《毕业设计（论文）基于CMM的注塑零件的尺寸和几何误差测量分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于CMM的注塑零件的尺寸和几何误差测量分析.doc（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 本科毕业设计(论文)题 目: 基于CMM的注塑零件的尺寸及几何 误差测量与分析 学 院： 机械电子工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级： 1103015 学 号: 110301505 学生姓名： 指导老师： 职称： 讲师 二一五 年 月 日基于CMM的注塑零件的尺寸和几何误差测量分析摘 要根据CMM的形状误差测量在工程应用中有着重要的价值。本次设计在利用CMM获取测量数据的基础上，根据国家标准中形状误差的定义和评定标准，充分分析了注塑零件的平面度、垂直度等一些形状误差，然后结合逆向工程技术，对注塑零件的三维重建进行了深入研究。首先，采用三坐标测量机对注塑零件测量零件的尺寸和位置
2、以及分析形状误差，然后利用CATIA画出注塑零件的三维图。最后采用逆向工程技术处理对注塑零件的上表面以及侧面进行阈值分割，并表面重建后生成点云文件。然后，采用CATIA软件对点云文件进行降噪和过滤，获得注塑零件表面的精简点云，并经三角网格化和光顺处理后生成注塑零件模型。结果表明，基于三坐标测量机的零件的形状误差分析更精准、更快速，在工程应用中占有重要的地位。关键词：形状误差，CMM，误差处理，逆向工程，注塑零件Shape Error Measuring and Anglicizing Based on CMM ABSTRACT The form error measurement based
3、on CMM has important value in engineering application. The design on the basis of using the CMM for measuring data, analyzed the injection parts form error fully, according to the national standard of the definition and evaluation criteria of form error, such as，flatness、perpendicularity. And then c
4、ombined the technology of reverse engineering, studied the 3 d reconstruction of injection molding parts deeply.First of all, Measuring the size and location of the injection molding parts and analyzes the shape error by three coordinates measuring machine，then using CATIA drawing injection parts of
5、 three dimensional figure . Finally, the threshold segmentation of injection molding parts on the surface and profile using reverse engineering technology, and involves cloud file after surface reconstruction. And then, Noise reduction and filtering on point cloud files using CATIA software, get sma
