果的准确性,二是使用投影仪对被测圆弧进行比较测量,而由于绘制出的标准线存在误差,被测圆弧公差达到±0.02㎜,在人为比对时,根本无法判断被测圆弧的测量结果,因此急需找出新的测量方法来完成此类量具的检测任务。

经过大量实践摸索,采用影像测量仪可以进行检测。影像测量仪是基于工具显微镜和投影仪发展起来的新一代的测量设备,具有更高的操作方便性和更高的效率.基本原理是将零件光学放大后通过CCD相机抓取照片传输到计算机,然后通过专业的软件进行数据分析和处理,辅以测量软件对被测元素进行评价,并可在评价中自动剔除毛刺点,从而得到结果。其测量范围200×300mm(X/Y).精度可达(2.4+4L/1000)um。完全能够满足量具精度要求。根据圆弧样板外形特点及尺寸要求,将圆弧样板的测量分为四类。

1.预置圆心法:利用其他外形尺寸确定圆心,通过采集圆弧上不同位置测量点,测量出该测量点到圆心的距离,即为圆弧半径。R100圆弧对应圆心角为25°,直接测量时,测量结果分布在R98~R103之间,重复性差,测量结果不确定度达到2㎜,根本无法满足图纸设计尺寸公差要求。然而此类圆弧样板可以从图纸中找到的圆心位置是与两边交点重合.因此采用预置圆心测量方法,在两边夹角合格的情况下,找出两边交点,将此交点作为圆心,再于园弧部分处找出若干(一般均部取五个)测量点,通过分别求测量点至交点的距离即为圆弧半径,并与标称半径值比较,判断该圆弧半径偏差是否在公差范围内。经过测量,所得半径值偏差为±0.02㎜,测量不确定度为0.01㎜,完全能够满足检测要求。同理两孔位置处的半径值R95也可以此判断。

2.转换切点:根据量具图纸设计要求,将所测切点位置转换为相应圆心或垂足点位置。

    该类样板大多由圆弧与圆弧,圆弧与直线间相切形成,要求测量切点位置尺寸11±0.02和20.88±0.02。而在测量过程中如果按照通常测量方法就会发现在通过直线与圆弧找切点时,设备根本无法做到,一种是直线与圆弧相离,另一种是直线与圆弧相交为两个交点,形不成切点无法进行检测。因此针对这一问题,通过合理转换测量点的位置,也就是利用圆心在坐标系中沿直线方向的位置坐标代替切点位置,或者通过软件做一条过圆心且与直线相垂直的直线,并用此两条直线交点作为切点位置进行测量,通过实际检测,这两种方法所得测量结果基本一致,虽然每次被测圆弧半径值不同,但对测量结果影响很小,测量结果偏差在0.01mm之内。这两种方法均提高了数据的一致性,保证了测量结果的准确性。    

3.标准圆法:即利用电脑软件功能,绘制上下极限标准圆,用被测圆弧与标准圆进行比较。另外,还有许多被测圆弧很短,公差也很小(达到±0.02㎜),而且无法借助其他条件确定圆心位置,因此采用标准圆法,通过被测圆弧与电脑上生成理论圆弧,根据半径公差给出最大最小圆弧与实际显示出的圆弧部分进行比对,此法虽然不能直接得出被测圆弧半径值,但可以判断出该圆弧半径是否合格。

 4、平移圆心法:对于在第三种方法中的圆弧,当需要给出测量值和圆心位置时可以用此方法。

通过影像测量仪在对圆弧进行初步测量后,利用圆弧自身的测量点,确定出空间理论圆心点的位置坐标,在测量圆弧上任一点与理论圆心点间距离来确定被测圆弧半径,实际检测后证明该方法切实有效,使该类样板检测准确率大大提高。同理,三坐标测量机使用这种方法,也可以解决此类小圆弧大半径类的圆弧零件检测,以及这类球体半径的检测。

通过利用影像测量仪对以上四种圆弧测量方法的综合运用,有效解决了样板类零件的圆弧测量难题,为公司各类军、民品的生产提供了更好的服务。

二、圆柱度仪在形位尺寸检测中的应用

对于各类回转体类零件的形位尺寸检测通常采用的测量仪器为三坐标测量机或圆柱度仪进行直接或间接测量。但在测量精度要求较高的情况下往往会因为有些零件测量基准短,被测元素距离远而产生较大测量误差,(图像不方便列出。见谅)

该零件形位尺寸要求达到0.025㎜,在直接按图纸要求测量时,发现无论是用三坐标还是圆柱度仪都存在测量结果明显偏大,测量重复性差的现象,测量结果偏差达到0.05~0.10㎜。用过分析后认为:三坐标测量机、圆柱度仪测控检点精度很高,但并不等于对具体的对象(如圆弧)所作的结论精度也很高。这是因为从点坐标到具体对象所需的结论参数有一个计算过程,测量结果是通过数学方法产生的。为了评价测量点误差对被测结果的影响,这里采用“敏感系数”来量化的表示结论和初始参数之间的关系。由于该零件属于短基准、长距离测量,同轴度、垂直度等形位尺寸对采点的敏感系数很大,通过2~3个截面圆圆心确定的轴线,由于存在被测基准并非理想元素,存在形状误差,因此不可能客观地反映出该基准轴的真正位置,截面圆的采点所确定的轴线只要与实际轴线稍有偏移测量误差便会成倍放大,而实际中这种情况时不可能避免的。

因此在经过多次改变测量方法试验后,认为圆柱度仪主要用于测量回转体的形位尺寸,在测量圆度.圆柱度.同轴度.跳动.垂直.平面度等方面有其他检测设备不可替代的优势,确定使用圆柱度仪来进行形位尺寸的检测,通过转换测量基准,即在圆柱度仪上对零件调心调平后,使用圆柱度仪立柱主轴作为测量基准,分别求出各对应元素的形位尺寸及原基准对现基准(圆柱度仪立柱主轴)的同轴度, 通过这种改进的测量方法,各元素形位尺寸测量结果重复性达到0.01㎜,从而较真实反映出了该零件各部位间的位置关系,为零件的实际状态,提供了较为准确的数据依据。

另外在使用圆柱度仪对零件形位误差检测时可在电脑图像上清晰反映出的被测元素形状误差示意图,通过多个零件的复测,规律比较,借用生产工艺进行了工艺,工装及夹紧位置的分析,并对前一道工序的毛胚进行比对,即可把第一手资料报告给有关技术人员,为零件加工工艺编制提供了准确的依据。

三、细长圆柱母线直线度的测量

在对细长圆柱测量其母线直线度时,由于其外观细长,精度要求高(直线度达到0.01㎜),采用三坐标、圆柱度仪检测均有其局限性,而且测量过程繁琐,采用平台测量方法是需要测量人员要有较高的经验技术,而且不能得到确切数据。可以采用万工显测量其横纵座标值,通过作图得到该圆柱母线直线度。也可采用最小区域法评定直线度误差。随后转过90°重复上次测量,取两次中的最大值作为直线度测量结果。这种测量方法不仅完全符合直线度概念同时测量简便快捷。

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