關節(jié)臂三坐標在裝載機結構件測量中的應用

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

裝載機前車架屬于大型結構件，其關鍵尺寸多為空間尺寸，使用普通的鋼尺、卷尺和高度游標等測量工具，很難進行測量。但是，對于研究結構件制造工藝來說，了解和掌握結構件關鍵尺寸在焊后及機加工后等各工序的變化情況，具有非常重要的意義，是制造工藝技術改進方向和改進效果的數據基礎。因此，如何真實客觀的收集大型結構件空間尺寸數據，是進行工藝改善工作的前期任務。

對于裝載機結構件空間尺寸，一般使用固定式三坐標測量機進行測量，但是需要將結構件吊至固定式三坐標測量機的工作區(qū)域才能進行，測量完成后又轉運回生產線，這樣即會消耗不必要的人力資源和能源，又會影響生產的順利進行。而關節(jié)臂三坐標測量儀，如圖1所示，可根據結構件的存放位置進行移動，并就地進行測量，不影響生產線的運行，又可準確的測量結構件的空間尺寸（空間長度精度為0.05 mm），這為數據收集工作提供了極大的便利。

圖1關節(jié)臂三坐標測量儀

本文以裝載機前車架為例，介紹了關節(jié)臂三坐標測量結構件時應遵循的基本原則、數據采集的方法、尺寸測量的方法。

1 關節(jié)臂三坐標測量基本原則

關節(jié)臂三坐標遵循的測量基本流程：關節(jié)臂連線安裝→測量軟件開啟并新建測量項目→圖紙分析確定須測量的元素→進行測量元素的數據采集→利用數據建立工件坐標系→在該坐標系下測量各種待測元素→輸出測量報告。

在數據采集過程中，工件及關節(jié)臂不允許被撞擊或碰撞，防止由于碰撞而導致工件或關節(jié)臂的輕微偏移，造成測量誤差。在數據采集時，測頭應盡量與工件被測表面垂直。在測量元素是平面時，應至少采集平面上分散的4個點的數據，如圖2a所示。在測量元素是圓柱時，應先采集圓柱的同一截面圓上4個點的數據，再采集另一截面圓上4個點的數據，總共8個點的數據，如圖2b所示。在測量元素是直線時，應至少采集直線上分散的3個點的數據，如圖2c所示。

圖2 平面、圓柱、直線的數據采集

2 關節(jié)臂三坐標數據采集的方法

2.1 確定被測要素

前車架上的關鍵尺寸均為孔與孔、孔與面、面與面的尺寸，如圖3所示，孔可以看做是一個圓柱，因此，對前車架的測量，關鍵就在于對圓柱和平面要素的數據采集。

圖3 前車架結構件的被測要素

2.2 被測要素的數據采集

將前車架放置在水平面上，防止前車架有微小振動。再將關節(jié)臂三坐標放置在前車架旁的合適位置，位置如圖4所示，按關節(jié)臂三坐標的使用規(guī)范對前車架的圓柱要素以及平面要素進行數據采集。

圖4圓柱和平面要素數據采集

由于關節(jié)臂三坐標的最大工作半徑有限，無法一次將前車架的所有需要測量的圓柱和平面要素都能采集到。因此，需要將關節(jié)臂移動至另一面進行測量，這就需要進行坐標系的轉換。在移動前，先采集3個固定點在移動前的坐標系下的坐標，然后移動至新位置，在新的位置，再次測量這3個點的坐標，但此時的坐標是基于新位置的坐標系，通過關節(jié)臂三坐標的附屬軟件，計算這3個點在移動前后坐標的差異，最終將移動后的坐標系轉換成移動前的坐標系，這樣使移動后的關節(jié)臂可繼續(xù)按照移動前的坐標系，測量其他位置的要素數據，做到坐標系的統(tǒng)一。此方法稱之為蛙跳，如圖5所示。當蛙跳完成后，繼續(xù)對前車架另一邊的圓柱和平面元素的數據進行采集，如圖6所示。

圖5關節(jié)臂的蛙跳

圖6采集另一側的圓柱和平面數據

3 尺寸測量的方法

3.1 坐標系的建立

前車架被測要素的數據采集完成后，需構建測量系統(tǒng)的三維坐標系，才能測量前車架的各個要素的尺寸。為獲得正確的坐標系，須根據設計圖上的基準系進行建立，前車架結構件圖紙的基準體系如圖7、圖 8，是以X、Y、Z為基準的基準系。

圖7圖紙上的坐標系—二維示意圖

圖8圖紙上的坐標系—三維示意圖

測量的坐標系建立主要由關節(jié)臂三坐標測量儀的軟件系統(tǒng)負責，為建立與圖紙基準系一致的坐標系，須將測量坐標系的X、Y、Z軸設置與圖紙的X、Y、Z基準重合或接近，建立的坐標系如下：

（1）以圓柱1和圓柱2的軸線，構建直線1，作為測量坐標系的Z軸，與圖紙Z基準一致，如圖9a所示；

（2）構建底平面作為X、Y直角坐標軸所在的平面，與圖紙X基準一致，如圖9a所示；

（3）設定底平面是Z軸的原點，設定直線1是X、Y直角坐標系的原點；

（4）以圓柱3和圓柱4軸線連線，構建直線2作為X軸的方向，則Y軸的方向也確定，即Y軸和Z軸組成的平面，就與圖紙Y基準一致，如圖9b所示。

圖9前車架坐標系的建立

3.2 尺寸的測量

利用建立好的坐標系，可進行前車架各種尺寸的測量，測量誤差≤0.1 mm，適用于結構件關鍵尺寸的測量。測量的方法有2種，測量示例如圖10所示。

圖10尺寸測量示例

（1）坐標數值法：讀取被測元素的坐標數據，即為該被測元素到圓柱1、圓柱2軸線的尺寸數據；

（2）距離數值法：直接測量兩個被測元素的距離數據，再投影至X、Y、Z坐標軸上，即為被測元素之間的相對距離尺寸。

4 結束語

使用關節(jié)臂三坐標測量儀對裝載機前車架結構件關鍵尺寸進行測量，在不影響車間生產的條件下，可方便快捷地獲取前車架關鍵尺寸在各個工序后的變化情況。在了解并掌握關鍵尺寸的變化情況后，通過優(yōu)化拼裝工藝和工裝，提高關鍵尺寸的精度和穩(wěn)定性；通過優(yōu)化焊接順序和利用焊接反變形方法，減少前車架的焊接變形，為機加工工序降低余量，取消某些加工工序打下基礎，進而提高企業(yè)的制造技術水平。

[1]GB/T 18779.1-2002，產品幾何量技術規(guī)范（GPS）工件與測量設備的測量檢驗[S].

[2]GB/T 16857.2-1997，坐標計量學 第2部分：坐標測量機的性能評定[S].