基于三维数模的零件三坐标精度检测 林建荣，黄志斌 （广州计量检测技术研究院，广东广州５１０５００） 摘要：三坐标测量机能够实现零件尺寸的高精度检测，但一般情况下我们是使用三坐标测量机直接测量零件的尺寸，并与图纸作比 对。介绍了基于三维数模的零件三坐标检测，详细说明了三维数模导入三坐标测量机、坐标系的对齐、工件坐标理论值与实际值的比较 方法，并介绍了基于三维数模的零件三坐标检测的精度提高方法，以期为提高零件的精度检测提供部分技术支持。 关键词：三维数模；三坐标测量机；检测 ０引言 因，不同的ＣＡＤ软件生成的文件格式并不一样，并且不能互 空间物体是由长、宽、高三种三维空间的坐标尺寸所构成。 读。为了解决这一技术上的矛盾，国际上建立了几种数据交换 我们日常所使用的钢直尺、游标卡尺等量具只能提供一次元的 标准，主要为国际标准数据交换标准ＳＴＥＰ（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｔｈｅ 坐标测量，若要测量物体的三维空问尺寸，则需要重复测量三 Ｅｘｃｈａｎｇｅｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｍｏｄｅｌ Ｄａｔａ）和美国的初始图形交换标准 次，才能得到物体长、宽、高的尺寸。因此若有一种仪器能同时 ＩＧＥＳ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）。虽然ＩＧＥＳ标准 测量物体三维空间的尺寸，我们就称这种仪器为三坐标测量 有着数据文件大、导入时间长、容易丢失数模中的部分特种等 机。三坐标测量的基本原理是通过坐标机上的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴确定 缺点，但目前大部分ＣＡＤ软件都支持该标准，是目前应用比较 工作台空间中各点的空间坐标值，根据三坐标的测头与工件的 广泛的接口标准，我国也将ＩＧＥＳ作为推荐标准。图１中为数模 触碰获得工件各点的坐标值，然后根据一定的算法还原出工件 导入到ＰＣＤＩＭＳ软件后的情况，数模大小为１Ｍ，导入时间约为 的各种包括点、线、面、圆等的形貌特征和各特征间的相对位 】ｍｉｎ。 置，再通过与工件本身设计的尺寸和形位精度相比较得出工件 的制造精度，从而完成对工件精度的检测。 １零件精度检测 １．１传统检测方法 传统的三坐标测量机对零件精度进行检测的方法，一般是 图１导入三坐标中的数模 先通过各种数模软件在数模中生成各种特征点或者特征线，并 １．２．２坐标系的对齐 以此作为工件的理论值，控制三坐标测量机对此特征点和特征 坐标系的对齐是零件基于三维数模的零件精度检测最重 线进行测量，得出工件的测量值，并与数模上生成的理论值作 要的一环，要使检测能够顺利进行并且得到高精度的检测结 比较。这种测量方法需要检测前确定工件需检测的各种特征， 果，那么在三维数模导入三坐标测量机后，如何实现机器坐标 并通过对数模的处理获取工件的各检测点的理论值，同时测头 系与工件坐标系保持一致就变得异常重要。坐标系的对齐我们 测尖球径的补偿不容易准确实现。对于一些特征点的测量，由 一般采用坐标找正法和多点迭代法。坐标找正法适用于一些外 于无法确定该特征点所处平面的矢量方向，测头测尖球径的补 表面加工精度比较好的箱体类零件，通常采用３—２—１方式建立 偿并不容易实现。因此，传统的测量方法无论从精度来看还是 工件的坐标系，从而实现机器坐标与工件坐标的对齐。但实际 从效率来看都是比较低的。 检测中，理想的箱体类零件并不多见，多数是形状比较复杂的 １．