6、ller point cloud on the surface of the plastic injection parts, and the triangular mesh and smooth after processing to generate model of injection molding parts.The results show that the shape of the parts error analysis is more precise and more quickly based on the three coordinate measuring machin
7、e which is very important in the engineering application. Keyword: form error, CMM, error handling, reverse engineering, plastic injection parts目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 课题的背景11.1.1 几何误差的研究意义11.1.2 三坐标测量机的应用21.1.3 逆向工程的应用与发展21.2 国内外相关研究现状31.2.1 国内研究现状31.2.2 国外研究现状31.3 本文的研究内容与结构41.4 本章小结62 三坐标
8、测量机的介绍72.1 引言72.2 三坐标测量机的基本组成及结构72.2.1 基本组成72.2.2 结构形式72.3 活动桥式测量机的构成及功能82.4 控制系统的功能92.5 测座、测头系统92.6 计算机和测量软件102.7 测量机的工作环境112.8 操纵盒使用说明112.9本章小结123 基于三坐标测量机的注塑零件的测量步骤123.1 引言133.2 注塑零件的介绍133.3 系统启动133.3.1 测量机启动前的准备143.3.2 测量机系统启动143.3.3 测量机系统关闭143.4 进入PC-DMIS测量软件143.5 测头校验153.5.1 测头校验的必要性153.5.2 测头
9、校验的原理153.5.3 测头校验的步骤163.5.4 观查校验结果213.6 特征213.6.1 测量特征213.6.2 构造特征243.7 建立坐标系263.7.1 建立坐标系的重要性263.7.2 建立坐标系的三个步骤273.8 尺寸的测量和形状误差的分析293.8.1 距离293.8.2 平面度的评价333.8.3 平行度的评价343.8.4 垂直度的评价353.9 本章小结364 逆向工程技术364.1 引言374.2 三维激光扫描仪的简介374.3 CATIA的简介384.4 注塑件三维模型重建的步骤404.4.1 获取注塑件点云404.4.2 CATIA曲面三维重建414.5 逆
10、向工程的发展前景434.6 本章小结435 总结与展望445.1 总结455.2 展望45致 谢46参考文献471 绪论1.1 课题的背景随着科学技术的快速发展和生活水平的提高，产品的快速更新节奏，人们对产品的功能要求越来越高，进而对零件各项精度要求也在提高，而且随着生产的快速发展和产品批量的增加，传统的尺寸公差测量已经不能满足产品装备的互换性要求，把形状和位置公差结合起来是必然的选择。CMM是高效率的精密测量仪器，它是顺应生产发展的需要和电子技术的发展而崛起的。目前它广泛应用于机械，仪器，电子，国防和航空工业等各部门。20世纪60年代以来，随着电子工业、航空航天业、机床、机械、汽车等的兴起，
11、各种复杂零件的生产急需先进科学的仪器进行检测，并且随着产品更新节奏的加快，生产率低下，生产成本高，对产品的检测速度需求也提高，三坐标测量机正是集中了上述多种优点，从而在测量领域得到广泛应用，并发挥了其重要性。随之产生的还有逆向工程技术，它利用三维激光扫描仪对零件实体进行扫描，生成零件的点云，并通过相关软件对其进行三维重建，塑造出零件完整的三维模型用于生产，这种技术不仅快速高效而且生产出的产品质量好。逆向工程技术在生产制造中发挥了极大的作用，克服了早期生产中生产率低、成本高等缺陷。1.1.1 几何误差的研究意义形状和位置误差是评定生产零件的重要指标之一,现代坐标测量技术是伴随着现代电子、航天、机
