三坐标测量机在产品检测中的应用

刘颂军 孙永强

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000

三坐标测量机的应用越来越广泛，通过它检测零件特征时，应该既要保证采样点可以满足被检测零件的要求，也要注重检测时的检测效率和检测精度，所以合适的采样策略非常重要[1]。而采样策略又包括采样点数和采样分布：当采样点数量过少时不能完全反馈被测零件的信息，导致检测结果不够准确，即检测精度降低，而采样点数量过多又会增加检测时间，即检测效率降低；采样分布是否合理，同样影响着检测精度。

1 工作原理

在进行高精度测量的时候，借助计算机的数控系统，顺利完成各种难度的任务，非常智能，而且操作时间也较短，所以被推广使用。其工作原理是，先将需要测量的产品放入设备工作台上，建立直角坐标系，然后通过探头进行全方位的触测，得出一些相关几何要素的坐标。通过计算机对其进行详细地分析，然后得出此产品的各种尺寸以及产生的误差或者形位公差的不符。在这个工作过程中，探头不断运转，对于几何坐标进行收集，然后用计算机中的测量软件完成计算，得到各种尺寸与形位公差，这是一般机器做不到的，也是其特点的展现。如果想让三坐标测量机能顺利运转，而且能使产品质量检测结果准确的话，还需要注意操作人员的技术水平以及一些特殊手段，比如装夹夹具，机械设计，加工工艺等。有这些辅助的内容，三坐标测量机在工作的时候，才能更好地分离误差来源，使产品质量检测在速度提升的同时，还能确保其精度，生产也随之变得高效，满足了市场的需要。

2 影响三坐标测量机测量结果的原因

2.1 外部环境因素

（1）温度。三坐标测量机环境温度最宜在20摄氏度，允许上下2摄氏度的数值波动，环境与额定温度的差异过大，会使得光栅尺发生热胀冷缩，影响测量精度，进而影响测量结果。

（2）湿度。长期暴露于潮湿环境下会使三坐标测量机内部的工件产生锈蚀，从而减少使用寿命，但如果湿度过低，易产生静电，轻则会引起静电吸附灰尘影响传动带等部件，影响测量，重则容易引发表层瞬时电压过大，击穿电气元件，造成测量机损坏，进而影响测量结果。

（3）振动。三坐标测量机此类精密仪器对振动极为敏感，大型机械工作的振动会严重影响测量精度，进而影响测量结果。

（4）气源。三坐标测量机的空气轴承需要通过压缩空气来实现运作，其气压必须满足＞0.5MPa，特别是压缩空气中不能含有水、油等液体，如果气压不够或是压缩空气含有杂质都将会造成空气轴承损坏，严重影响测量精度，进而影响测量结果。

（5）工件的清洁与恒温。工件表面加工后未及时对附着在产品上的切屑、冷却液或是机油等液体残留进行清理，这些残留物极易粘附在测头上，影响检测结果。工件恒温时尽可能降低材料加工前后的温差，如果工件不经过恒温处理，在实际操作中可能出现工件热胀冷缩现象，进而影响检测结果[2]。

2.2 内部环境因素

设备各个关键位置清洗和保养不达标也可能影响到最终测量的精度，其中包括各轴上的光栅尺、校准球等工件的是否进行擦拭，工作台、导轨的清灰、清扫工作是否到位，红宝石测针是否定期由专业人员进行维护。各机械元件是否存在松动，空气轴承内的压缩空气的气压及洁净度是否符合作业标准。测量机的内部电路与电气控制系统是否运行正常。测量机各轴传动系统中是否存在传动松动等等，这些都属于内部环境影响测量精度的因素。

3 减少三坐标测量机测量误差的对策

3.1 外部环境

（1）温度。将三坐标测量机放置于温控房中，空调24小时开放，配置高灵敏度温湿度计，配置温度控制装置，设备应远离进出通道，使室内温度保持在18℃-22℃之间。

（2）湿度。配置高灵敏度温湿度计，配置湿度控制装置，使室内相对空气湿度保持在40%-70%之间。

（3）振动。远离锻压机、冲床和车床等振动幅度大的设备，使三坐标测量机作业时远离振源，如需要在振源附近安置测量机，可根据减震地基图纸准备地基或配置主动减震设备。

（4）气源。保持气源干净、干燥、气压稳定，气源处进设备前段需安装空气过滤装置、冷干机及储气装置。使用前对过滤器进行检查，及时排除内部液体。

（5）工件的清洁与恒温。工件加工完成，需要对工件进行清洗，去除工件表面粘附的切削液、积屑和油污。工件加工完成至三坐标测量前，需在测量机的环境下恒温静置2小时以上。

3.2 内部环境

定期对测量机进行大保养，可以修正测量机的精度，可以查找测量机内部存在的软硬件问题，并及时处理。日常保养最为重要的是定期维护，红宝石测针需要定期进行校准，标准球和各轴的导轨需要定期使用酒精擦拭。定期更换易损件。本论文中主要讲述以下几个重要子系统的养护：①测头及测座。测头找正，用短杆测量代替长杆测量，测头进行定期更换，减少磨损带来的问题。测座拆装需使用专用扳手工具，机器Z轴运动需旋转至与测头对应位置，测杆、加长杆总长度不宜超过标称长度。②气路。选用带有储气罐，持续工作时间长，压力稳定的空压机作为测量机的气源，空压气启动压力不得低于工作压力，先启动空压机再接通电源。③标尺。光栅尺定期清理，如果使用的封闭式光栅，则连同周围灰尘定期清理。拆装读数头过程中避免碰触读数头。④传动部件。定期检查是否存在传动皮带松动。

3.3 对作业人员严要求

作业人员需加强对养护手册、养护流程、养护工序的了解，熟记各个工件养护的时间和周期，清晰每次作业展开之前及作业完成后的具体流程。除了对设备进行定期的养护和功能性测试之外，各个工件的擦拭清理是否到位，毛刺等突起异物是否完全清理完毕，各个工装装夹是否稳固，设备运行的功能、运作的声音、运作速率和结果是否有较大的偏差等等，都是需要作业人员在日常工作中重点关注的，作业人员不仅需负责维护和保养的任务，也要起到及时发现设备故障的作用[3]。

4 结语

利用三坐标测量机测量是一项实践性很强、讲究科学性、注重技巧性的工作，只有不断实践接触各种测量类型，才能发现问题并解决问题，总结出指导性很好的测量技巧。