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三坐(zuò)标检测--影响CMM测量结果的因素

时间:2020-12-07
 影响CMM测量结果的因素
(1)CMM的设备,根据國(guó)标GB/T 16857,.2-1997(等效國(guó)际标准1SO 10360-2-1994),将CMM的误差归纳為(wèi)長(cháng)度测量的示值误差E和探测误差R两类.E是指测得長(cháng)度与長(cháng)度实物(wù)标准器長(cháng)度真值之差(单位um);R是指用(yòng)CMM测量标准球半径的变化范围而确定的误差,它们是CMM自身存在的正值常量综合误差.CMM设备误差还应包括标准器量值的本身不确定误差,机器的动态误差还与探测方向、探测速度、触测距离和加速度值等相关,用(yòng)触发测头时不同探测参数对坐(zuò)标测量机的精度均发生影响,更进一步的内容读者可(kě)以从现有(yǒu)的相关文(wén)献中获取。
(2)测量的环境,指在测量过程中受到外界温度、湿度、气压、電(diàn)磁场、震动、光照等因素的影响而产生的误差。
(3)测量人员及方法测量人员及方法误差是指测量人员操作CMM不当造成的误差.如测量策略选择不当;标定不当、标尺使用(yòng)不当或测杆变形、测针球径误差;测头镜头组合选择不当测量顺序不当;工件表面标志(zhì)点安放不当;工件被测表面预处理(lǐ)不当;后处理(lǐ)不当;测量环境选择不当等.
(4)被测工件本身,被测工件本身的表面粗糙度和形状精度对测量误差影响也不小(xiǎo),如果工件表面粗糙度太低,CMM测头在工件上取点不一样,必然会产生尺寸测量误差如果工件形状(圆度、圆柱度等)误差大,取工件上不同点测工件相互位置误差,也会产生较大的形位误差,工件的安装精度同样也很(hěn)重要,对刚性差的工件,要保证安装时装夹不变形,过重的工件负载也会带来力变形误差.


CMM探测策略
英國(guó)國(guó)家物(wù)理(lǐ)实验室(NPL)制定了测量过程中的六原则,其中第6条特别强调测量时要有(yǒu)“正确的过程:所有(yǒu)测量的过程应当经深思熟虑并与國(guó)家或國(guó)际标准相一致.”所谓“深思熟虑”也即在作高精度的测量时用(yòng)户要有(yǒu)正确的探测策略.测量精度水平与机器及软件有(yǒu)关,测量策略与人有(yǒu)关,不合理(lǐ)就会导致检测质量及结果的可(kě)信度降低,影响到产品的质量.根据CMM测量的特点,其通用(yòng)的测量策略要考虑的因素包括:在工件上选取被测的特征;在坐(zuò)标系统内定义工件基准;选择工件方向;选择工件固定方法;标定测头;定出探测策略;坐(zuò)标测量机编程;记录评价信息等,本文(wén)仅对探测策略展开讨论.
重视测量方法的误差.如CMM用(yòng)于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量,國(guó)标形位误差的测量方法种类有(yǒu)100余种,如果用(yòng)户采用(yòng)的检测原则和方法不当,便会造成测量方法误差.因此,用(yòng)户一定要熟悉并严格遵循GB1958-80《形状和位置公差检测规定》中规定的测量方法来检测工件.
正确选择探测点数量及探测位置.被加工的零件往往是一些标准几何特征的组合,这些特征的几何性质可(kě)通过许多(duō)测量点用(yòng)拟合的办法得出,為(wèi)了测量的目的,每种特征在数學(xué)上均定义了少测点数,例如两点定义一条直線(xiàn)、三点定义一个圆,但三点测圆不会提供形状的信息,為(wèi)了实用(yòng)的目的用(yòng)坐(zuò)标测量机测量时通常选择的测点多(duō)于少点数,以求出表面的几何误差(见表1),探测位置的安排并不需要在被测表面上等距分(fēn)布但要求均匀分(fēn)布,这样保持输入到软件的数据能(néng)真代表被测特征的特性,测点不要过于规律分(fēn)布,以防可(kě)能(néng)和机械加工工序中存在的系统或周期误差相一致.测量的数据应当反映被测特征的特性,為(wèi)得到可(kě)靠的结果数据不宜太少,测点的恰当分(fēn)布可(kě)以防止带来不可(kě)靠的根据而导致错误的结果.

确定合适的测点数量,恰当分(fēn)布的CMM测点数越多(duō)结论越可(kě)靠,但测点越多(duō)花(huā)费的时间必然越長(cháng).测量时测点不可(kě)太少,也不宜太多(duō),否则引起测量效率下降或者引起条件漂移造成误差,用(yòng)户须在所要求的精度和速度等方面作出经济性的选择,同时注意由于局部特征造成的问题(如表面粗糙度精度不够等),英國(guó)标准研究院标准BS7172:1989推荐的每种特征测点数.

数值分(fēn)析环节可(kě)以适当高估重要的量.CMM探测策略须考虑结果不确定度所受的影响,即使测点数相同,测点的相对位置相同,测量结果仍不相同,例如测量和重复测量同一个圆柱,在重新(xīn)定位前和后(绕圆柱轴線(xiàn)转一下),测点位置不同,表面采点區(qū)域不同(它们包含形状偏差),因而得到不同的测量结果;另外一种情况发生在特征检测时应离边缘多(duō)近,一个很(hěn)大的困难就是对这些不确定度估算的可(kě)靠性,特别是由相关特征的残差而得到的真实特征的大形状偏差(M FD)将毫无变化的低估,也许对于大形状偏差低估非常明显,因此测量结果产生偏倚,这个低估是由于有(yǒu)限的(通常是很(hěn)少的)点组被取样,这个偏倚是朝向非安.全的方向,若有(yǒu)可(kě)能(néng),為(wèi)了公差的目的,把这个重要的量过分(fēn)估计较好,对相关特征的参数(以及由相关特征推算出的量,例如两个球的中.心距等真实特征)亦可(kě)以作出报告,对给出的测量所作的估算可(kě)能(néng)对真实值低估或高估,那些真实值是从一个详加考虑的探测策略得到的。

 采用(yòng)定期检查的策略,定期检查的目的之一是确认零件物(wù)理(lǐ)尺寸的变化以及它们的影响是可(kě)靠的和被了解的,这样必要时可(kě)以对生产过程作出调整,比如针对一个特定特征(圆柱)等,作為(wèi)工业生产的零件我们可(kě)以使用(yòng)CMM对它进行规律性的测量,对这特征作一次(然后定期的)详细测量,从这些测量中可(kě)能(néng)推演出探测策略,这个策略对于目标不确定度是经济的而且可(kě)以知道它的影响,就会得到合适的结果,假设生产过程是恒定及慢速的产生变化,虽然通常零件的检测策略為(wèi)测10个测点,而在每个1000件时采100个测点,它们可(kě)以得到更為(wèi)详细的信息,这个信息可(kě)以用(yòng)作依据以前零件形状而生产所需详组数据的基础,它对质量控制也是有(yǒu)价值的,从上述简单例子中应当注意的是仅仅比通常的平均数多(duō)了百分(fēn)之一的测量(这个数因情况而异),但得到了批量生产的质量情况及不确定度,要得到理(lǐ)想的结果要根据设置及制造公差而定,借助上述方法企业可(kě)以监测生产过程的产品质量。

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