12、械等工业兴起的新的测量技术,基于三坐标测量机测量数据的形状误差评定方法的研究具有十分重要的价值与意义。根据国标GB1183-89的规定，形状误差包括:直线度、平面度、圆度、圆柱度，单一的形状误差测量已经满足不了生产中检测零件的精度要求，而形状误差评定又是位置误差评定的基础，所以必须把形状误差与位置误差结合起来。几何误差的来源主要有两方面:一是由产品制造过程中引起的;二是由产品检测所引起的。无论是什么工件,只有通过对测量的数据进行误差评定才能确定其形位误差是否符合设计的要求，是否满足生产。因此,只有对工件形位误差进行准确评定,才能为产品验收提供依据,而且可以提高零件的加工精度和装配精度。多年来，
13、我国大多数机械加工企业的几何误差检测设备和方法改进不大,并且落后于快速发展的科学技术,这一现象严重制约了我国各工业的发展。因次,研究开发适合产品检测的几何误差测量与分析方法是制造产品的需求,这不仅提高产品质量，而且降低了测量成本、提高了测量效率。几何误差是保证零件实现互换，满足使用性能所提出的一项重要技术要求，是评定产品质量的一项重要指标。1.1.2 三坐标测量机的应用三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是一种测量零件三维尺寸的精密测量仪器，主要用于检测零件的尺寸、形状和相互位置。三坐标测量机是目前测量工件获得尺寸数据的最有效的方法之一，同时
14、也是国内外应用最广泛的方法之一，优点在于它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并且大大减少了检测的时间，提高效率的同时也提高了精度。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据和分析形位误差，为操作者提供关于产品生产状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，自动进行数据采集，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。 三坐标测量机以通用性强、测量范围大、精度高、效率好、能与柔性制造系统相连接的优点，被称为“测量中心”。三坐标测量机应用相当广泛，主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机
15、器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量，还可用于电子、五金、塑胶等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具。1.1.3 逆向工程的应用与发展逆向工程(RE)也称逆向制造,即接受用户的样品,然后迅速、有效地对其进行仿制。一件产品传统的制造过程主要经过设计-加工-检测,产品形成后对其进行检验,检测是整个过程的最后一步也是最重要的一步，就如上述的三坐标测量机。而逆向工程技术是在已知零件实体的条件下先通过测量机(CMM)测量获取零件表面离散得点
16、,然后将零件的点云文件导入进行相关软件中进行样品的几何造型设计,最后生成自动加工指令通过加工中心复制出样品。整个过程为测量-设计-制造。与早期产品生产过程相反，因此称为逆向制造。目前的模具制造、样品复制、以及复杂零件的加工几乎都采用逆向工程技术，因为其快速、精确、无图纸的优点，提高了效益。随着世界科技水平的不断提高,国际市场竞争越来越激烈。快速开发及制造高质量、低成本的产品是提高企业竞争力的重要手段。采用逆向工程技术,不仅可以缩短产品开发周期,而且可以提高产品质量,提高生产率,降低产品成本,从而增强企业的竞争能力,使企业获得最大的经济效益。作为新技术,逆向工程必将在未来的制造中发挥重要作用。1
17、.2 国内外相关研究现状零件的形位误差对机械产品的质量有很大的影响，因此准确测得和评定零件的形位误差一直是国内外普遍关注的问题。一直以来有关形位误差的评定理论、评定方法等都备受国内外广泛的关注。与长度测量、角度测量及其误差评定相比，形位误差测量和评定有较高的难度，我国开始着手研究的时间较短，但它已经对我国的工业生产和科学技术进步起到了很大的促进作用，关于形位误差评定的理论方法、数学模型及解算方法的研究，已达到了国际先进水平。1.2.1 国内研究现状中国从1970年代末和1980年代初开始对形状和位置误差进行更系统的研究。形状和位置公差自国家标准颁布以来,几何误差理论的测量和评价研究进展迅速,由
