三坐标检测论文设计.docx

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三坐标检测论文设计

浅谈三坐标在汽车制造的广泛应用

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前言--------------------------------------------------------------------------------2

一、绪论-----------------------------------------------------------------------------2

二、汽车生产中的质量控制-------------------------------------------------------4

三、传统的测量方法------------------------------------------------------------------4

四、三坐标在汽车生产线中的应用------------------------------------------------6

五、总结------------------------------------------------------------------------------21

六、参考文献-----------------------------------------------------------------------22

关键词:

三坐标DIMS改进

前言

随着我国汽车工业的发展，和入关后汽车工业面临更为积累的竞争，对质量和性能要求的提高，三坐标测量机将在汽车工业得到了更为广泛的应用，而不是仅限于用在计量室的检测，更多的是针对工序加工的后续检测，以及汽车最后的完工检测。

下面就是本人在车身件尺寸检测的过程中利用一些检测方法发现现场缺陷，并协助提出建议整改意见，就这些工作中，我想挑选一两件来浅谈一下个人体会和心得：

GP翼子板与前门匹配出现上下大小头以及前盖与翼子板头部尖角匹配缝隙过小问题的解决（这个是我个人感觉最能体现三坐标的价值，可以重点阐述）。

第一章绪论

三坐标测量机是近二十年来才发展起来的机电一体化的高精度测量仪器。

应用广泛，目前主要用于机器制造以及汽车、航空航天、精密仪器等一些大型制造业。

由于它可以检测形状复杂的工件，诸如各种箱体零件和模具、空间曲面、壳体零件、齿轮等等。

使用三坐标测量机检测零件要比用传统的专用检具或者是通用检具辅助测量可以节省70%到80%的时间，并且可以大提高测量精度和减轻劳动强度。

随着坐标测量技术的不断发展，已经为我们提供了各种结构、各种精度等级、各种测量围和自动化程度越来越高的三坐标测量机。

各种各样的三坐标测头，使测量能力大大加强。

三坐标测量机由测量机主机（A）、控制系统（B）、测头测座系统（C）、计算机（测量软件）（D）几部分组成。

D

三坐标测量机的种类很多，按照测量方式可分为接触式和非接触式测量（接触式主要就是利用测针接触零件方式，我们统称为CMM测量机；而非接触主要是通过光学测量方式，例如白光测量机和激光测量机。

），我们主要介绍的是CMM测量机；CMM测量机按总体布局分为：

活动桥式、固定桥式，以及水平臂式。

活动桥式和固定桥式两种由于它的刚性结构稳定所以有很好的稳定性以及精度，但结构布局导致无法测量大型测量，以及底部测量的工件；汽车制造一般用的是双悬臂水平测量机，它主要优点就是就是结构空间开阔，工件容易装夹，便于操作，而且是六面一起全方位（几乎无死角）的测量，但是因为结构原因，手臂伸的越长，精度相对于前者就稍差一点。

不过现在随着技术的不断发展，根据手臂的变形系数，从软件方面做一些补偿。

这些微差几乎忽略不计了，所以从长远看，双悬臂水平测量机是常规制造业的主流趋势。

活动桥式固定桥式水平臂式

第二章汽车生产中的质量控制

汽车测量的特点大概有以下三点：

品种多，类型多；被检件的形状复杂；覆盖的尺寸量程大且精度也较高。

一、汽车制造是个非常复杂的工艺，大小零件有一万多个，汽车中需要检测的件包括箱体、缸体、齿轮、曲轴，凸轮轴，车身，地盘，以及很多车外装饰，包括配套的模型、模具，还有整车等等，形状各异，包括了测量的各种的几何要素、各种尺寸与形位误差。

二、曲轴，凸轮轴，包括现在流行的流线型车身等等这些形状怪异的零件都属于典型的形状复杂的零件。

三、覆盖的尺寸量程大且精度也较高主要体现在例如发动机的很多小孔孔径还不到1mm,而整车检测的长度又有好几米，更有发动机部负责主要工作运转的曲轴，凸轮轴的圆柱度都是在0.01mm以下。

