一種精度驗證程序在測量過程中的應(yīng)用

余姣 楊帆 陳玉川 宗曉亮 孔苗德

摘要：為了驗證三坐標(biāo)測量機的精度狀態(tài)能否滿足測量要求，本文介紹了一個能快速驗證設(shè)備精度是否合格的程序。該程序適合在設(shè)備每天開機，設(shè)備發(fā)生碰撞，異常斷電，測針?biāo)蓜?，測座偏轉(zhuǎn)等任何影響設(shè)備精度的異常情況下運行，運行結(jié)果自動提示是否滿足要求，以便測量人員排查是否由于設(shè)備自身的原因引起測量誤差做出應(yīng)對。該程序為全自動程序，以本公司目前使用的角度數(shù)量為128個為例程序運行時間為5分鐘。

關(guān)鍵詞：驗證，三坐標(biāo)雙懸臂測量機，PC-DMIS，校驗

引言

隨著汽車行業(yè)高速發(fā)展，高精度測量儀器的運用已較為廣泛，測量機的精度狀態(tài)對測量結(jié)果至關(guān)重要。本文以?？怂箍惦p懸臂式測量機進(jìn)行舉例介紹。由于研發(fā)階段所有車身狀態(tài)的不確定性，即使我們前期對測量程序進(jìn)行過大量的仿真驗證，仍無法完全避免設(shè)備與車身發(fā)生碰撞停機事故。為滿足白車身/分總成/單件/檢具等所有的測量任務(wù)，設(shè)備共有128個角度，所有角度校驗時間約為2小時。不校驗測尖就無法確認(rèn)設(shè)備精度狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果異常時，如車身合格率突然大幅度降低，相關(guān)尺寸人員分析排查后認(rèn)為設(shè)備精度出現(xiàn)問題，其后果非常嚴(yán)重。為解決這一問題，我們根據(jù)精度校驗的原理制作出一套解決方法，選取部分角度來進(jìn)行測量，以此來反推設(shè)備精度的狀態(tài)。此方法及程序本公司已驗證實用有效，多次及時準(zhǔn)確的驗證出設(shè)備精度狀態(tài)，有效的提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測量效率。

一、測量角度選取

測量角度的選取需要覆蓋整個測角范圍，且均勻散布，不能集中在相似或相近的幾個角度上。A角以45等分使用0，45，90，B角以90等分別用0，-90，180，90如第二部分闡述組合共9個角度。由于A0B0角為所有測量角度的參照基準(zhǔn)，所以它必須為所選角度之一，其它角度可參照設(shè)備測角范圍或平時常用角度范圍確定。

二、測量程序編制

首先，新建程序?qū)⒊绦蚰Ｊ礁臑樽詣右訟0B0為第一個測量角度，并自動創(chuàng)建一個直徑15.875，IJK（0，-1，0）緯度開始角0結(jié)束角360經(jīng)度開始角0結(jié)束角90樣例點1兩者After70的球體，此時不需要關(guān)注球體的XYZ值隨機生成的都可以。

其次，使用球體建立坐標(biāo)系。不需要找正、旋轉(zhuǎn)或者迭代及最佳擬合，只需要將創(chuàng)建的球體1選中，使用球體1作為XYZ的原點確定即可。球體使用非坐標(biāo)軸方向的角度進(jìn)行測量時，要想測到從赤道到極點的半圓必須輸入正確的矢量方向，否則測針就會撞桿。如下圖一所示矢量方向是長度為1的線段坐標(biāo)軸方向上的矢量均可以較簡單的表示出來。已知A點與原點所構(gòu)成長度為1的線段在Y0-X面上α=45°便可以用余弦函數(shù)計算L1=L2= COS45°X1==0.707，A點的IJK為（-L2，L1，0）。

有了矢量方向的概念就可以按照測針轉(zhuǎn)角的安全軌跡依次創(chuàng)建XYZ（0，0，0）的球體，添加測尖A45B180創(chuàng)建特征球體2IJK（0，-0.7，0，7）測尖A45B90創(chuàng)建特征球體3IJK（0.7，-0.7，0）測尖A45B0創(chuàng)建球體4IJK（0，-0.7，-0.7）測尖A45B-90創(chuàng)建球體5IJK（-0.7，-0.7，0）。需要注意的是當(dāng)A角為90時，需要避讓標(biāo)準(zhǔn)球的支撐桿，以下角度創(chuàng)建的球體緯度開始角度為50°結(jié)束角度為310°。測尖A90B-90創(chuàng)建球體6IJK（-1，0，0）測尖A90B0創(chuàng)建球體7IJK（ 0，0，-1）測尖A90B90創(chuàng)建球體8IJK （1，0，0）測尖A90B180創(chuàng)建球體9IJK（0，0，1）。創(chuàng)建特征完成即可對每兩個特征評價3D距離理論值給0公差根據(jù)每個設(shè)備自身精度及使用環(huán)境來定義，這里使用0.1mm創(chuàng)建36個評價結(jié)果程序編寫完成。

評價15條就能占據(jù)整個顯示屏，如果程序到此結(jié)束每次需要查看36條結(jié)果來評估是否可用，顯得有些麻煩和機械。為此我們使用條件語句以及變量來實現(xiàn)自動查看，若超差彈出提醒對話框“結(jié)果超差請重新校驗測尖”，若不超差彈出提醒對話框“結(jié)果滿足無超差”以此方法來實時反饋，并指導(dǎo)操作人員操作。

三、自動評價提示

以下為程序中使用的完整語句供參考。

ASSIGN/NUM=1

ASSIGN/V1="結(jié)果滿足無超差"

ASSIGN/V2="結(jié)果超差請重新校驗測尖"

L1 ? ?=LABEL/

ASSIGN/DIST="DIST"+NUM

IF_GOTO/NUM>36，GOTO = L2

IF/DIST.DEV<0.1

ASSIGN/NUM=NUM+1

GOTO/L1

L2 ? ?=LABEL/

COMMENT/OPER，NO，F(xiàn)ULL SCREEN=NO，AUTO-CONTINUE=NO，

V1

END_IF/

ELSE/

COMMENT/OPER，NO，F(xiàn)ULL SCREEN=NO，AUTO-CONTINUE=NO，

V2

END_ELSE/

需要注意的是運行此程序和校驗測針時一樣，測針和標(biāo)準(zhǔn)球要保持清潔。測針、測頭、測座等包括標(biāo)準(zhǔn)球都要固定牢固，不能有絲毫間隙。測頭校驗的速度要與測量時的速度保持一致，以減少外部環(huán)境對驗證結(jié)果的影響，當(dāng)程序提醒需要重新校驗測尖時需要對機器精度校驗。

四、結(jié)論

文章從程序的必要性及測角選取，程序的編制以及自動化的評價等方面對驗證程序的全貌進(jìn)行了詳細(xì)的描述，通過程序的使用可提前對測量誤差進(jìn)行預(yù)規(guī)避，為過程中出現(xiàn)的測量問題分析提供了一個方向。鑒于三坐標(biāo)測量機的多樣性，在實際工作中，可根據(jù)文中描述，靈活添加角度，變換IJK數(shù)值以及使用條件語句來實現(xiàn)不同機型所要達(dá)到的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]?？怂箍担ㄇ鄭u）測量技術(shù)有限公司.PC-DMIS參考手冊.

[2]《PC-DMIS高級編程培訓(xùn)手冊》

[3]張國雄.三坐標(biāo)測量機[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999 年