18、第一个直线度、平面度、圆度和圆柱度评估渐渐扩展到对圆锥度,对称度、平面孔的位置度和圆跳动误差的项目的评定，针对不同类型,形式和位置误差的测量方法、数据处理方法的研究和发展也在向着不同的地方发展。理论上,一个对象的数学模型逐步发展到多个对象的数学模型,建立一个线性模型的发展到建立一个非线性模型;评估算法中的最小二乘法从最初的发展到近似的最小条件评价方法,从简单应用优化理论逐步发展到结合形式和位置误差的特点改进现有算法来提高处理速度和精度,同时继续提出一种具有实用价值的新的算法，在理论研究的基础上，根据实际生产需要利用计算机控制系统开发几何误差测量装置。虽然国内三坐标测量机发展迅速,但是仍有不足,
19、主要有以下几个方面:系列品种少；产品生产周期长,主要原因是元素和材料匹配困难导致加工周期长。产品的稳定性较差,尤其是电子控制系统，不仅可靠性差,而且故障率较高。此外,软件功能也相对较少,尤其是专有软件,和计算机工作站和数控机床联网存在问题,只有少数测量机得以应用,因此这项工作的大部分机器,都需要进一步发展。1.2.2 国外研究现状总的来说,国内对形位误差的研究在短短二十多年里取得了骄人的成绩,但与国际接轨还需要一段时间。在中国还没有特别关注形位误差时，国外一些国家就已经对其进行研究了，已有一百年的历史了，从最初的直线度误差,到对平面度、圆度、圆柱度、圆锥度、球度等越来越复杂的形位误差的测量评定
20、,都卓有成绩。国外三坐标测量机起步较早，技术更为成熟，这也是其在国际市场上具有较强竞争力的原因。国外三坐标测量机制造商较多，因此系列品种也较多，大多数都有划线功能。1.3 本文的研究内容与结构本课题是基于三坐标测量机测量形状误差在工程中有着重要的价值与意义，对零件进行尺寸、距离等的测量，并对其平面度、垂直度等一些形状误差进行分析，最后利用逆向工程对其进行三维重建。本课题以注塑零件为例，对其进行基于三坐标测量机的特征测量与分析，然后利用三维激光扫描仪对其进行三维扫描，为工件的质量检测奠定了基础。课题研究内容包括：（1）利用三坐标测量机测量零件的尺寸并以报告的形式输出注塑零件的一些形状误差。（2）
21、根据CMM测量的数据利用CATIA软件画出三维实体图并导入CAD进行几何尺寸的标注，三坐标测量机会对其进行自动测量。（3）采用三维激光扫描仪扫描注塑零件，重建出精确的曲面和实体模型。（4）导入CATIA进行三维实体重建。随着计算机技术和计量软件技术的引入，三坐标测量机的应用领域愈加宽广，己经越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。三坐标测量机对零件进行尺寸及几何误差的测量，根据报告中每一栏显示出的颜色可以判断出哪些形状误差在精度范围内，哪些不在，并对其原因进行分析。在利用相关软件（如CATIA）画出注塑零件的三维图导入CAD中，将其数据导入计算机测量软件，计算机测量软件会对CAD模型进行自动测
22、量。本研究将逆向工程技术与之相结合，通过三维激光扫描仪对零件进行扫描并在电脑中显示出不完整的三维实体图，并通过多次拼合获得尺寸较完整的三维图，最后再导入CATIA中对其不完整的地方进行修补。通过这种手段实现了对零件的精准快速检测和模型三维重建，在工程中发挥着重要的作用。依据上述研究内容，本文组织结构安排如图1.3所示。第五章 总结与展望第一章第二章第四章 逆向工程技术第三章 基于三坐标测量机的测量步骤第三章第二章 坐标测量机的介绍第四章第五章第一章 绪论第六章第七章图1.3 论文组织结构图第一章，作为全文的绪论，主要介绍课题研究的背景与研究意义，包括形状误差的研究意义、三坐标测量机的运用、逆向
23、工程的运用；另外，对国内外相关研究现状进行了介绍与概述；对本文的研究内容、思路和布局做了大体的说明。第二章，主要介绍三坐标测量机的基本组成及结构、活动桥式测量机的构成及功能、控制系统的功能、测坐测头系统、计算机和测量软件、测量机的工作环境以及操作盒的使用，主要涉及到在三坐标测量机中的一些具体介绍，以便于更快速的掌握其使用方法。第三章，主要介绍三坐标测量机测量零件的具体步骤以及每一步骤的具体细节和注意事项，首先是系统的启动、进入PC-DMIS测量软件、测头校验，然后开始测量特征或者通过构造特征来建立坐标系，正式进入测量，并进行形状误差的分析，导入CAD，三坐标测量机对有CAD模型进行自动测量。第
