關(guān)于建立高精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室探討

袁平+杜勇奕+袁鋼

摘 要： 隨著制造業(yè)不斷朝著精密化、快速化的方向發(fā)展，對(duì)零件的檢測(cè)提出了越來越高的要求。本文針對(duì)當(dāng)前迅猛發(fā)展的精密檢測(cè)技術(shù)，遵循與企業(yè)實(shí)際緊密結(jié)合的原則，深入企業(yè)進(jìn)行調(diào)研[1]，將精密測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與企業(yè)實(shí)際緊密結(jié)合起來，建立精密實(shí)驗(yàn)室來滿足企業(yè)的需求。

關(guān)鍵詞： 精密測(cè)量 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 實(shí)驗(yàn)室

1.實(shí)驗(yàn)室簡介

先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展日新月異，使得未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)向精密化、柔性化、智能化、集成化、全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化的方向發(fā)展。精密測(cè)試技術(shù)就要適應(yīng)這種發(fā)展，它在機(jī)械學(xué)科中的作用是為先進(jìn)制造業(yè)服務(wù)，擔(dān)負(fù)起質(zhì)量技術(shù)保證的重任。

作為專門為常州企業(yè)技術(shù)服務(wù)的科研院所，我們研究所積極調(diào)研企業(yè)需求，準(zhǔn)備成立精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室為常州機(jī)械制造類企業(yè)做更好的檢測(cè)服務(wù)及專業(yè)人才培訓(xùn)。

該實(shí)驗(yàn)室主要儀器設(shè)備：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光干涉儀API-3D、三維激光掃描儀、VMS影像測(cè)量儀、粗糙度儀、圓柱度儀、輪廓儀及被測(cè)零件等。

2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目介紹

2.1常規(guī)測(cè)量。精度要求不高，常規(guī)零件的檢測(cè)。這些零件的檢測(cè)方法通常很簡單，只需要使用游標(biāo)卡尺、千分尺、高度規(guī)、粗糙度檢測(cè)樣板、角規(guī)等這些常規(guī)量具，就可對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，是測(cè)量人員應(yīng)具備的基本技能。

2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用于機(jī)械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等行業(yè)中箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測(cè)量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)中，可以對(duì)工件的尺寸、形狀和形位公差進(jìn)行精密檢測(cè)，從而完成零件檢測(cè)、外形測(cè)量、過程控制等任務(wù)[2]。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用接觸式與非接觸式兩種測(cè)量方法，結(jié)合相應(yīng)的軟件對(duì)零件進(jìn)行全尺寸檢測(cè)，可為逆向工程技術(shù)采集數(shù)據(jù)，測(cè)量精度一般可達(dá)μm級(jí)。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行零件的檢測(cè)是目前企業(yè)測(cè)量采用的主要手段。

2.3激光干涉儀API-3D。激光干涉儀用于幾何精度檢測(cè)，檢測(cè)直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。位置精度的檢測(cè)及其自動(dòng)補(bǔ)償，可檢測(cè)數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等。利用激光干涉儀不僅能自動(dòng)測(cè)量機(jī)器的誤差，而且能通過接口自動(dòng)對(duì)其線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，比通常的補(bǔ)償方法節(jié)省了大量時(shí)間，并且避免了手工計(jì)算和手動(dòng)數(shù)控鍵入而引起的操作者誤差，同時(shí)可最大限度地選用被測(cè)軸上的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，使機(jī)床達(dá)到最佳精度，另外，操作者無須具備機(jī)床參數(shù)及補(bǔ)償方法的知識(shí)。

2.4三維激光掃描儀。三維激光掃描儀在工業(yè)生產(chǎn)在線檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)，利用這種非接觸式而不需停機(jī)，設(shè)有自動(dòng)警報(bào)及回饋控制等功能。測(cè)量600mm×800mm×400mm，精度可達(dá)3μm。可以廣泛應(yīng)用在鐵路鐵軌、汽車制造、精密機(jī)械零件、電子元件的檢測(cè)工藝中，而且可運(yùn)用于逆向工程中，以及新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿制、質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域。

2.5VMS影像測(cè)量儀。影像儀在企業(yè)的應(yīng)用比較廣泛，它利用光學(xué)測(cè)量原理并結(jié)合非接觸測(cè)量手段，可以實(shí)現(xiàn)二維平面內(nèi)尺寸的測(cè)量，量測(cè)對(duì)象可為塑膠五金件、PCB板、底片或其他具有2D特性的物件。它可以量測(cè)物體上圓（弧）心、半徑、線寬、夾角、距離、交點(diǎn)，還具有統(tǒng)計(jì)分析、自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)檢測(cè)等功能。適合行業(yè)二維抄數(shù)、繪圖、工程開發(fā)、各種精密電子、模具、五金塑膠、PCB板、導(dǎo)電橡膠、螺絲、沖壓件、手表、手機(jī)等測(cè)量需要，測(cè)量精度可達(dá)μm級(jí)。

2.6粗糙度儀。加工零件時(shí)，除需要對(duì)尺寸精度、形位公差進(jìn)行檢測(cè)以外，還需要檢測(cè)其表面光潔程度。除了常規(guī)的粗糙度檢測(cè)樣板以外，目前企業(yè)用到比較多的是使用粗糙度儀檢測(cè)。糙度儀是檢測(cè)工件表面粗糙度的數(shù)字化電子儀器，由于準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，迅速普及開來。

2.7圓柱度儀。采用極坐標(biāo)測(cè)量法，工件旋轉(zhuǎn)式，以精密軸系為圓回轉(zhuǎn)測(cè)量基準(zhǔn)，圓周方向采用精密開式圓光珊計(jì)數(shù)，半徑方向采用電感傳感器計(jì)量徑向變化量。經(jīng)采集、控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化由PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，以圖形、表格方式顯示測(cè)量結(jié)果。用于測(cè)量圓柱度、圓度、直線度、徑向單跳動(dòng)、徑向全跳動(dòng)、軸向單跳動(dòng)、同軸度、錐度、平行度、壁厚差、同心度、平面度。

2.8輪廓儀。采用直角坐標(biāo)測(cè)量法，即通過X軸、Z軸傳感器，測(cè)繪出被測(cè)零件的表面輪廓的坐標(biāo)點(diǎn)，通過電器組件，將傳感器所測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)，軟件對(duì)所采集的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理，標(biāo)注所需的工程測(cè)量項(xiàng)目。主要測(cè)量各種類型工件表面的線要素、點(diǎn)要素，點(diǎn)與點(diǎn)的距離、線與線的距離，各要素的位置度包括距離、平行度、垂直度、角度、槽深、槽寬、半徑，可進(jìn)行直線度分析，凸度分析、輪廓度分析。

3.實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

由于實(shí)驗(yàn)室的儀器均為高精密儀器，需恒溫恒濕，對(duì)環(huán)境有較高的要求，現(xiàn)根據(jù)具體的設(shè)備大小，制定以下平面圖：

4.結(jié)語

精密測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建成，遵循產(chǎn)學(xué)研合作這一原則，以培養(yǎng)滿足企業(yè)實(shí)際需求的高技能人才為導(dǎo)向，為常州周邊地區(qū)做好高精密檢測(cè)服務(wù)發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚小群，陳統(tǒng)堅(jiān).展望新世紀(jì)的制造技術(shù).東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（02）.

[2]張作鵬，陳學(xué)奎.淺談三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及其應(yīng)用.廣西輕工業(yè)，2009（07）.

本文為2014省科技支撐計(jì)劃（BE2014004-5）面向五軸龍門加工中心的高速高精節(jié)能型數(shù)控系統(tǒng)的研制論文之一。