三坐标测量检测

p style="text-align: justify text-indent: 2em "在产品质量检测中，三坐标测量机的应用是一种趋势。作为先进的测量工具，其精度能适应多种产品的变化，而且能精确到微小尺寸，这正是其独特之处。在市场竞争下，产品质量的好坏尤为重要，是企业能力的一种展现。但在实际应用中，存在一定的问题，通过对其特点与技术进行探究，提出一些解决办法。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong1 三坐标测量机的工艺特点/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1.1 手工与自动测量结合在三坐标测量机的使用中，不仅仅是自动操作，还结合了手工测量的方式。因为手工测量比较简单，所以在实践中发现如果将二者进行前后融合的话，会产生更好的效 果。在自动测量前，先根据手工测量的情况，通过自身的经验与实际情况进行简单的分析，有一个大致的目标。然后确定出三坐标设备的测量方法与路径，同时记录好数据和操作过程。最后通过计算机系统信息程序，控制好测量的力度与方位，掌握好速度，使装夹一步到位，减少了调整角度等的时间与次数，更保证了大批量测量的精度。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1.2 测量方法的规范性操作/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在应用与实践中，使测量方法越来越规范。根据产品实际情况，正确配置与使用探头，对测量后得出的几何元素进行分析与计算。不同于传统测量的过程，对产品的加工工艺要求不高，使检测规划更方便，提升了工作的效率。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1.3 产品的夹装与测量要求/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在实际测量过程中，首先要计算出产品的几何元素，得出一系列的检测点位数据。在三坐标测量机中找到其中的关联，建立出一个合理的检测距离，保证能将产品一次装夹到位。只要产品夹装时与测量设备的角度或距离，保持在规定范围内即可，能避免多次调整位置，节约了整体时span style="text-indent: 2em "间，以完成更多的任务。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1.4 测量结果的换算特点/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在早期的时候，三坐标测量机在数字计算方面是过于简单的，所以影响了检测结果。在实践中总结出，在产品曲面不规则的情况下，检测结果特别不准。因为探头检测出来的几何元素都是不规则的，所以需要对其原始数据进行专门的处理与换算，从而保证获得精确的结果。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong2 应用三坐标测量机技术的分析/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "第一，两圆柱之间距离的检测，通常是需要测量水平与垂直距离。可以用三坐标测量机检测出两个圆柱之间中心轴轴线的水平和垂直距离，然后建立出与实际相符合的坐标系。这个过程操作简单，所需距离很容易就被测量出来，速度比较快，而且计算也更加准确了。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "第二、在测量一些特殊产品的时候，需要转动探头。在转动到另一个位置后，会发现测量结果出现了较大误差，因为其探头变化后，整个坐标系也发生了改变。当遇到这种情况的时候，需要运用合并坐标系，来解决这个问题。因为在转换后，即使再建立一个新的坐标系，也不能与之前的进行结合，所以产生了矛盾。可以将已知原始坐标系进行变换，得到符合产品测量的新坐标系。从而使复杂的问题变得简单，使全方位的测量更加准确，而且速度也有所提升。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "第三，圆坐标系的建立。在运用原来的办法进行坐标系建立的时候，操作繁琐，而且容易产生较多的误差，所以需要改进。在实践中发现了一个简单的办法，就是拖拽所需内容，直接建立出坐标系，简化了操作的过程，也提升了检测的质量。为了保证测量时将产品零件与其3D模型进行 重合，更好地进行比对，通过挪动、旋转等方式进行操作， 如图1所示。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/8da6c503-f782-41df-9931-69d2c79db40b.jpg" title="捕获.PNG" alt="捕获.PNG"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong3 应用三坐标测量时提升操作人员的技术/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3.1 熟练处理误差分析的办法/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在整个测量过程中，都离不开数学的计算与处理，例如几何元素、坐标系的建立、误差分析等。