24、四章，主要是根据第三章的讲解，针对注塑零件实体进行尺寸及几何误差测量与分析的实例测量与分析。第五章，主要是逆向工程技术，首先利用三维激光扫描仪对零件实体进行三维扫描，并在电脑中出现不完整的三维模型，通过多次不同角度的扫描获得多个三维模型，通过拼合获得近乎完整的三维模型，最后导入CATIA中进行三维重建。第六章，对全文进行总结，并对进一步研究作出展望。1.4 本章小结 本章主要概述了全文的整体框架结构，包括现在国内外相关的研究现状，形状误差的研究意义，三坐标测量机的组成构造和工作原理和逆向工程技术的步骤。形位误差的测量在几何量精密测量中占有十分重要的地位，坐标测量机测量就是基于此而诞生的一种高精
25、密测量仪器，在工程质量检测中发挥了极大的作用，使生产的零件误差更小，精度更高，使产品在国际上更具竞争力。逆向工程技术是从实物原型到三维数字模型的转换, 是反求工程技术实现的关键技术, 它包括数据测量、数据处理、三维重建和模型评价四部分。逆向工程可以迅速、精确、方便地获得实物的三维数据及模型, 为产品提供先进的开发、设计及制造的技术支撑。2 三坐标测量机的介绍2.1 引言三坐标测量机是高效精密的仪器，在使用之前我们要详细的了解的其组成结构、各部分功能、工作环境以及使用方法，这样会避免很多盲目测量带来的需许多弊端。了解三坐标测量机的三种结构形式及每个结构形式的构成和功能，能帮助我们快速决策针对某一
26、零件采取哪种结构形式可以满足零件的精度。控制系统是三坐标测量机的中枢，要详细了解其工作原理，方便我们使用。计算机和测量软件是数据处理中心，主要功能是控制系统参数、进行测头定义和校正、零件找正核对数据进行计算和统计。了解操作盒的使用可便于手动测量，避免测头碰到工件。2.2 三坐标测量机的基本组成及结构了解三坐标测量机的基本组成及结构形式是掌握其工作原理和动手实践的基础。根据零件的的几何特征以及精度要求选择合适的结构形式。本节着重介绍目前被广泛应用的活动桥式测量机。2.2.1 基本组成坐标测量机由测量机主机、控制系统、测头测座系统、计算机（测量软件）几部分组成。如图2.2.1所示。图2.2.1 基
27、本组成2.2.2 结构形式三坐标测量机有活动桥式、固定桥式、和单边高架桥式三种结构形式。其中应用最多的就是活动桥式。如图2.2.2所示.图2.2.2 活动桥式测量机2.3 活动桥式测量机的构成及功能活动桥式测量机是目前应用最广泛的。其优点是结构简单、视野开阔、开敞性好、上下零件方便。而且精度高运动速度快。如上图2.2.2所示。1、工作台，用于摆放零件支撑桥架；工作台放置零件时，一般要根据零件的形状特征和检测要求，选择适合的支撑或夹具。要求零件摆放要稳固，不受外力变形而导致坐标系移动，影响测量精度。在工作台上大零件可垫等高块，小零件可以放在方箱上固定后测量即可。2、桥架，支撑 Z 滑架，形成互相
28、垂直的三轴；3、滑架，使横梁与有平衡装置的 Z 轴连接；4、导轨，具有精度要求的运动导向轨道，是测量基准；5、导轨是气浮块运动的轨道，是测量机的基准之一。空气中的灰尘和油污水分会污染导轨，使测量机的系统误差增大，影响测量精度。因此要定期对导轨清洁，可采用工业酒精擦拭导轨。6、光栅系统（光栅、读数头、零位片），是测量基准；7、零位片的作用是使测量机找到机器零点。机器零点也就是机器坐标系的原点，既是测量机误差补偿的基准，也是测量机行程终控制的基准。8、驱动系统由直流伺服电机、减速器、传动带、带轮等组成。9、空气轴承气路系统，由过滤器、开关、传感器、气浮块、气管组成；10、支承（架）、随动带。2.4
