影响三坐标测量机测量结果的因素

时间:2019-12-13    来源:南京技师学院    编辑:Anduin
摘要: 随着工业现代化进程高速发展,众多制造业在完成加工生产信息化、自动化的基础上,要求计量检测手段也必须快速化、柔性化并且同时高精度、稳定。而传统单一的、手动的工量具大大限制了大批量制造和精密制造业的发展。为适应现代柔性制造和更多精密复杂件测量的需要,坐标测量机这个行业形成了。

现如今三坐标测量机在制造业已经广泛普及使用,越来越多的企业已经意识到产品精度的重要性。并且随着各类院校近年来参加国家级、世界级的技能大赛,三坐标测量机在院校的使用也受到重视,普及率也逐年增加。但问题也比较突出,因为很多院校只在设备买回来的时候简单培训几天,没有像工厂那样进行系统培训,而且院校使用率也比较低,往往有大量空置时间,只会在有相关教学活动、竞赛训练时才会使用。结果在测量时经常发现测量机测量的结果出现一些小的误差。下面我们就一些影响测量精度的因素进行简单的分析。

使用TP 式测头(接触式三维测头)的三坐标测量机,影响测量结果的因素通常有以下几个方面:环境因素、机器因素、工件因素、测量参数。

1 环境因素

1.1 温度的影响

这里的温度指两个方面,一方面是测量室的环境温度,另一方面指的是测量机的工作温度和被测零件的温度。产品几何量技术规范(GPS)中,定义“几何量产品规范及检测的标准参考温度”为20℃。因此图纸上所有应用于零件的尺寸及公差都应该在20℃ 的情况下进行测量。

1.1.1 测量机的正常工作温度应该是20℃±2℃。因为测量机是在这个温度条件下进行装配调试的,并且测量机的光栅尺也是按照20℃修正的,当温度偏差较大时会对零件的测量精度造成很大的影响。因此,测量机在工作前应先进行预热。当我们在使用测量机时要尽量保持测机产生影响。

1.1.2 测量室内空调的安装也需要注意,由于空调出风口的温度和室内温度并不是一致的,因此应该避免空调风直接吹到测量机上。合理的方法是让空调风吹到室内的主要位置,并且风向向上形成循环,尽量使测量室内的温度保持在20℃。

1.1.3 机房的结构对房间温度也是有影响的,若测量机房有窗户,需要用双层玻璃,并避免阳光照射,阳光更不可直接照射到测量机,否则会造成测量机局部温度变化,影响测量精度。

1.1.4 对机械零件进行精密测量时,工件的恒温也非常的重要。在实际加工环境中工件的热胀冷缩情况非常复杂,受加工材料、加工方法、刀具材料等多种因素综合影响。如果零件恒温或时效的时间不够,工件的外部温度与内部温度很可能不一致,这会对测量带来误差。因此零件恒温测量也非常重要。

虽然现在大部分的测量机都具备了温度补偿功能(图1),对测量机和零件温度由于偏离20℃带来的长度误差进行补偿,但在日常测量工作中我们仍需注意温度变化对测量精度的影响,并尽量将这个影响因素降到最低。

影响三坐标测量机测量结果的因素

影响三坐标测量机测量结果的因素

影响三坐标测量机测量结果的因素

图1 测量机温度补偿功能

1.2 湿度的影响
湿度对测量机的影响也很大,湿度控制不当会影响测量机的寿命也会影响测量精度。在南方每当到了梅雨季节时,测量室内的湿度可能会很大,测量机的气浮块和某些机械部件可能发生锈蚀,对测量机造成非常大的损害。反之,若湿度过小也不可以。因为测量机的工作台的材质是花岗石,湿度过小会影响花岗石的吸水性,会造成花岗石变形。而且湿度过小还容易产生灰尘和静电。北方冬季供暖,室内相对比较干燥,很容易产生静电,对测量机的控制系统会造成损害。因此测量室内的的湿度控制在40%~60%的范围内最好。(数据摘自PC- DIMS 培训手册)。

