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摘要：自三坐标测量仪的出现，成为世界先进的测量系统，复杂工件的精密测量中发挥着越来越重要的作用在这一过程中，它不仅可以进行机械零件的精确测量各种形状，但也可以应用于空间结构的测量工作，从二维到三维跨越式升级，使测量更准确，高效，专业的发展对测量仪器的研制具有十分重要的指导意义。基于此，本文主要对三坐标测量方法与实际应用进行分析。
关键词：三坐标；测量方法；实际应用
前言
三坐标测量中，有很多工件空间结构特别复杂，而且相互位置尺寸精度要求很高。由于三坐标测量机配备先进的测量处理软件，测量形位公差、空间相关尺寸等能力大大增强，因此很适合复杂零件的测量。然而，很多情况下，由于零件被测要素在空间位置的限制，难以达到测量的精度要求，有时甚至无法直接进行测量。在实践中我们总结出一些方法和技巧可以有效解决这些问题。
2、三坐标测量方法与实际应用
通过实际测量案例我们总结出以下几种测量方法分别为:被测要素构造法，转换测量基准法，转换坐标系法等。下面就这几种方法分别论述并举例说明。
2.1转换坐标系
在工件的检测过程中，有时根据工件坐标系完成检测是比较困难的，这时可借助转换坐标系的方法使零件便于测量。在实际测量中，总结出坐标系的转换常用的方法有坐标系的旋转和平移。下面分别举例说明。
2.1.1坐标系的旋转
图1所示零件，其特点是:需要测量的尺寸繁多而且评价尺寸的方向各不相同。如图所示，如要测量尺寸L1只需要在图纸要求的XOY坐标系下评价即可，但要评价尺寸L2、L3、L4、L5时在XOY坐标系下则很不方便也会影响其测量精度。现已知X轴与L2尺寸之间的夹角为α，为了提高测量精度并且方便评价，可以将工件坐标系旋转一角度α，建立X1OY1坐标系，在该坐标系下对尺寸L1、L2、L3、L4、L5等做出评价，这样可以提高其测量精度。有时遇到斜孔的测量，当斜孔与坐标轴有一夹角，也可借助坐标系旋转与转换。将坐标系旋转一角度，使斜孔方向与某坐标轴方向一致(便于测量或编程)，在旋转后的坐标系下测完数据后，再根据原坐标系处理数据，使测量既方便又准确。
2.1.2坐标系的平移
有些零件的测量范围超出了坐标机的行程，要完成这种零件的测量则需要移动零件进行分块测量，每移动一次都需要重新建立工件坐标系。如图2所示是汽车零部件的检具，该检具要测量的尺寸是在规定坐标系XO1Y1下的孔位和点位，但该检具的测量范围已经超测量机的范围，要完成该零件的测量须将其分成两部分进行，且两部分的工件坐标系应该是相同的即XO1Y1。在测量左侧孔位时我们很容易实现在坐标系XO1Y1下的测量。
但在坐标系XO1Y1下测量右侧孔位就超出了坐标机的行程，为了完成测量，先将孔O1和孔O2的实际距离测量出来即L1，然后将工件移到合适的位置后将O2作为坐标原点建立工件坐标系XO2Y2，再将坐标系XO2Y2沿X向平移-L1的距离，此时坐标系与XO1Y1重合。这样平移坐标系既保证了测量精度又满足了图纸要求。
2.2被测要素构造法
产品加工过程中，为了检验工序尺寸是否合格，经常需要中途送检。但有时限于产品的结构，不能直接检验，这时需要对被测要素作相应的延伸或转换。例如，很多情况下台阶孔是产品中的关键尺寸，但因台阶面实体部分很小，测头直接测量时很困难。利用三坐标机测量时，可借助垫块，使被测尺寸延伸出来。测出结果后，再减去延伸量即可。
图3所示为一带斜孔台阶面的零件，现要测其台阶面上孔中心O到壳体中心距离x，以及孔中心O到底面的高度z。由于台阶很小，测头直接测量难以得到准确结果，可以用一个稍大一点的圆环垫高，使用测量机的测量平面上圆的功能测出O点投影到环面上的点O1的坐标值(x1，z1)，进而测出环面与竖直方向的夹角α，就可算出O点坐标值(x，z):x=x1-hsinα，z=z1-hcosα，h为所垫圆环的厚度。