29、 控制系统的功能图2.4 控制系统图2.4是测量机的控制中枢，主要功能：1、控制和驱动测量机的运动，三轴同步、速度、加速度控制；计算机指令通过系统控制单元，根据事先设置好的速度、加速度，驱动直流伺服电机转动，并通过光栅和电机的反馈电路来控制运行速度和电机的转速，使三轴同步平稳的按指定轨迹运动。2、在有触发信号时采集数据，对光栅读数进行处理；当通过操纵盒控制运动的测头与被测零件接触时，测头就会发出被触发的信号,随后传送到控制单元，根据测头保护功能立即令测量机停止运动，同时锁存此刻的光栅读数。这就获得了所测的点的坐标。3、根据补偿文件，对测量机进行 21 项误差补偿； 测量机在制造组装完成后，都要
30、使用相关检测工具对21项系统误差如各轴的两个直线度、两个角摆误差、自转误差、位置误差，三轴之间的垂直度误差等进行检测，并用软件进行补偿，以保证测量机精度符合产品加工要求。4、采集温度数据，进行温度补偿；2.5 测座、测头系统测座、测头系统是数据采集的传感器系统，测座分为手动和自动两种，主要功能： 图2.5 （1） 测座测头系统1、测座旋转到指定角度；本研究采用手动控制，只能由人工手动方式旋转测座调整到指定角度。本研究在程序运行过程中没有更换过测针，只是在测量开始前选定合适的测针即可。并且根据需要可安装加长杆。 2、测头工作方式转换；测头转换工作方式是靠测头控制器来实现的，测头在测量机高速运动时
31、处于不灵敏状态，只有触发时才能进入灵敏状态。以操纵盒的“LOW”键进行控制状态转换，即低速运动时是测头的灵敏状态。3、测头传感器在探针接触被测点时发出触发信号；测头根据其功能有：触发式、扫描式、非接触式等。触发式测头是本次研究采用的一种测头，也是应用最广泛的测头，其工作原理是当测针与零件产生接触时，发出一个开关信号，这个信号传送到控制系统后，控制系统锁存此刻的光栅计数器中的数据，经处理后传送给测量软件PC-DMIS，及所测的点的坐标就得到了。图2.5（2） 测头2.6 计算机和测量软件计算机和测量软件是数据处理中心，主要功能：1、 对控制系统进行参数设置；2、 进行测头定义和测头校正；不同的测
32、头角度所测得坐标值是不一样的，而零件的尺寸是固定不动的，因此在测量前必须进行测头校正，以使无论什么型号的测头都能获得相同的结果。此外，还可以进行测头半径补偿，并把不同测头角度所测点的坐标都转换到基准测头位置上。3、 建立零件坐标系；为使测量能更方便的进行，测量软件要以零件的基准建立坐标系，即零件找正，称为零件坐标系。4、 计算、统计和处理测量数据；测量软件可以根据需要进行构造或拟合等计算，也可以对零件各项形位公差进行计算、评价，并生报告。5、 输出测量报告；在测量软件中，操作员可以按照自己需要的格式设置模板，并生成检测报告输出。2.7 测量机的工作环境本次研究是在学校的实验室7D103，坐标测
33、量机工作时所需要环境要求基本满足。下面对此进行简单介绍：1、环境温度环境温度：2022、环境湿度一般要求：4060为最好。3、电源除使用机型特殊要求，一般测量机使用电源为220V10V 50HZ；要求有稳压装置。4、单独接地线要求有单独接地线，接地电阻5；要求周围没有强电磁干扰。2.8 操纵盒使用说明图2.8 操作盒上图2.8为操作盒图片，下面将详细介绍其具体功能：1. SERVO PWR ON：电机加电按钮，按下后电机上电指示灯亮；2. Joystick：方向摇杆，左右为X 轴方向，前后为Y 轴方向，旋转摇杆为Z 轴方向；3. E-STOP：急停按钮，按下后三轴电机掉电，顺时针旋转1/4 圈
34、，急停按钮弹起；4. SERVO READY：指示系统已准备进入自动模式；5. SERVO PWR ON：指示所有的电机都已激活；6. RECORD：删除测量点；7. DRIVE：添加移动点；8. X LOCK：灯亮时，指示X 轴方向不能手动移动；9. Y LOCK：灯亮时，指示Y 轴方向不能手动移动；10. Z LOCK：灯亮时，指示Z 轴方向不能手动移动；11. SLOW：移动速度切换键，灯亮，慢速，速度为19.05MM/S。12. PART：此按键灯亮时，测量机按工件坐标系移动；13. JOY：激活操纵盒摇杆，灯亮，摇杆可以使用；2 分钟不用，此指示灯自动熄灭；14. AUTO：自动测量
