本站原创摘 要 ：本文阐述了利用具有CNC影像测量系统的3D多感应测量仪检测的新方法,同时与常用平台测量方法对比,说明利用CNC影像测量是更准确、便捷的测量方法.实现检测自动化和人工智能化,工作效率大幅度提高.
关 键 词 ： CNC非接触式影像测量 平台测量 位置度 测量不确定度
前言：我公司所用模具种类多精度高,生产某产品钢环密封装置的电器元件是关键部位,在检测时出现困难.此钻模板圆孔的直径仅为 、 而现在我们暂无此行程的内径百分表,圆孔直径无法检测,并且形位误差在平台测量中也是难点.而三坐标探针测量时有一定的回程范围, 由于钻模孔太小探针无法进行回程,所以不能使用三坐标进行测量.我们经过深入研究利用具有CNC非接触式影像测量系统的3D多感应测量仪这一先进的图像信息处理技术,实现工件自动定位、自动测圆、自动寻边采集数据,完成了钻模的检测任务.测量时排除人为因素,使测量直观、准确,而且精度高、速度快.
一、常用平台测量的方法
采用平台测量该钻模板尺寸为间接测量,要经过函数计算现将原检测方法作以说明.
1、首先测量中心距,将Ф2.5的两个圆棒插入圆孔用千分尺测得Ф2.5圆的中心距,但由于圆孔和圆棒之间为间隙配合,所以测量的尺寸偏小一些.
2、测量Ф50圆,利用Φ3.1的圆棒同理测得Ф50的直径.如果两个Φ3.1圆和中间基准圆的三个圆心不在同一直线上,那么Ф50的测量值误差就大.
3、测量α的角度,按上述方法测得弦长L、R1、R,通过余弦定理计算得出α值.这一测量结果也有一定的函数计算误差.
4、位置度的测量,将钻模装夹在方箱上,用打表法将对应的两个Φ3.1圆调平建立基准,分别测得各孔的坐标值差值Δx1、Δy1,经计算f1等于2 得到各孔圆的位置度的计算值.这一测量方法需要有经验的人员才能测得准确.
5.测量的位置度结果为 Ф0.07
6.对位置度测量结果的不确定度分析
影响测量结果的因素有（1）测量重复性 （2）千分尺的示值误差 （3）杠杆百分表的示值误差（4）平板平面度（5）被测件与杠杆百分表的温度差等几方面
经计算扩展不确定度 U 95等于t95（93）×uc等于1.984×3.686等于7.313μm
从上述测量方法中不难看出,此种测量的弊端在于不能准确地测量每一圆孔的圆心坐标及其准确位置.测量结果的重复性及稳定性不高,检测人员的水平也直接影响测量准确度.因此该测量方法不适合高精度测量需要改进.
二、利用CNC测量系统开展检测的方法
CNC测量系统是利用ICCD器件和光学系统将显微图像光电化、辅以计算机图像处理技术组成的新型测量系统.该系统通过计算机控制的CCD光敏元阵列将被测件空间分布的轮廓转换成按时序分布的视频信号送往图像处理单元,在即时测量状态下进行数据处理输出结果.而3D多感应测量仪具有CCD摄像系统的测量仪器,我们开发其功能应用于此钻模板测量,测量结果更为准确,具体方法是将钻模板置于万能工具显微镜的玻璃工作台上,手动采点,自动找正,使测量基准与设计基准一致,CCD镜头的影像显示区显示量具的轮廓边界放大近50倍,使影像更清晰.调用程序快捷键可逐一采点,直接显示直径实际尺寸,录入公差可自动判断是否合格.测量步骤如下：
1.确定原点位置
测中心圆O1 将其定为坐标原点,与技术图纸规定的中心圆的圆心为基准的要求相同,使测量基准与设计基准保持一致.经过软件开发CNC非接触式影像测量系统可直接测量所需圆的半径及其圆心坐标值,采点数为1～500像点,排除了圆弧形状误差的影响,使圆弧测量值更准确.
2.建立坐标系
测量原点上方圆O2,将圆O2与圆O1两圆心点的连线设定基准轴为X轴,建立一个二维坐标系.每一孔的测量都是在这一坐标系下进行测量,控制系统将计算测量结果.
3.各参数进行测量
按顺时针方向依次测圆,即得到每个圆的圆心坐标值、圆的直径和相应的参数.如：调用程序中测量要素Angle可计算出当前圆与上一圆圆心的夹角α；调用程序中测量要素Distance可直接测得两圆的孔心距,以此类推逐一进行测量.
4.位置度的测量
按上述方法可准确测量各圆心的坐标值,调用程序中测量要素Position,控制系统将计算出当前圆孔对基准轴圆孔心的位置度.仪器控制系统软件执行GB1958-80 形状和位置公差检测规定的标准,控制系统自动计算位置度误差的结果.然后将零件翻转180°置于工作台上,按以上方法得到另一组各孔的位置度误差值,从正、反两面测量中,取得最大值作为该零件的位置度误差值.
5.程序化操作
此次测量中关键是基准的选择和坐标系的建立,测量后可将仪器操作步骤编制程序.如果大量生产同类量具时可直接调用程序测量系统将自动寻边采点,实现检测自动化.
6.测量的位置度为 Ф0.05
7.对位置度测量结果的不确定度分析
影响测量结果的因素有（1）测量重复性 （2）万能工具显微镜示值误差 （3）被测件与万能工具显微镜光栅尺线膨胀系数差 （4）由被测件与万能工具显微镜标尺的温度差等几方面
经计算扩展不确定度
U 95等于2.01×1.064等于2.139μm
该测量方法省去复杂函数计算,精确获取各参数的测量数据,编程后可批量测量.工件可任意方向放置在工作台上,无须调整找正,保证了测量精度.采用此方法只有仪器的系统误差很小,而无其它人为因素的误差,测量快捷,准确.
三、对比结果
现将位置度的两种测量方法的有关数据进行对比,对比结果如下表：
技术图纸规定钻模板的位置度公差为±0.07mm,采用平台测量和CNC测量系统测量的两种方法均在被测零件（1/3～1/10）公差范围内满足测量要求.但通过比较不难看出利用CNC影像测量系统检测排除人为因素,测量人工智能化,其重复性和稳定性也优于平台测量,测量结果直观、准确.
四、结束语
随着新产品的不断开发,原有的一些检测方法已远远不适应新型量具的检测,CNC非接触式影像测量系统将发挥其先进性,此种测量方法在测量中与被测件无机械接触,无测力,无磨损,所以精度易于保证,尤其对微小件,软材料或薄形零件不失为一种好方法.我们将进一步开发其检测功能,以完成更高精度的检测任务.