有时工件上加工有斜孔，需测量斜孔的位置和角度，直接测量很不方便。这时可利用延伸被测要素的方法，插入芯棒将其轴线延伸出来，所测芯棒轴线位置就是斜孔中心位置。
2.3转换测量基准法
在对比较复杂的模型的测量时，常常会出现基准同被测量的要素出现不一致的情况，因为这种工件具有较为特别的性质，因此对其精度的测量就极为难，所以，以往的检测手段以及检测方法就不能够满足其检测要求。在这种情况下，需要使用到转换基准法，其实是把被测性要素同中间的基准进行对比以及计算，然后经过大量的换算来确定需要检测的元素、实际基准相互间的关联。进行实际操作当中，就能够极大的降低操作的复杂度，把工件稳定在加工正面，也就会导致工艺基准、被测要素没有保持在同一平面的情况出现。比如，进行壳体形状的加工当中，一般来说都会使用地面两孔来对位置进行确定，然后再进行正面的加工。因为，该方式对加工孔和底面孔的位置度等的确定都有着极为严格的标准，因而就需要通过实际测量来进行基准孔的相互变换，除此以外，同样需要关注的是在角度上的定向性。所以，在针对壳体的测量当中，能够利用壳体当中的两个瞳孔对角度固定、转换基准确定等，实际的操作当中，就要使用到同一个平面当中的两点来进行定位孔从而获得实际的基准，进一步构建坐标系，随后测量出壳体两孔具体的坐标值。然后通过对工件的翻转还有两个通孔角对坐标信息进行反置，从而获得实际的坐标系。
图4所示为一连接体零件，现需测量外径Υ168对基准B的同轴度。由于外径Υ168与基准B不在同一侧，要直接测量是很困难的。
从图纸看出，Υ70是通孔，考虑将基准B转换到Υ70。这样工件翻转后重新建立坐标系时，可使外圆Υ168与同一侧的Υ70发生关系。由于基准B对基准面A有垂直度要求，且要求精度较高，考虑借助三坐标测量机以基准面A建立第一坐标轴(Z轴)，以4-Υ16孔心连线建立第二坐标轴(X轴)，基准B为原点，测得过渡基准Υ70孔心坐标O1为(X1，Y1);把工件翻转后，放在工作台上，基准A与工作台贴合，重新建立坐标系。考虑到工作台精度很高，所以以工作台建立第一坐标轴(Z轴)，4-Υ16孔定向建立第二坐标轴(X轴)，从而保证两次建立坐标系的基准是一样的。测量过渡基准Υ70的坐标值Q(X2，Y2)并存储，再将Q(X2，Y2)偏置(X1，Y1)即两次生成都以基准B为原点。
使用转换测量基准方法时，注意确保两次建立坐标系时的第二轴必须一致，比如第一次建立坐标系的第二轴是x轴，第二次建立坐标系的第二轴也必须是x轴，反之亦然。实践表明，这样转换后的测量结果和装配结果是一致的。
3、其他尺寸测量应用
在实际的机械制造当中，机械产品需要收集很多尺寸数据，从而得到比如导向装置总的直度、圆度、拱度还有平行度上的大小数据，此外还需要针对角度、球、同心度和轮廓的尺寸进行测定，是因为这些零件会牵涉到几何问题，因而对于零件的实际空间信息的测定就会比较的困难。比如在机械行业中广泛应用的球体，有时当球体圆度不足时，会严重影响使用效果，导致球体提前磨损而失效。这个时候通过使用三坐标测量机进行数据的处理就十分的重要，它能够把形状公差缩小在极小的范围当中。
4、结语
这几种测量方法由于增加了中间环节，给测量结果带来了系统误差，具体影响程度与工件本身加工精度、计算精度、转换基准的精度等有关。为了提高测量精度，选用这几种测量方法时应注意选择合理的测量模型和精度较高的转换基准。
参考文献：
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[3]黄沛丽.关于三坐标测量机坐标系的建立[J].科技信息，2010(18).
论文作者:宋剑文
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/1
标签：坐标系论文; 测量论文; 基准论文; 工件论文; 精度论文; 尺寸论文; 零件论文; 《防护工程》2019年8期论文;