因此操作人员也必须要掌握数学这门基础技能，尤其是对误差进行分析的时候，才能保证其精确，使三坐标测量机发挥出最大的效用。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3.2 计算机应用水平/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在使用三坐标测量机进行操作时，还有对测量结果进行分析与比对、再建立坐标系与3D模型重合等，都是通过计算机操作的。工作人员的计算机水平一定要过硬，才能要实际操作中，快速准确地进行设置与测量。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3.3 了解加工工艺的原理/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "对产品质量进行检测的时候，虽然从表面上来看，与加工工艺并没有什么联系。但是在实际操作中会发现，将产品与设备进行夹装的时候，出现误差，虽然有时候是在正常范围内，为了保证测量的精确性，需要了解加工工艺。这样在测量的时候，可能根据产品的实际情况进行适应的 规划调整，做到灵活变通。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3.4 熟悉机械设计方法/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在实际测量中，逐渐发现只有了解了产品的机械设计方法之后，才能合理使用探头进行检测。比如，知道了零件的材料、尺寸、工作原理等才能更好地规划探头操作，熟练地与几何元素进行比对与测量。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong4 计算机辅助质量检测的应用技术/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在产品质量检测中应用三坐标测量机，为了严格控制零 件质量。在检测中找到产生误差的原因，从而更好地设计出测量方案，提升精密性。首先，CAD给出检测的相关内容，然后根据测量工艺计算并规划出合理的方法。误差来源将被计算机分析出来，继而进行分离，保证了测量的准确。计算机需要通过硬件部分将三坐标测量机与制造系统进行融合。对于三坐标测量机与此系统的信息交互方面，需要通过特定的软件进行沟通，例如使用DMIS格式。为了满足软件的需求，所以在测量设备与计算机上都配备有专门的DMIS数据接口。这种格式可以测量出点、线、面、圆柱等多种情况，而且还能对探头进行设置，使检测更加细致。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong5 结语/strong /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "科技在发展，三坐标测量机的应用也越来越广泛，加上计算机的辅助，保证了产品质量检测的精密性。了解到三坐标测量机的特点与原理，提升了工作人员的技术水平，加上与制作系统的紧密结合，使其发挥出了最大的功效。节约了测量的时间，保证了生产效率，满足了高精度的需求，跟上了经济发展潮流。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="color: rgb(127, 127, 127) "i本文摘自/i/span/strongspan style="color: rgb(127, 127, 127) "i：李亮. 三坐标测量机在产品质量检测中的应用[J]. 科技创新导报, 2020, 017(001): 89,91/i/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "a href="http://gt6nr1az5qi8tl88.mikecrm.com/Nl9rJL1" target="_self"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/4fb88e8b-fb2a-4aeb-abc3-19c249b9b2e2.jpg" title="指南攻略趣味漫画人物公众号首图.jpg" alt="指南攻略趣味漫画人物公众号首图.jpg"//a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "为了对我国三坐标测量仪市场现状、技术发展以及用户使用情况等进行深入解，挖掘用户的使用需求和痛点，促进三坐标测量仪市场的健康发展。仪器信息网特面向广大用户推出“strong三坐标测量仪有奖调研/strong”活动。除了对认真参与者发放话费奖励作为感谢，同时，strong调研成果将在后期以专题、盘点、调研报告等形式发布/strong，请密切关注仪器信息网资讯动态。/pp style="margin-top: 0em margin-bottom: 1em padding: 0px color: rgb(68, 68, 68) font-family: " microsoft="" white-space:="" text-align:="" text-indent:=""strong style="margin: 0px padding: 0px "span style="margin: 0px padding: 0px color: rgb(255, 0, 0) "填三坐标测量仪问卷，赢话费礼包！