２基于三维数模的检测方法 工件，这时候就需要采用多点迭代法。多点迭代法就是通过坐 基于三维数模的三坐标检测方法的基本原理是把零件的 标测量机与工件的碰触构造出多个特征点，这些特征点应能在 三维数模导入到三坐标测量机的检测软件中，并通过坐标系的 ６个自由度上固定工件，再在工件的３Ｄ数模中找出这些特征 对齐，使机器坐标系与工件坐标系保持一致，然后通过捕获零 点的理论值，通过坐标测量机的迭代，实现机器坐标与工件坐 件的理论坐标与检测得到的工件的实际坐标点相比较。因此， 标得对齐。由于各种各样的原因，多点迭代法对齐后找正误差 为实现这一目的必须要解决三维数模的导入、坐标系的对齐、 可能不在指定精度以内，这种情况下就需要重新确定特征点再 工件坐标理论值与实际值的比较三个技术问题。 进行迭代处理，知道找正误差在指定的精度以内，检测才能正 １．２．１三维数模的导入 常进行。 要实现零件基于三维数模的零件精度检测，必须把零件的 １．２．３工件坐标理论值与实际值的比较 三维数模导入到三坐标的测量软件中。但由于各种各样的原 当三维数模导入计算机并且与工件对齐后，工件理论值与 基金项目：广州市质量技术监督局科技项目“可组装式光电传感圆柱量具快速测量仪的研制”（２０１１Ⅺ０１Ｏ） （下转第１４９页） 广东科技２０１３ ５第１０期１８５ 中锌含量可高达９５％，这是热镀锌成本高的关键所在。从铁在 锌液中的溶解度曲线可以看出：不同的温度及不同的保温时 间，其溶铁量即铁损量是不一样的。在５００ｏＣ附近时，铁损量随 着加温及保温时间急剧增加，几乎成直线关系。低于或高于 定，或用拉铆钉固定。直径２５ｍｍ以上和成排管路应单独设架。 花灯、大型灯具、吊扇等超过３ｋｇ的电气器具的固定，应在结构 施工时预埋铁件或钢筋吊钩，要根据吊重考虑吊钩直径，一般 ４８０ ５１０￣Ｃ范围，随时间延长铁损提高缓慢。因此，人们将４８０～ ５１０℃称为恶性溶解区。在此温度范围内锌液对工件及锌锅浸 蚀最为严重，超过５６０￣Ｃ铁损又明显增加，达到６６０ｏＣ以上锌对 铁基体是破坏性浸蚀，锌渣会急剧增加，施镀无法进行。因此， 施镀目前多在４５０～４８０￣Ｃ及５２０～５６０ｏＣ两个区域内进行。 按吊重的五倍来计算，达到牢固可靠。圆钢最小直径不应小于 ６ｒａｍ，吊钩做好防腐处理。潜入式灯头盒距灯箱不应大于ｌｍ， 以便于观察维修。管路敷设应牢固通顺，禁止做拦腰管或拌脚 管。遇有长丝接管时，必须在管箍后面加锁紧螺母。管路固定点 的间距不得大于１．５ｍ。受力灯头盒应用吊杆固定，在管进盒处 ６测定盒、箱及固定点位置 在进行测定盒、箱以及固定位置时，需要先根据设计首先 及弯曲部位两端１５～３０ｃｍ处加固定卡固定。吊项内灯头盒至灯 位可采用阻燃型普里卡金属软管过渡，长度不宜超过ｌｍ。其两 端应使用专用接头。吊顶各种盒，箱的安装盒箱口的方向应朝 向检查口以利于维修检查。 测出盒、箱与出线口等的准确位置。测量时应使用自制尺杆，根 据测定的盒、箱位置，把管路的水平、垂直走向弹出线来，然后 按照、规定的固定点间距的尺寸要求，计算确定吊架、支架的具 体位置。固定点的距离应均匀，管卡与电气器具、转弯中点、终 端或接线盒边缘的距离为１５０～５００ｍｍ。固定方法有预埋铁件焊 接法、木砖法，抱箍法、剔注法、稳注法。由地面引出管路至自制 明盘、箱时，可直接焊在角钢支架上，采用定型盘、箱，需在盘、 箱下侧１００ １５０ｍｍ处加稳固支架，将管固定在支架上。盒、箱 ８质量标准 ①需要保证导线问和导线对地间的绝缘电阻值必须不小 于０．５Ｍｒ／。