使用三坐標測量機測量短直線和小圓弧

大半徑小圓弧(以下簡稱小圓弧,指圓心角小于30°的圓弧)中心坐標和直徑的測量,以及短直線夾角和距離的測量一直被視為三坐標測量機檢測的一項技術難題。影響短直線、小圓弧測量結果準確性的直接原因是采樣范圍過小,造成采樣信息量明顯減少,而且測量長度越短,信息量損失越大,測量誤差放大倍數越大。

某樣件如圖1所示(圖中R的單位為mm),要測量每一小段的半徑值,如果直接在小圓弧上采點,測量結果誤差很大,從200件中抽檢的20件都確定為不合格。事實上,小圓弧的圓心坐標與半徑值在圖紙上都標有名義值和公差值,可以根據圖樣要求和實際情況將其中一個加工精度較高的參數當作已知條件求解另外一個參數。基于這一前提,在三坐標測量機上測量小圓弧有2種方法:一是用理論圓心坐標求其半徑,二是用理論半徑求其圓心。

如果圓心坐標加工精度比較高,在測量圓弧時,先將圓弧所在平面的參考原點平移到圓弧理論中心上,使之成為新建零件參考系的原點(或直接根據圖紙數據在零件坐標系中創建小圓弧的圓心點),然后用圓弧自動測量功能(測頭沿法線方向測量)在圓弧上進行采點,每采一點就計算出圓心點到該點的距離,輸入圓弧半徑名義值及其公差值來判斷是否合格。用同樣的方法在小圓弧的起點、終點和中間點分別測出其半徑值,都在公差范圍內為合格,否則就判為不合格。測量完畢后恢復原參考坐標系。

如果圓弧半徑加工精度比較高,在利用PC2DMIS軟件進行內外圓弧測量時,調用自動測圓功能后須先給定一個理論圓弧直徑,然后再在圓弧上進行若干采點,三坐標測量機便自動計算出圓弧的中心坐標,這樣就能判斷圓心坐標是否加工合格。在給定圖樣公差范圍內適當調整理論圓弧直徑,看其原測量圓弧中心坐標的變化,若兩者均在公差范圍內就視為合格。

對短直線進行測量時,要注意圖紙上元素的關聯。要測量2條短直線的角度,如圖1所示,如用常規的直接測量2條短直線求夾角的方法,由于直線太短、采點距離過近,造成求解直線時誤差放大,再由直線求夾角時結果自然就很不準確。對圖紙進行仔細分析,發現2條短直線的交點正好位于小圓孔的中心點上,把中心點引入來構造2條直線,就能解決短直線夾角的測量問題。具體方法:在PC-DMIS軟件自動方式下執行矢量點功能,先在1條短直線上打1點,與圓孔中心點一起構造1條直線,然后同樣在另1條短直線上打1點,再與圓孔中心點一起構造1條直線,2條直線夾角即為所求。總之,短直線的測量要盡量避免將短直線延長后再求值,而測量思路是要么把短直線縮小為一個點來處理,要么把短直線和理論上與短直線在同一直線的點虛擬成長直線來處理。

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