/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong问卷链接：/strong/pp style="margin-top: 0em margin-bottom: 1em padding: 0px color: rgb(68, 68, 68) text-align: center " microsoft="" text-indent:="" white-space:="" text-align:=""a href="http://gt6nr1az5qi8tl88.mikecrm.com/Nl9rJL1" target="_self" style="margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) "span style="margin: 0px padding: 0px "http://gt6nr1az5qi8tl88.mikecrm.com/Nl9rJL1/span/aspan style="margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) text-decoration-line: underline " /span /pp style="text-indent: 2em "strong也可扫一扫参与有奖调研：/strong/pp style="margin-top: 0em margin-bottom: 1em padding: 0px color: rgb(68, 68, 68) text-align: center " microsoft="" white-space:="" text-align:=""img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/pic/6ce68ba6-5670-4566-85ec-a9f1cb531e84.jpg" style="margin: 0px padding: 0px border: 0px max-width: 100% max-height: 100% "//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "本问卷调研对象仅限三坐标测量仪用户，问卷设有20道题目，多为选择题，答题时间不超过5分钟。认真答题并通过仪器信息网审核的用户将获得strong20元话费/strong的奖励。除此之外，还将参加额外抽奖，strong50元话费/strong礼包等您拿!/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "问卷奖励将于调研结束后发放，并将定期公布获奖名单，任何疑问，可随时致电仪器信息网编辑【电话：(010)51654077—8285】。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "同时，也欢迎扫码加入三坐标技术交流群，实时了解中奖名单详情，并与同道中人互动交流，了解相关技术及产业。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 208px height: 286px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/2a9aa149-f16b-4856-9874-0bab87c09a43.jpg" title="Screenshot_20200901_173324_com.tencent.mm(1)_副本.jpg" alt="Screenshot_20200901_173324_com.tencent.mm(1)_副本.jpg" width="208" height="286"//pp style="text-indent: 0em "br//p

一、 前言根据自有设备情况选用公司齿轮测量机、三坐标测量机作为数字化设备，分别对双联行星轮对齿精度进行测量。通过分析测量过程及测量结果，对三坐标测量机间接测量法进行改进，即通过对大小齿轮轮廓进行扫描，构造虚拟量棒直径计算对齿角度偏差，并根据这种测量方法编制了三坐标自动测量程序，提高了检测效率及准确性，保证产品的合格率至98%以上。二、实施背景（一）背景近年来，为降低矿山运输行业成本，提高效率，大型工程运输车开始设计生产，其中轮式自卸车比较热门，一直占据市场主导地位。当前，全球每年轮式自卸车销售额高达100亿美元以上，并且连续6年保持30%的增长率，足以说明一个新兴品类正在崛起。（二）现状轮式自卸车电动轮组成的主要部件为双联行星轮。行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，具有重量轻、体积小、传递功率大、结构紧凑、承载能力高等一系列优点，在工业领域应用广泛。在行星传动的各种型式中,NW、NN及WW三种型式的行星齿轮为双联齿轮，当前国内研制和承接的轮边减速器产品中，NW型双联行星轮组的制造工艺难度系数最大。目前，只有GE、西门子等极少数国际大公司具备制造高品质双联行星轮组的能力，形成市场垄断，利润高达500%。