畢業(yè)論文---三坐標測量機在自動檢測中的應用

1、<p>　　目 錄 </p><p>　　序言 ------------------------------------------1</p><p>　　第一章 檢測技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢--------------------------3</p><p>　　第一節(jié) 檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢----------------------

2、--------4</p><p>　　第二章 檢測技術(shù)的發(fā)展史 ------------------------------ 6</p><p>　　第一節(jié) 提高效率的測量技術(shù) -----------------------------6</p><p>　　第二節(jié) 提高測量儀器的質(zhì)量 -----------------------------8

3、</p><p>　　第三章 在線檢測運用及發(fā)展方向結(jié)論 ----------------------9</p><p>　　第四章 結(jié)束語 -----------------------------------------11</p><p>　　致謝-------------------------------------------12</p&g

4、t;<p>　　參考文獻---------------------------------------12</p><p><b>　　序言</b></p><p>　　自古以來,人們就用到了幾何量測的標準量值及器具,人們驚異的發(fā)現(xiàn),古代人在建造長城,金字塔時所用的工具及量測方法都已經(jīng)迖到了很先進的水平,自工業(yè)化以來,尤其是國防軍工行業(yè)的需要,要求零件具

5、備高度互換性,對尺寸,位置和形狀公差的要求,推動了幾何量計量技術(shù)的發(fā)展.隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的發(fā)展,眾多制造業(yè)如汽車,機床及模具工業(yè)的涌現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的需要,快速量測數(shù)據(jù)是一個技術(shù)瓶頸,基于諸多方面的要求,促進和推動自動檢測技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中的應用有著十分重要的意義.</p><p>　　檢測技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢</p><p>　　簡要介紹了當今世界檢測技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國檢測裝備技術(shù)發(fā)

6、展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上討論了在我國加入WTO和對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國檢測技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國檢測技術(shù)及裝備的幾點看法。 </p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，檢測技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)

7、業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而檢測技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用檢測技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將檢測技術(shù)及檢測裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的檢測技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高

8、精尖”檢測關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以檢測技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。  檢測技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，檢測裝備是以檢測技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2</p><p&

9、gt;　　第一節(jié) 檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　檢測技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上檢測技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］。</p

10、><p>　　1．1  高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢  效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。  在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品

11、種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其它聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。  從EMO2001展會情況來

12、看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的H</p><p>　　第二章 檢測技術(shù)的發(fā)展史</p><p>　　工業(yè)革命的興起﹐伴隨著縱多制造也如汽車﹐機床及模具工業(yè)的涌現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的需要﹐在加工設備提高功效﹐

13、柔性化﹐通用化﹐而固定的﹐專用的或手動的工量具大大限制了大批量制造和復雜零件加工業(yè)的發(fā)展﹔平板加工高尺加卡尺的檢驗模式已完全不適用﹐所有這些促成了坐標測量機的出現(xiàn)﹐它的出現(xiàn)使測量效率有了很大的提高﹐但是水長船高﹐近十余年來，機床高速化的進展極為迅速。從測量領(lǐng)域來看，一部分測量儀器在高速化、自動化方面有了明顯的進步；但從整個行業(yè)來看，測量儀器高速化的進展遠遠滯后于機床行業(yè)，由此而往往造成工序之間的不平衡。提高測量效率和加強與其它工序的聯(lián)接

14、，使貨物流能順暢進行，這是縮短交貨日期的主要課題。在此前提下，縱觀本屆展覽會的測量儀器產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)，許多廠家推出了提高檢測速度、提高操作性能和功能多樣化的不同產(chǎn)品，它們的共同特點都是著重提高測量效率，許多新技術(shù)也是圍繞這一中心開發(fā)出來的。</p><p>　　第一節(jié) 提高效率的測量技術(shù)</p><p>　　1. 非接觸式高速形狀測量技術(shù)</p><p>　　汽車車

15、身或泵葉輪等大型零件的形狀測量，大都要求采用高速獲取三維位置數(shù)據(jù)的測試手段，迄今主要使用帶有多關(guān)節(jié)或水平懸臂式接觸測頭的三坐標測量機進行測量。但接觸式測量方法在測量大型零件時，將受到諸多限制，不利于提高測量效率。針對這種情況，本屆展覽會上展出了多種非接觸式測量方法，可對上述大型零件進行高密度高速測量。</p><p>　　日本東京精密公司開發(fā)了一種新型三坐標測量機，這是一種可移動式三維光學測量裝置，它利用干涉條紋