2 机器的因素

2.1 测量机的标准球、测头、导轨、工作台、光栅尺、是否清洁干净。标准球、测头、导轨每天开机工作前都需要用无纺布蘸无水乙醇擦拭干净,光栅尺一般是不需要擦拭的,若测量室湿度较低、灰尘较大,每周也需要清理一次。

2.2 标准球是否有损伤、松动。

2.3 正确合理选择测座型号、测杆长度,测头直径,正确输入标准球直径。测量时应尽量选择短的测杆并尽量减少连接杆的数量。因为长测杆在与零件表面接触时的弯曲量比短测杆大。并且使用长测杆在水平位置(A90B- 90)测量时,因重力影响,会产生一个额外的弯曲量。

2.4 机器是否有定期保养、检测精度。

2.5 气压是否稳定、压缩空气是否过滤。

气浮块(空气轴承)是测量机的重要部件,其作用是保证测量机的各运动轴运动时与导轨无摩擦,由于气浮块的气孔很小,浮起高度有限(通常距离在5~10 微米),因此要求压缩空气的压力稳定且不能含有杂质(水、油)。如果压缩空气中含有水或油,它们会随着压缩空气进入到平衡气缸和气浮块中。在测量机工作时水和油就可能附着在导轨上影响导轨的直线度,增大测量机的系统误差。并且在测量机关机后,管道中的油滴可能堵塞气浮块的气孔,影响气浮块的正常浮起,造成气浮块与导轨发生摩擦,影响测量机的精度更有可能会损坏测量机。为防止压缩空气中的油进入管道产生污染,过滤系统中需要有前置过滤装置对管道进行前置过滤处理。

3 工件因素

3.1 零件待检测部位是否清理干净。有无毛刺、油污。擦拭零件最好用无纺布,用绵布擦拭会有线头、毛絮残留在零件上。

3.2 待检零件装夹是否稳固。

3.3 零件待检特征是否存在加工缺陷。

4 测量参数的影响
测量机的探测过程是:以“移动速度”移向特征,当测头距离工件为“逼近距离”时更改为“触测速度”触测工件,触测完毕后,以“触测速度”回退一个“回退距离”,以“移动速度”移向下一个特征。(摘自PC- DIMS 培训手册)从这我们可以看出测量参数的合理设置对测量精度也是有非常大的影响的,主要是两个参数逼近距离和触测速度。

4.1 逼近距离的影响

测量机在移动到各个待检测特征时的速度是通过“移动速度”参数设定的,为了提高测量效率这个速度通常比较快,所以在测头开始测量零件特征时需要一个较慢的速度,这样测头可以达到一个稳定状态。逼近距离就是测头在接触到特征之前,瞬时速度由快到慢的变化之间的距离。在设置“逼近距离”时要根据实际测量情况合理设置数值。数值过大,虽然测量稳定但会浪费测量时间,降低效率。过小,测量波动过大,影响测量精度。

4.2 触测速度的影响

测头开始测量零件的特征时为达到一个稳定状态,需要一段逼近距离,当测头到达逼近距离时,开始减速,以一个较慢的稳定的速度测量零件特征,这个速度就是“触测速度”。触测速度如果过慢,会导致测量效率降低,延长零件测量时间。触测速度如果过快,会导致接触特征表面时产生较大的冲击力。因此需要根据实际测量情况合理选择触测速度。在检测零件过程中触测速度尽量保持不变,这样可以保证测量的一致性。通常在测量时,会设置一个较大的移动速度,较小的逼近距离,较小的触测速度,这样保证在特征之间移动时快速、提高效率,在测量时慢速,提高精度。

参考文献
[1]海克斯康三坐标测量机使用手册及原理.
[2]PC-DMIS 初级培训手册.
[3]PC-DMIS 中级培训手册.

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