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CMM技术在圆锥表面测量中的应用

2011-06-15 19:52阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1617248032

随着先进技术突飞猛进的发展，利用传统测量工具(如千分表、量块和卡尺等)在测量精度和被测工件尺寸、形状较复杂零件的测量(如曲面)中都存在不可避免的瑕疵，而精密检测技术则能克服传统测量技术的缺点，具有能够测量复杂几何元素、精度高以及操作快等优点，现已大量应用于企业的生产与制造。 　　一、产品精度先进测量方法
三坐标测量(图1)是当代普遍应用的精密的形状和尺寸检测技术，是现代制造业、模具工业和产品设计等行业逐步走上核心技术自主研发和质量保证的重要手段，属于先进的产品质量检测方法。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图1

　　(1)三坐标检测技术发展历史。1992年，全球拥有三坐标测量机46100台，年销售增长率在7%～25%，发达国家拥有量高，在欧美和日韩，每6～7台机床就配备一台三坐标测量机。我国三坐标测量机生产始于20世纪70年代，年增长率在20%以上。目前，三坐标检测技术被广泛应用在汽车、家电、电子和模具等制造领域。
　　(2)三坐标检测流程。三坐标在检测过程中具有高精度、高柔性和优异的数字化等特点，如图2所示。
(3)产品质量精密检测技术(CMM)。三坐标检测技术主要按照：导入CAD模型→测量→脱机路径仿真→防碰撞→尺寸在线标注→输出报告→图形报告→SPC统计报告这个顺序完成，此外精密检测技术还包括CCD影像测量、叶片测量功能和齿轮测量等功能。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图2
　　二、利用三坐标测量圆锥体
　　在圆锥体的测量中，影响圆锥互换性的因素主要有圆锥面、圆锥角(a)、圆锥直径(D，d，d)、圆锥长度(L)和锥度(C)等几个基本参数(图3)。为此，三坐标测量机在测量圆锥基本参数时，主要是获取圆锥面上离散的空间点，然后通过一定的数学计算，还原出圆锥面。再获取圆锥2个端面的面信息，在软件中生成被测圆锥的CAD图形，从而通过CAD图形获取圆锥的几个基本参数。
　　笔者在此选用由青岛麦科三维(Metro-3D)测控技术有限公司提供的“三坐标测量机”进行操作演示，与其配套的用于数据处理的专用软件是“Geomagicqualify”——事实上，用于建模的CAD软件、快速成型编程和设备控制Aurora软件都可以和这个测量设备联合起来使用。
　　1.测量步骤
　　(1)以图3被测件上的圆锥台为例，测量它的基本参数。分析被测件，我们可是使用20×φ3mm测针，设置测头角A=30°、B=180°，标定测头，将被测件固定在工作台上，如图4所示。
(2)使用面选择器，选择被测件上的圆锥面(图5)，软件自动命名圆锥面为CON1，将CON1拖入“测量”模块的“圆锥”功能，在设置测量点数为“15”后，点击“生成测量点”。检查生成的测量路径(图6)，点击“测量”完成测量步骤。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
图3
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
图4
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
图5
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图6
(3)通过观察发现，测量出的实际圆锥与理论圆锥的的高度不一致(图7)，这时可以测量出圆锥的2个端面。通过构造得出实际圆锥CAD数据，使用面选择器选择被测圆锥的2个端面(图8)，测量出PLN1和PLN2。切换到“构造”模块，选择“边界”功能，将CON1拖入被限制的元素对话框中，将2个端面PLN1和PLN2拖入边界元素对话框中，点击“添加结果”完成实际圆锥的CAD构造。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
图7
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图8
(4)得到实际圆锥的CAD数据后，切换到“公差”模块中的“锥角”功能，拖入已测量的圆锥CON1到“元素名”对话框(图9)，输入上公差和下公差分别为“0”和“-0.1”，点击“定义公差”完成圆锥角的评估。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图9
(5)圆锥最大直径D与最小直径d可以通过构造得出，切换到“构造”模块，选择“相交”功能，将CON1拖入元素1对话框中，将2个端面PLN1和PLN2分别拖入元素2对话框中，点击“添加结果”构造出圆INTERCI1和INTERCI2。其中，d可以使用功能获得：将CON1拖入锥体元素对话框中，填入所要构造的理论圆的直径(图10)，点击“添加结果”得到d所在圆CONEDIAMCI1。切换到“公差”模块下的“直径”功能，拖入已构造的圆的元素名对话框，输入上公差、下公差与理论圆直径，点击“定义公差”，完成对圆锥直径的评估。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图10
　　2.数据处理
　　通过软件评估，可以得到圆锥角和圆锥直径的公差标签，操作者可以切换到测量报告对话框，将公差标签TCONEANG1、TDIAM1和TDIAM3拖入对话框中。其中，圆锥角a可以通过双击元素数据对话框中的CON1元素名获得，系统会在相邻的对话框中显示该元素的详细参数。其中，H项的实际参数为圆锥的长度，锥度C即为两个垂直于圆锥轴线截面的圆锥直径差与该两截面间的轴向距离之比，公式为C=(D-d)/L。
至此，即可得出圆锥的长度L和锥度C，此时，可以使用测量报告对话框中的“添加文本”功能，输入圆锥的长度L和锥度C。数据处理报告如图11所示。
CMM技术在圆锥表面测量中的应用
　　图11
　　三、总结
　　目前，先进的测量技术越来越引起相关部门的重视，先进的测量功能必须有相应配套的软件技术相适应。为了将三坐标测量机纳入生产线，需要发展与网络通信、建模、CAD和实现反向工程相关的软件，同时，也需要按样条函数、NURBS等进行拟合、建模以及各种仿真软件的不断发展。由此不难看出，加快普及使用通用测量软件(DMIS)以方便与CAD/CAM的数据交换，同时完善应用于不同类型工件的专用测量软件的开发和使用，最终形成基于同一种平台开发的测量软件族，已经成为软件革新的一种必然方向。

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