16、圖像和三角測量方式進行非接觸測量。機內(nèi)裝有三臺攝像機，可對220mm(縱向)×330mm(橫向)視野內(nèi)的物體位置坐標進行每秒最大密度為4點/mm2的掃描，30～40秒鐘即可計算處理完畢，測量精度為60µm。該機利用了一種新型數(shù)據(jù)處理技術(shù)，例如，按0.5mm間距測量相當于1000mm×1500mm的汽車車門的資料，包含各個測量工序在內(nèi)，總共只需40分鐘即可完成測量作業(yè)，并對數(shù)據(jù)進行解析處理。</p>

17、;<p>　　日本東京貿(mào)易工程系統(tǒng)公司展出的Comet系統(tǒng)也是一種可移動式非接觸三坐標測量機，該機雖然也利用三角測量原理，但卻可使作為測量指標的光柵條紋回轉(zhuǎn)，從而獲得多個等高線資料。這種測量方式不易受被測對象表面狀態(tài)的影響，可獲得較高的測量精度。</p><p>　　上述系統(tǒng)由于可在單位表面獲取三維位置數(shù)據(jù)，因此，與接觸式測量方式相比，可進行高速檢測作業(yè)。另外，由于非接觸測量不會增加測量受力，因此，

18、可對軟質(zhì)材料進行高精度測量。此類系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)，可比照CAD數(shù)據(jù)進行評價，因此，各公司必須設計工藝及相關(guān)的應用實例向用戶公開說明。這種可進行高密度高速測量的技術(shù)，可望應用于設計模型時的詳細數(shù)值化等逆向工程技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　　OPTON公司展出一種高速Moire 3D攝像機，它可高速獲取一定范圍內(nèi)的形狀資料，并進行計算，實時顯示測量結(jié)果。該機可按10000coma/秒的速度測量50×50～1

19、000×1000mm范圍內(nèi)的形狀。例如，可用于振動、位移解析或波面的觀察、在線測量等領(lǐng)域。</p><p>　　第二節(jié) 提高測量儀器的質(zhì)量</p><p>　　2.2.1. 提高測量水平與新型關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　伯阿脫公司在會上展出了一臺多傳感器三坐標測量機，該機采用了新的測量原理，機上配裝了稱作光纖測頭的微小球體，微小球體作為接觸式測頭使用；同

20、時，由于它同顯微鏡圖像處理的非接觸式測量裝置相連接，因此，可對微小孔的邊槽尺寸形狀進行高精度測量。利用此種新型測頭可對φ50～100µm的微小孔進行精密測量。微小球體端部的最小半徑為12.5µm，球體與光纖連接在一起，既可作為測頭使用，同時還可充作照明裝置。這種光纖測頭具有良好的撓曲特性，讓其接觸微小孔內(nèi)璧，通過光纖照明的球體位置，可由CCD傳感器檢測出來，進行圖像處理后，即可計算出小孔的尺寸、形狀。過去，測量微小盲

21、孔或深孔中間部位的尺寸、形狀，通常都采用CCD傳感器或激光傳感器，由于系垂直照明，光亮度有限，檢測時不能獲得足夠的光量，因此深孔中間部位的測量十分困難。伯阿脫公司的新型技術(shù)克服了迄今測量深孔尺寸、形狀的難點，非常便于在生產(chǎn)現(xiàn)場對微小零件進行多種測量和檢查。</p><p>　　Zygo公司展出了一臺非接觸式三坐標表面形狀測量機，型號為New Bure 5000，其縱向分辨率為0.1nm，可高速測量精密加工零件的微

22、細形狀。最大測量范圍為5.2mm×7.0mm，縱向最大測量范圍為5mm。與裝有掃描測頭顯微鏡等高分辨率的測量機相比，Zygo公司的新產(chǎn)品可在縱向和橫向的極廣范圍內(nèi)進行三維測量。該測量機利用了具有白色光干涉條紋的相位調(diào)制干涉方式和獨家開發(fā)的高速解析軟件等新技術(shù)，其縱向掃描速度為10.5µm/s，其特點是分辨率高，可進行較廣范圍的高速測量作業(yè)。</p><p>　　西鐵城鐘表公司與另一公司合作開發(fā)

23、出一種利用并行機構(gòu)的復合式載物臺，具有六自由度定位功能，深受觀眾注目。該機采用公司自制球軸承，載物臺堅固耐用，位置及置放形式易于控制。其行程如下：X、Y為25mm，Z為10mm，定位精度0.3µm。</p><p>　　上述各種測量機的復雜運動均能平穩(wěn)進行，并可保證良好的測量精度，對工作臺結(jié)構(gòu)也進行了大量改進，這些都是提高測量精度的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)。這些新的基礎(chǔ)技術(shù)使上述測量機有望廣泛應用于復雜曲面的加工