最近几年，国内研制了多种双联行星轮组对，但制造过程复杂，工艺和产线瓶颈较多。大多数公司只能选择自行配对组装，但却无法满足与客户整机零件的互换，与行业中成熟产品存在较大差距，产品的销价差别也很大。 （三）实施的紧迫性目前，中车戚墅堰所已涉及共计6款双联行星轮的研制，双联行星轮不仅可以作为零部件安装在总成上，还可以作为成品进行销售。通常双联行星轮需要经过热套、精磨轴承档、磨齿修正三个工序，每个工序都要检测对齿精度，只有保证每次检测的稳定和效率，才能使成品的对齿精度控制在顺逆30秒以内。为攻克目前产品中对齿精度检测的难点，本文对轮边减速器中的行星轮组对齿精度的相关工艺及检测要求进行了讨论分析，助力企业有效地提高生产效率，降低质量风险，固化生产周期并降低生产成本。三、测量方法及改进（一）间接测量方案及参数确定1.双联齿轮对齿技术简介行星齿轮机构传动是指二个或三个双联行星齿轮工作时与太阳轮、内齿轮同时啮合而形成的传动系统。双联行星齿轮对齿在技术条件上一般要求上下联的齿或槽中心对正，常用的对齿和测量方法是用插齿刀对齿，用圆柱棒进行偏差测量。2.测量设备配置检测设备配置如下表1所示，三坐标测量机是20世纪60年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它的优点是：(1)通用性强，可实现空间坐标点的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；(2)测量精度可靠；(3)可方便地进行数据处理和过程控制。因此，它被纳入自动化生产线和柔性加工线中，并成为一个重要的组成部分。齿轮测量机主要用于测量齿轮的轮齿精度，包括齿形、齿向误差、周节累积误差、径向跳动误差等，测量精度高。表1 检测所用设备设备名称型号生产厂家三坐标测量机MMZ G 303020德国蔡司ZEISS齿轮测量机P65德国克林贝格3.测量参数的确定选用1Z057双联行星轮作为测量件，它是由小行星轮和大行星轮组合而成的。(如图1) 图1 1Z057双联行星轮选用三坐标测量机进行对齿精度测量时，首先要确定测量圆柱棒的直径。通过查阅1Z057 双联行星轮的设计蓝图，了解大小行星轮的参数，再根据参数信息计算最佳圆柱棒直径进行测量。为保证测量结果的准确性, 量棒直径不可太大, 也不可太小；若直径太大,与齿廓的接触点有可能超出大径，若直径太小, 则量棒外圆将与槽底接触。以上两种情况都无法得出正确的测量结果。为避免这些情况,选择量棒直径时,应使量棒外圆与齿廓的接触点落在分度圆及其附近的任意位置上,一般在距小径的(1/ 3~ 2/ 3 齿高之间为宜。当量棒外圆与齿廓的接触点落在分度圆上时,可通过公式1得出量棒直径。 公式（1）其中dp是量棒直径，db是分度圆直径，α是齿形角，Z为齿数，对于渐开线标准圆柱齿轮db=mz；小行星轮模数为8.367，齿数为17，齿形角为25度。经计算最佳量棒直径为φ16.771；大行星轮模数为8.175，齿数为72，齿形角为25度。经计算最佳量棒直径为φ15.797。4.间接测量方案根据公式（1）计算结果，我们选用φ16的量棒进行间接测量，测量方法如图2。 图2 测量小行星轮（左）；测量大行星轮（右）先扫描上下两个轴承档连成公共轴线，确定轴线基准。将φ16的量棒卡入齿槽内，用探头确定量棒中心位置，建立坐标系，计算出上下中心的偏移量，得出对齿角度偏差。图3为测量数据报告，根据偏移量的正负值确定顺逆方向。 图3 测量数据5.数据验证选用齿轮测量机进行测量，首先找正双联齿轮的轴承档，输入大小行星轮参数，选择角度测量软件，自动扫描轴承档，确定基准中心线，然后扫描大小行星轮齿槽左右齿面的齿形轮廓和齿向轮廓，确定齿槽中心线，通过软件计算，得到偏转距离，从而得出对齿角度。测量过程如图4，数据报告如图5。 图4 测量小行星轮（左）；测量大行星轮（右）图5 测量数据6.数据对比及测量存在的不足通过量棒间接测量的对齿角度为44秒，而齿轮测量机测量结果为1分05秒。以齿轮测量机测量结果为参考值，两次测量存在21秒偏差，偏差交大。对比两种测量方法，间接测量法以手动操作为主，人为不确定性较大；齿轮测量机通过扫描齿形轮廓和齿向轮廓确定齿槽中心线，得出对齿角度，数据精准性较高，但是起吊、找正及测量时间较长，效率低下，无法满足生产进度。（二）对齿精度检测工艺优化改善间接测量法测量结果偏差较大，特对其进行改进。首先选取小齿轮的上端面作为空转方向，小齿轮上端圆作为圆心，小齿轮两边对齿的中心点作为旋转方向建立初定位坐标系；通过初定位坐标系，三坐标测量机能够快速准确地扫描工件的上下两个轴承档并使其公共轴线成为基准；再通过三坐标测量机运用未知曲线扫描功能对上下齿轮中部（即齿向最高点）的齿槽两边进行扫描，得到2条V形曲线（如图6）。构造与V形曲线相切的两个虚拟圆形，小行星轮选择直径为φ16.771的圆，大行星轮选择直径为φ15.797的圆（如图7）。以轴线作为基准，小行星轮虚拟圆圆心到轴线的连线作为方向基准建立坐标轴。通过计算两个虚拟圆圆心到轴线连线的夹角得出对齿角度。 