35、模式键，测量机由软件程序来控制；2.9本章小结（1）本节介绍了三坐标测量机的基本组成和三种常见结构形式，并且分别介绍了活动桥式、固定桥式和单边高架桥式的各自的特点， 其中活动桥式测量机是使用最广泛的，结构简单，开敞性比较好，视野开阔，上下零件方便。运动速度快，精度比较高，可使产品精度大大提高。（2）本节主要介绍了控制系统的三种主要功能：控制、驱动测量机的运动，三轴同步、速度、加速度控制；在有触发信号时采集数据，对光栅读数进行处理；根据补偿文件，对测量机进行21 项误差补偿；采集温度数据，进行温度补偿。（3）本节介绍了三坐标测量机的测座测头系统，测针的工作原理是一个高灵敏的开关式传感器。（4）本
36、章了解到测量机的工作环境要求，以及操作盒的使用。只有熟练的掌握了测量机的基础知识才能为动手实践奠定好的基础。3 基于三坐标测量机的注塑零件的测量步骤3.1 引言在上一章节主要介绍了三坐标测量机的组成及结构和各部分功能，主要是理论知识，没有结合实际测量，本章主要讲解三坐标测量机的测量步骤，并详细讲解每一步骤的具体内容及注意事项。本课题的测量流程步骤如图3.1所示。系统启动测头校验测量特征/构造特征建立坐标系尺寸测量和几何误差分析自动测量图3.1 测量流程3.2 注塑零件的介绍随着注塑成型技术的不断发展, 对制品的尺寸精度要求越来越高。但在生产实践中, 经常会因制品尺寸偏差给装配造成困难, 导致资
37、源浪费。如何提高注塑制品的尺寸精度, 是成型加工领域中非常重要的课题之一。本研究采用手机支架注塑件对其进行几何误差的测量与分析。其三维图如图3.2所示。图3.2 注塑件的三维图3.3 系统启动 3.3.1 测量机启动前的准备测量机启动前有以下几项准备工作：1、检查机器的外观及机器导轨是否有障碍物，电缆及气路是否连接正常；2、对导轨及工作台面进行清洁；3、检查温度、气压、电压、地线等是否符合要求，对前置过滤器、储气罐、除水机进行放水检查；4、接通电源系统、除水机电源，打开气源开关。3.3.2 测量机系统启动1、 打开计算机电源，启动计算机；2、打开控制系统电源，操纵盒所有指示灯全亮，系统进入自检
38、状态；3、启动PC-DMIS 软件系统；4、进行回机器零点的操作。5、回机器零点过程完成后，PC-DMIS 进入正常工作界面，测量机进入正常工作状态。3.3.3 测量机系统关闭1、关闭系统时，首先将Z 轴运动到安全的位置和高度，避免造成意外碰撞；2、退出 PC-DMIS 软件，关闭控制系统电源和测座控制器电源；3、关闭计算机电源，除水机电源，关闭气源开关。3.4 进入PC-DMIS测量软件启动PC-DMIS软件，建立零件程序名。如图3.4所示。图3.4选择“文件-新建-建立零件程序名”在弹出来的窗口输入零件名“liangbing”修订号和序列都输入liangbing。根据文件名就可方便的寻找到
39、自己所测得零件。如果要调用以前的程序，在程序启动时选择相应已存在的文件名，之后程序进入工作状态。3.5 测头校验3.5.1 测头校验的必要性1、三坐标测量机在测量零件时，是用测针前端的红宝石球与被测零件表面轻轻接触，尽管红宝石很小，但是接触点坐标与红宝石球中心点的坐标还是相差一个红宝石球的半径。因此要通过测头校验，把这个半径值准确的修正到测量点，保证测量的正确性。2、不同测头角度、长度和直径不同的测针测量零件得到的坐标值是不同的，因此必须经过测头校验来保证在不同型号的不同角度下的测量结果都是相同的。方式就是根据测头校验得出不同测头位置之间的关系，以方便软件系统能够进行换算。图3.5.1 测针测
40、量零件3.5.2 测头校验的原理由上述介绍可知，测头校验是测量过程的第一个环节，也是必经的环节，它影响之后的测量精度，因此必须高度重视。测头校验首先主要是知道不同角度测头测点的位置关系，好方便测量软件能进行快速转换，因此第一个校验的测头位置是所有测头位置的参照基准，校验测头位置，实际上就是找到其他测头与参照基准之间的关系。此外，校验时测针和标准球都要保持清洁以避免误差。测针、测头、测座等包括标准球都要固定牢固，不能有丝毫间隙。测头校验的速度要与测量时的速度保持一致。每次在测座、测头、测针的拆卸操作后都要重新对使用的所有测头进行位置校验。并定期进行检查以减少环境变化对测头的影响。3.5.3 测头