24、過程或微小零件及成組工程等的測量領(lǐng)域。</p><p>　　第三章 在線檢測運用及發(fā)展方向</p><p>　　"質(zhì)量文化的興起意味著工模具制造商及其子承包商不能再視檢測為包袱。"Delcam PowerINSPECT產(chǎn)品經(jīng)理Chris Lawrie評述道。"檢測現(xiàn)在是建立公司形象的一個基本要素。所以，檢測機床的在線檢測會很快而且更廣闊的滲入到各個行業(yè)。<

25、;/p><p>　　現(xiàn)在，檢測機床的在線檢測剛剛誕生，他還沒有被人們認識很接受， 但是我相信他會在不久的將來，融入到各個生產(chǎn)中去，像我們現(xiàn)在，利用自動檢測技術(shù)來實現(xiàn)檢測機床的在線對刀，這樣以來，代替了我們以往利用傳統(tǒng)測量工具（如千分表、定中心表、卡尺等）進行的測量，因其測量基準為被加工面，而不是直接的主軸基準，是一種過度基準，再加上傳統(tǒng)測量工具本身精度不高，同時人為測量操作隨機性誤差也較大，而我們運用自動在線對刀，既

26、節(jié)省時間，而且當于變成了一臺手動的三次元，而機床主軸的行程即為測頭的量程，且不受工件尺寸、形狀的限制，可以完成幾乎所有的測量工作在線測量屬直接測量，其定位基準就是主軸的錐孔，機床裝上測頭后相；還有我們利用應用絕對測量方式的在線檢測，把三坐標測測量機直接配置在生產(chǎn)在線的情況，最有代表性的例子還是把觸發(fā)式探頭用于檢測機床、加工中心，由于現(xiàn)成的檢測系統(tǒng)和專門的測量程序運行方便，所以大多用于檢測工件或刀具的位置、狀態(tài)。</p>&

27、lt;p>　　總之，自動檢測技術(shù)在檢測機床的運用，將更加普遍和廣泛，而且會隨著科技的不斷進步，更加人性化更加智慧化</p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</b></p><p>　　自動檢測技術(shù)在檢測機床中的運用的課題,遠不止本文所論述的，它涉及很多方面，我僅僅論述了其中小小一部分，還有好多需要鉆研和深討的問題；雖然自動檢測技術(shù)在檢測機床上的運用剛剛誕生，

28、但它并不代表對于這方面的研究離我們很遙遠，我們應該未雨綢繆，努力在這個方面鉆研，把我國現(xiàn)有機床進行結(jié)構(gòu)上的改造﹐并不斷開發(fā)適合于自動檢測技朮在檢測機床運用的軟件﹐既柔性化改造﹐為我國工業(yè)發(fā)展保駕護航，使我們的國有產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高﹐增加國有的競爭力。促使我國社會主義現(xiàn)代化建設快速健康的發(fā)展。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先﹐感

29、謝學院領(lǐng)導和系領(lǐng)導這三年來的細心培養(yǎng)和教育。</p><p>　　其次﹐本篇論文受到指導老師的細心指導﹐在指導過程中,老師的細心和耐心讓我時刻感覺如沐浴春風,在此 對指導老師表示由衷的感謝﹗</p><p>　　同時﹐感謝其它授課老師平日里對我的教育。</p><p>　　最后﹐感謝我的同學和朋友這三年來對我的關(guān)心和幫助﹐感謝父母多年的養(yǎng)育和支持。</p>

30、;<p><b>　　謝謝大家﹗</b></p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1、張國雄.三坐標測量機在汽車檢測中的應用.第三屆全國測試技術(shù)學會議論文集，哈爾濱，1993.天津大學出版社，1993</p><p>　　2、中國航空精密機械研究所產(chǎn)品樣本與技術(shù)數(shù)據(jù)</p

31、><p>　　3、北京市機電設計院產(chǎn)品樣板與技術(shù)數(shù)據(jù) </p><p>　　4、張德芬等.套裝式雙片簧三維模擬測頭的研制.儀器儀表學報。 </p><p>　　5、摘自《工具展望》，編譯作者：石明</p><p>　　6、尤德斐.1986.數(shù)字化測量技術(shù)及儀器.北京：機械工業(yè)出版