②薄壁钢管严禁熔焊连接，连接紧密，管口光滑，护 口齐全，明配管及其支架、吊架应平直牢固、排列整齐，管子弯 曲处无明显折皱，油漆防腐完整，暗配管保护层大于１５ｍｍ，盒、 箱设置正确，固定可靠，管子进入盒、箱处顺直，在盒、箱内露出 的长度小于５ｍｍ，用锁紧螺母固定的管口，管子露出锁紧螺母 的螺纹为２～４扣，线路进入电气设备和器具的管口位置正确， 安装应牢固平整，开孔整齐并与管径相吻合。要求一管一孔不 得开长孔。铁制盒、箱严禁用电气焊开孔。 ７变形缝处理 在进行变形缝处理时，明配管跨接线应紧贴管箍，焊接处 应均匀美观牢固。管路敷设应保证畅通，刷好防锈漆、调合漆， 无遗漏。吊顶内，护墙板内管路敷设，其操作工艺及要求为材 质、固定参照明配管工艺，连接、弯度、走向等可参照暗敷工艺 要求施工，接线盒可使用暗盒。会审图纸要与通风暖卫等专业 协调，并绘制翻样图经审核无误后，在顶板或地面进行弹线定 位。如吊项是有格块线条的，灯位必须按相块分均。护墙板内配 管应按设计要求，测定盒、箱位置、弹线定位。灯位测定后，用不 少于２个螺丝把灯头盒固定牢。如有防火要求，可用防火布或 其它防火措施处理灯头盒。无用的敲落孔不应敲掉，已脱落的 用观察和尺量的方式进行检查。管路的保护应符合以下规定： 穿过建筑物和设备基础处加保护套管，变形缝处有补偿装置， 补偿装置能活动自如，补偿装置护口牢固、平整，管口光滑，与 管子连接可靠，加保护套管处在隐蔽工程记录中标示正确。 参考文献： ［１］姜镇崧，曹灿，王春祺，张学光，孙永芳，蔡格言，张占成．可锻铸铁 热镀锌工艺的研究啪．现代铸铁，１９９８（２）． Ｉ－２］兰若．带高频镀锌层退火的热镀锌线［Ｊ］．钢铁，１９９９（１１）． －１３］赵明修．提高热镀锌工件镀层质量的方法［Ｊ］．企业技术开发，１９９５ （７）． ［４］王琰姣．热浸镀锌中常见质量缺陷与防止［Ｊ］．广西电业，２００７（７）． 要补好。管路应敷设在主龙骨的上边，管入盒，箱必须煨灯叉 弯，并应里外带锁紧螺母。采用内护口，管进盒、箱以内锁紧螺 母平为准。固定管路时，如为木龙骨可在管的两侧钉钉，用铅丝 绑扎后再把钉钉牢。如为轻钢龙骨、可采用配套管卡和螺丝固 作者简介：洪海波（１９７０～），女，工程师，主要从事电力生产管理 方面的工作。 （上接第１８５页） 是坐标系的对齐。所以我们要提高检测的精度，首先提高坐标 系的对齐精度是很有必要的。一般情况下把复杂的零件安装在 有固定测量特征的检具上，则可以通过测量出特征的实际值， 与理论值相对应，进行三点找正。这种方法即简单又能有效提 高对齐的精度，被广泛用于各种复杂零件的检测中。 实际值的比较就显得比较简单。通常情况下我们是直接在数模 上点击需要测量的特征，然后操作三坐标测量机自动寻找该特 征并在工件实物上测量一次，软件会直接比较数模上的理论值 与三坐标测量机的测量值之间的差异。某些具有扫描功能的三 坐标测量机，还可以在数模上先扫描一次，然后操作三坐标测 量机再在工件实物上再扫描一次，并且比较两次扫描的结果， 参考文献： ［１］李海，徐海卫．基于３Ｄ数模的三坐标测量机曲面检测［Ｊ］．中国测 试技术，２００５（４）． 从而得出工件坐标值差异的云图。 ２基于三维数模的零件三坐标精度检测精度 提高的方法 随着现代机械工业的发展，机械零件的形状越来越复杂， ［２］王永辉，方剑涛．基于ＣＡＴＩＡ数模的三坐标测量机在线测量探讨 与实践［Ｊ］．机械设计与制造，２００５（７）：５４～５６． Ｉ－３］王立新，柴书彦，王飞，张晓华．基于三坐标测量的复杂多曲面体反 精度要求也越来越高，这就对检测方法的精度提出了更高的要 求。在基于三维数模的零件三坐标检测中，对精度影响最大的 求工程ＣＡＤ建模啪．机床与液压，２００８，３６（８）． 广东科技２０ｔ３ ５第１０期１４９