41、校验的步骤在测量零件时，进入PC-DMIS软件后，软件会自动弹出测头功能的窗口。在进行测头定义前，首先要根据零件外形特征以及测量特征要求选择好配置测头、测针，并规划好测座的所有使用角度。然后按照实际配置定义测头系统。一、定义测头文件名PC-DMIS 的测头以文件的形式管理，每进行一次测头配置，都要用一个测头文件来区别。文件名在测头功能窗口选择以前已使用过的测头文件进行测头校验。 本次测头文件名为TEASTAR1。 图3.5.3(一) 测头功能二、定义测座将光标点击“未定义测头”的提示语句，在测头说明的下拉菜单中选择使用的测座型号，在右侧窗口中会显示该型号的测座图形。本次研究选用测座型号如下图所
42、示。图3.5.3（二） 选择测座型号三、定义测座与测头的转接 测座定义后，继续从下拉菜单中选择测座与测头之间的转接件。四、定义加长杆和测头如果在转接件后面有加长杆，则要在下拉菜单中选择相应长度和型号后，再选择相应测头。如图3.5.3（三）所示。图3.5.3（三） 定义测座与测头的转接 五、定义测针在下拉菜单中按照测针的红宝石球直径和测针长度选择相应的测针。如果在测头与测针间有加长杆，则要先定义加长杆后再定义测针。提示：配置测针和加长杆，要根据测头的承载能力。如果测针和加长杆的重量超出测头承载能力，会造成误触发或缩短测头寿命及精度。测针定义后，会在测头角度窗口中自动显示A0，B0 角度位置。图3
43、.5.3（四)定义测针六、添加测头角度如需要添加测头角度，在测头功能窗口中点击添加角度的按键，即出现添加新角度的窗口。图3.5.3(五） 添加测头角度在C 区的矩阵表中，纵坐标是A 角，横坐标是B 角，其间隔是当前定义测座可以旋转的最小角度。该注塑零件选择A90B90、A0B0、A0B90、A90B0、A0B180、A180B0、A45B45。这些角度的测头位置定义后，将使用其A 角B 角的角度值来命名。在使用这些测头位置时，只要按照其角度值选择调用即可。七、测头校验测头定义后，要在标准球上进行直径和位置的校验。点击测头功能测量，弹出校验测头窗口。输入校验测头的点数和速度测量点数：校验时测量标
44、准球的采点数设置为9，缺省设置为5点。逼近/回退距离：测头触测或回退时速度转换点的位置，可以根据情况设置，一般为25mm，本次设定值为2.54mm。移动速度：测量时位置间运动速度为20mm/s。触测速度：测头接触标准球时速度2mm/s。控制方式：一般采用DOC方式。操作类型：选择“校验测尖”。校验模式：一般应采用用户定义，在采点数为9点时，层数应选择3 层。起始角和终止角可以根据情况选择。一般起始角为0，终止角为90。柱测尖标定：对柱测针校验时设置的参数，偏置是指在测量时使用的柱测针的位置。参数设置：用户可以把校验测头窗口的设置，用文件的方式保存，需要时直接选择调用。可用工具列表：是校验测头时
45、使用的校验工具的定义。点击左下角“添加工具”，弹出添加工具窗口。在工具标识窗口添加“标识”，在支撑矢量窗口输入标准球的支撑矢量（指向标准球，如：0，0，1），在直径长度窗口输入标准球检定证书上标注的实际直径值，按下确定键后，就可准备测头校验。图3.5.3（六）测头校验实施校验在校验测头窗口设置完成后，进入测量。如果按下测量键前没有选择要校验的测针时，PC-DMIS软件会出现提示窗口，选择校验全部测针，点击“是”。如图a所示。 图aPC-DMIS 在操作者选择了要校验的测针后，弹出提示窗口，警告操作者将测座旋转到A0、B0 角度，这时操作者应检查测头旋转后是否与零件或其它物体相干涉，如有请及时采
46、取措施。同时要确认标准球是否被移动。如果点击“否”，PCDMIS会根据最后一次记忆的标准球位置自动进行所有测头位置的校验。如图b所示。图b如果点击 “是”，PC-DMIS 会弹出另一窗口，提示操作者如果校验的测针与前面校验的测针相关，应该用前面标准球位置校验过的一号测针T1A0B0 ，以使它们互相关联。选择“确定”后，操作者要使用操纵杆控制测量机用测针在标准球与测针正对的最高点处触测一点，测量机会自动按照设置进行全部测针的校验。如图c所示。 图c若操作者需要指定测针校验顺序，在测头功能窗口中选中“用户定义的校验顺序”选框，点击第一个要校验的测针，然后在按下“CTRL”键的情况下顺序点击其它测针，在定义的测针前面就会出现顺序编号，系统会自动按照操作者指定的顺序校验测针。3.5.4 观查校验结果测头校验后，点击测头功能结果键，会弹出校验结
