角度測(cè)量?jī)x器在大工件測(cè)量中應(yīng)用

隨著大型極端制造技術(shù)的發(fā)展，大工件形狀越來(lái)越復(fù)雜、精度要求越來(lái)越高，這些都對(duì)測(cè)量和質(zhì)量保障提出了要求，盡管目前出現(xiàn)了多種高精度、大范圍的測(cè)量技術(shù)和儀器，但由于大工件自身要求和環(huán)境等方面的約束，在實(shí)際測(cè)量與質(zhì)量控制過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，這里就一些主要問(wèn)題展開初步討論，以起到拋磚引玉的作用。
　　
　　什么是大工件
　　
　　目前對(duì)大工件的概念并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義。一般認(rèn)為，大工件就是具有一定測(cè)量精度要求，體量特別大，找不到合適固定坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的工件。
　　
　　但從目前大型機(jī)械極端制造的角度看，大工件可以從以下兩個(gè)方面大致框定：①工件一般由機(jī)加工成形或機(jī)加工件裝配成形，其被測(cè)量?jī)?nèi)容不僅包括尺寸，還包括幾何公差（俗稱形位公差）。測(cè)量精度和幾何公差的測(cè)量要求是大工件的第一個(gè)特征，它在相當(dāng)程度上制約了諸如經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器以及一般光學(xué)（包括激光）測(cè)量方法的應(yīng)用；②其形狀和體量是目前常規(guī)尺寸的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所無(wú)法應(yīng)對(duì)的。這里強(qiáng)調(diào)的是常規(guī)尺寸，不包括專用的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。在這種情況下，移動(dòng)測(cè)量就成為了大工件測(cè)量的第二個(gè)特征。
　　
　　所以說(shuō)，大工件應(yīng)該是精度和體量的統(tǒng)一體。如果一定要從尺寸上來(lái)區(qū)分的話，也許以2m體量起，有機(jī)加工精度要求的機(jī)械零件就可以認(rèn)為是大工件。比較典型的如大型注塑機(jī)殼體（2000mm×2000mm×800mm）、小的風(fēng)電輪轂(球徑3000mm左右)等，而且其孔系的位置度要求非常高（0.03mm左右），能應(yīng)對(duì)其長(zhǎng)寬高體量特征和測(cè)量精度的常規(guī)固定式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已不多。
　　
　　以此類推，那么汽車白車身這一類工件的測(cè)量則不被認(rèn)為是大工件，因?yàn)橐呀?jīng)有成系列的專用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，同時(shí)由于是鈑金成形及拼接件，其總體精度與機(jī)加工件相比還有一定的差距。而在白車身車間的那些在線測(cè)量工具，其檢測(cè)與調(diào)整則常被認(rèn)為是大工件，因?yàn)樗鼈円话愣紩?huì)用到移動(dòng)測(cè)量工具。
　　
　　大工件的常用測(cè)量手段
　　
　　從對(duì)大工件的初步定義來(lái)看，其測(cè)量手段應(yīng)具有三種功能：①具有足夠的精度，即根據(jù)測(cè)量精度分配的原則和要求，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量情況，當(dāng)在圖紙規(guī)范的1/3～1/10；②具有移動(dòng)性，并能在多次定位（俗稱轉(zhuǎn)站、蛙跳等）情況下保證測(cè)量精度；③具有坐標(biāo)測(cè)量功能，即配備有幾何數(shù)字測(cè)量軟件功能，能進(jìn)行采樣測(cè)量、幾何要素?cái)M合、測(cè)量坐標(biāo)和評(píng)定基準(zhǔn)構(gòu)建、尺寸計(jì)算和公差評(píng)定、幾何公差計(jì)算和評(píng)定等。
　　
　　目前市場(chǎng)上滿足上述要求的測(cè)量手段主要有：激光跟蹤儀、便攜式測(cè)量臂（俗稱關(guān)節(jié)臂）、3D攝影測(cè)量系統(tǒng)等。
　　
　　事實(shí)上，從這些測(cè)量?jī)x器的測(cè)量原理來(lái)看，都是通過(guò)對(duì)被測(cè)幾何特征上點(diǎn)的提取、采樣、擬合、計(jì)算和評(píng)定來(lái)完成測(cè)量工作的，都屬于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)范疇。
　　
　　但各種測(cè)量?jī)x器有其各自的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，當(dāng)然價(jià)格也有差別，下面就此作義簡(jiǎn)單比較：
　　
　　1.激光跟蹤儀
　　
　　這是目前測(cè)量精度最高的大工件幾何尺寸和幾何公差測(cè)量工具，而且一次定位的測(cè)量范圍最大（目前最大的可達(dá)球徑60m）。此外，通過(guò)隱藏點(diǎn)（如Leica的T－probe）和掃描附件（如Lecia的T－Scan）的配置，應(yīng)用范圍十分廣。此外，激光跟蹤儀的自動(dòng)跟蹤功能，使其還具有動(dòng)態(tài)測(cè)量的功能，在相關(guān)附件的配合下（如Lecia的T－MAC）,能完成物體的空間6D測(cè)量與評(píng)定。
　　
　　2.便攜式測(cè)量臂
　　
　　這類測(cè)量裝置的精度相對(duì)較低，一次定位的測(cè)量范圍也較?。ㄒ话氵_(dá)1.5m球徑左右），同時(shí)由于其多關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，精度保持性相對(duì)較差，一般用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等精度要求較低的場(chǎng)合。
　　
　　3.3D攝影測(cè)量系統(tǒng)
　　
　　這類通過(guò)攝影及靶標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量和拼接的系統(tǒng)，其測(cè)量精度比較低，但其測(cè)量速度遠(yuǎn)高于使用單點(diǎn)測(cè)量方法的上述兩種儀器，不僅能作為移動(dòng)測(cè)量，也可以用于生產(chǎn)線中的在線測(cè)量工位，其主要功能為形面的快速測(cè)量和評(píng)定。這類儀器逆向工程中也有較廣泛的應(yīng)用。
　　