正是由于上述特点，特别是多品种，多类型，形状复杂，使得三坐标测量机在汽车检测中获得广泛应用。

第三章汽车生产质量控制传统的测量方法

传统的检测方法主要分为通用检具测量和专用检具测量：

一、通用检具

顾名思义就是在机械制造方面通用性比价高的测量检具，例如卡尺、千分尺、角尺、百分表、径表，高度尺，塞尺等等。

它的优点在于通用性高，测量的围比较大，但是缺点也很显而易见，不易操作，测量时间长，易疲劳等等。

在过去一般用于零件成品后的完工检查和AUDIT的评审。

二、专用检具

就是某个零件或者细化的每个工序的专用型检具，例如四门两盖的框型样架检具等等，它的优点在于制造成本相对便宜，操作简便，能适合本零件或者工序的基本要求。

但是缺点是容易磨损，精度也不够高，测量的通用性差，一般用于零件粗/中期加工过程中的自检控制或者是本身精度要求不高的零件检测。

数显卡尺千分尺劲百分表

上图都属于通用检具

上图是一个检测变速箱外壳的一个位置度和相对距离的专用检具

第四章三坐标在汽车生产线中的应用

一、三坐标测量机的测量过程简介

手动建坐标部分

自动建坐标部分

上图是一个测量程序的执行过程图

第一步：

首先要采集零件的测量特征元素

元素特征有：

各种样式的点（矢量点，曲面点，交点等）,面，线，圆（包括孔和外径），椭圆，方槽，腰孔槽，半方槽，圆柱，圆锥，球等等。

采集元素的窗口图片

（红色框）就是采集元素的理论坐标位置。

（绿色框）就是采集元素的矢量方向，就是采集元素时穿刺零件的方向，通俗讲就是针头回退的方向。

（后面会阐述矢量的作用）

第二步：

就是利用采集来的元素建立一个初始坐标（手动坐标）

1．在三坐标测量机上进行三维尺寸测量时，建立坐标系需要分步进行。

2．建立坐标系要按以下三个步骤进行：

零件找正，旋转轴和设置原点。

零件找正：

测量平面，找正零件，即确立第一轴线（就是这个面的穿刺方向）

旋转轴：

现在我们有了第一轴线和参考平面做为基础，就可以通过旋转轴来确立第二个轴线。

我们用两个孔的连线作为例子来说明这个旋转轴，但是前提条件就是它必须投影到找正的这个面上。

设置原点：

因为空间XYZ三个轴线是相互垂直的，因此一旦确立前两个轴线，第三轴线也就是唯一不变的。

所以无需再确立第三个轴线了，剩下最后一步就是设立一个原点确立它三个方向的坐标值为零（X=0,Y=0,Z=0）。

传统测量只能通过基准定位进行相对位置的检测，而三坐标测量直接把基准实现数字化，非常的方便。

零件找正确立旋转轴设立原点

有了这个坐标，基本上三坐标就入门了，也就可以进行其他数据的采集以及评价工作，所以三坐标的坐标建立是尤为重要。

第三步：

在初始坐标的基础上，再重新利用机器自动模式采集元素加以做一个精坐标。

为什么要有一个精坐标呢，又要回到前面讲一讲（采集元素的窗口图片绿色框）的矢量方向呢：

（下图详细阐述它的重要意义）。

以这个图为例，假设这个针头按照不正确的矢量方向去打点，就会有一个余弦的夹角产生，这个误差，看似很小，但是作为精测量那是非常不专业的，而手动采集元素完全就靠手感，很难把握精准的矢量角度，所以加一个自动采集，由系统对针头进行补偿，做到排除人为因素所带来的误差。

最后一步就是采集所要的相关元素数据以及后续的评价工作。

二、如何测量汽车车身薄壁件

车身薄壁件测量中的一个重要方面就是坐标找正，因为这类零件不想箱体类，有基准平面，基准线等定位元素，不能使用简单的3-2-1建坐标方法，可以用一种称为迭代法（iteration）的方法，它的原理也是以3-2-1坐标系的基础的，通过重复测量曲面上的基准点的位置，将实际点元素之间关系与理论点元素关系做匹配，将当前坐标系自动平移旋转多次，让实际测值无限逼近与理论位置。

当然如果零件本身就变形严重，会出现迭代不收敛现象，理论上会出现无限死循，运行无法停止，而三坐标设计时考虑到这个问题，在一定次数后会提示无法迭代成功。

所以这个也是迭代法的一个局限性。

三、简单了解整车的坐标系

整车的坐标系我们是这样定义的：

我们人面对车头站在车的前方，目视方向就是X正向，我们的右手方向就是Y正方向，头顶的上方向就是Z正方向；整车的坐标系的零点就在前轮中轴附近。

如图所示：

四、PC-DIMS与CAD的结合运用

三坐标现在的版本更新飞速，更多的CAD的功能将用于三坐标；

各种的CAD,CAM软件和PC-DIMS实现直接对接，包括IGES,DXF,VDAF,CATIA等格式的图形数据源，经过测量软件PC_DIMS的处理产生出正确的DMIS格式的应用程序，实现了测量与加工，设计的一体化进程；有了数模，做些简单的定位工装夹具，不仅仅是车身，包括车灯，还有一些塑料的饰件都能够测量，还能够进行多点扫描测量，这些是手工检测望尘莫及的。

参考文献

1.海克斯康指定教材，《机械检测技术》大学

主编：

罗晓晔，王慧珍

2.海克斯康PC——DISM配套教材