图6 扫描程序图7 小行星轮拟合圆（左）；大行星轮拟合圆（右）表2 双联行星轮对齿角度数据序号改进前（三坐标）改进后（三坐标）（齿轮仪）方向10’40”0’22”0’20”顺时针20’38”0’18”0’20”顺时针30’42”0’23”0’20”逆时针40’20”0’13”0’10”逆时针50’15”0’36”0’35”逆时针60’40”0’51”0’50”逆时针70’28”0’9”0’12”顺时针80’30”0’13”0’13”顺时针90’5”0’21”0’20”顺时针100’13”0’35”0’35”顺时针110’30”0’15”0’12”顺时针120’28”0’10”0’12”逆时针130’5”0’24”0’20”顺时针140’45”0’24”0’25”顺时针150’5”0’25”0’23”顺时针160’10”0’30”0’29”顺时针170’5”0’20”0’20”顺时针180’30”0’10”0’5”逆时针190’24”0’23”0’25”逆时针200’19”0’40”0’38”顺时针210’28”0’14”0’10”顺时针220’13”0’32”0’30”顺时针230’10”0’30”0’32”顺时针240’40”0’25”0’25”顺时针250’15”0’33”0’30”顺时针260’29”0’22”0’20”逆时针270’42”0’22”0’25”顺时针280’8”0’29”0’28”逆时针290’28”0’16”0’12”逆时针300’40”0’20”0’21”顺时针平均偏差0’16”0’2”表2为30件工件的测量数据，以齿轮仪测量结果作为参考值。对比可见，改进前的数据平均偏差为16”，改进后的数据平均偏差为2”，表明改进后三坐标测量数据的稳定性及精确度都有了进一步提升，与齿轮仪的测量数据偏差较小，满足设计要求，提升测试效率，为双联行星轮的加工提供了强有力的数据支持，也为公司打破垄断走向市场提供了关键的检测技术支持。四、实施效果及意义通过对间接法进行改进优化，三坐标测量机适用于各类型双联行星轮组的对齿精度检测。对齿精度检测工艺的优化，也大大提升了产品合格率，取得了巨大成效，主要有以下4个方面。1.双联行星轮对齿精度合格率达98%；2.双联行星轮制造成本降低10%，产品质量和市场竞争力获得极大提高；3.双联行星轮的检测周期缩短20%，由以前的2天以上缩短至1天；4.双联行星轮可实现90%成品的对齿精度在正负30秒以内，媲美GE、西门子等公司同类产品要求。参考文献[1] 王兰群 张国建.渐开线花键M值得测量及量棒直径的选择 2005.9.1[2] 张志宏 张和平 双联行星齿轮模拟装配 2005.8.26[3] 郭海风 张丽 双联行星齿轮对齿技术 1994.1.1本文作者：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司计量检测工程师 蒋瑞骐

测量是人类认识世界和改造世界的重要手段，是突破科学前沿、解决经济社会发展重大问题的技术基础。近日，市场监管总局、科技部、工业和信息化部、知识产权局联合发布《关于加强国家现代先进测量体系建设的指导意见》；意见提出，到2035年，建设50家国家先进测量实验室，培育100家测量仪器设备品牌企业，形成200项核心测量技术或能力。由此，测量仪器迎来发展新机遇。三坐标测量机是（简称：CMM）一种基于坐标测量原理的高精度测量设备,由于其精度高、性能好、通用性强、测量范围大，且能与柔性制造系统连接，具有“测量中心”之称号，广泛应用于机械、汽车、航空、军工、模具等行业。回首2021年，三坐标测量机招投标市场热度不减。仪器信息网对公开招标平台标讯整理显示，2021年三坐标测量机中标数量超200台，中标金额超2亿元。(注：数据统计自中国公开招中标信息平台，数据不包括非招标形式采购以及未公开采购项目，结果仅供定性参考)2021年CMM采购地区分布本次盘点，招标单位地区分布共涉及27个省份、自治区及直辖市。从采购数量分布来看，江苏省中标数量领衔，广东和四川紧随其后，中标数量均超过15台；第二梯队包括河南、浙江、北京、辽宁、湖北等地，数量均超过10台。2021年CMM采购用户单位类型对采购单位分析发现，企业与高等院校依旧为三坐标测量机采购主力，分别占比43%和38%。企业主要集中在汽车、航空、机械和模具行业；高等院校则以职业院校为主，后者占比高达67%，且往往单次招标购入多台三坐标测量机。如常州信息职业技术学院、广州市机电技师学院同采购了5台，而苏州工业职业技术学院、广东省机械技师学院分别采购了4台和3台。2021年CMM进口/国产品牌中标数量占比2021年CMM各品牌中标数量占比分布从中标品牌来看，2021年三坐标测量机中标品牌包括海克斯康、卡尔蔡司、思瑞、西安爱德华、青岛雷顿、温泽、法如、杭州中测、北京航锐斯维、西安力德、API、日本三丰、303所等。从三坐标测量机中标数量来看，进口品牌依然占领主导地位，海克斯康与卡尔蔡司继续领跑市场；而国产品牌中思瑞表现不凡，以10%占比跃居第三，西安爱德华、青岛雷顿分别占比5%和3%，跻身TOP5行列。总体而言，上述五大品牌中标占比之和为87%，反映出三坐标测量机的市场集中度相对较高，两大巨头中标数量合计占比69%，且仪器单价远超国产品牌，形成相对垄断的竞争格局。2021年CMM中标价格分布从中标价格来看，单价在50-100万区间范围内的三坐标测量机最受用户青睐，中标数量占比最高，达42%；其次为百万级别中高端三坐标测量机，总占比40%，几乎被进口品牌占据。三坐标测量机热门中标型号一览根据2021年中标数据信息，仪器信息网整理了2021年我国招投标市场“出镜率”较高的三坐标测量机明星型号，榜单如下：型号品牌SPECTRUM系列卡尔蔡司INNOVA系列海克斯康Croma系列思瑞CONTURA系列卡尔蔡司EXPLORER系列海克斯康Daisy系列西安爱德华Miracle系列青岛雷顿BQM-HC系列杭州中测QuantumE 法如FLY系列西安力德