　　大工件測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：①幾何測(cè)量和評(píng)定（GD＆T）：對(duì)已加工幾何特征的檢測(cè)，包括尺寸公差、幾何公差的測(cè)量和評(píng)定等；②測(cè)量輔助加工（MAM：MeasurementAidedMachining）:主要用于大型工件在加工過(guò)程中的測(cè)量、安裝調(diào)整及在線檢驗(yàn)等；③測(cè)量輔助裝配（MAA：MeasurementAidedAssemble）:主要用于大型部件裝配過(guò)程中調(diào)整的輔助測(cè)量。
　　
　　隨著大型極端制造技術(shù)和工藝的發(fā)展，后兩類在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輔助需求正變得越來(lái)越多，特別是在核電站、船舶、航空、航天等有高精度要求的領(lǐng)域。
　　
　　影響大工件測(cè)量的因素
　　
　　從一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)看，目前大工件測(cè)量可以說(shuō)問(wèn)題很多，而且相互交織。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
　　
　　1.測(cè)量?jī)x器的精度問(wèn)題
　　
　　目前對(duì)移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)精度檢定在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范上還未完善，即使已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其檢驗(yàn)的條件并不與實(shí)際應(yīng)用相符，因此在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用時(shí)的精度狀況是一個(gè)值得我們關(guān)注的重要問(wèn)題。
　　
　　2.被測(cè)對(duì)象的影響
　　
　　這里包括工件被測(cè)表面的質(zhì)量、它將直接影響測(cè)點(diǎn)的采集。此外，當(dāng)需要多個(gè)方位測(cè)量時(shí)，測(cè)量轉(zhuǎn)站給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響是不可避免的，盡可能多和分散的公共點(diǎn)分布將有利于減少轉(zhuǎn)站引起的誤差
　　
　　3.溫度對(duì)測(cè)量的影響
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件下溫度的變化是目前大工件測(cè)量中最容易忽略，也是最致命的一個(gè)問(wèn)題。如果工件無(wú)法等溫，那么對(duì)于具有很大熱容量的工件而言，在測(cè)量時(shí)其實(shí)際的尺寸狀況是不穩(wěn)定的，其造成的影響就會(huì)難以估計(jì)，這也將是整個(gè)測(cè)量工藝中需要認(rèn)真考慮的一個(gè)問(wèn)題。
　　
　　4.測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的影響
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在地面振動(dòng)對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響。
　　
　　5.測(cè)量工藝規(guī)范的影響
　　
　　傳統(tǒng)測(cè)量方法，特別是對(duì)幾何公差的測(cè)量都已成熟，并有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范可以參照，但坐標(biāo)測(cè)量方面的規(guī)范目前還未形成，因此這將是影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性、復(fù)現(xiàn)性和再現(xiàn)性的最根本因素，也恰恰是目前大工件甚至是整個(gè)坐標(biāo)測(cè)量領(lǐng)域沒(méi)引起足夠重視的一個(gè)方面。還會(huì)嚴(yán)重影響工作效率。
　　
　　6.測(cè)量人員的影響
　　
　　由于大工件測(cè)量過(guò)程一般都是人工操作，因此操作人員的水平直接影響了整個(gè)測(cè)量原始數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量。此外，在對(duì)測(cè)量要求和測(cè)量工藝的理解、對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)量過(guò)程的感知、對(duì)測(cè)量結(jié)果的判斷等方面，對(duì)大工件測(cè)量人員的技能和經(jīng)驗(yàn)方面的要求遠(yuǎn)高于一般的固定式三坐標(biāo)測(cè)量人員，盡管從理論上講他們都是在操作坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。
　　
　　從上面我們可以看到，要想控制大工件的測(cè)量質(zhì)量，其根本在測(cè)量人員的技術(shù)素養(yǎng)和測(cè)量工藝規(guī)范的制訂，以及對(duì)測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA：MeasurementSystemsAnalysis）技術(shù)的應(yīng)用。
　　
　　國(guó)企在坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題
　　
　　從目前國(guó)內(nèi)制造企業(yè)在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用情況來(lái)看，問(wèn)題很多，而大工件測(cè)量由于其測(cè)量精度、測(cè)量體量和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等特點(diǎn)，其所暴露出來(lái)的問(wèn)題就更為全面和嚴(yán)重。
　　
　　首先，企業(yè)對(duì)新技術(shù)的了解和掌握程度有待提高。相當(dāng)多的企業(yè)并不了解大工件的數(shù)字坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)，在進(jìn)行許多高精度幾何測(cè)量時(shí)，還在沿用原來(lái)的方法，如全站儀、經(jīng)緯儀、水平儀，以及一般常規(guī)的光學(xué)方法，這不但影響了測(cè)量精度，同時(shí)也影響了測(cè)量的效率。
　　
　　其次，整個(gè)制造業(yè)對(duì)坐標(biāo)測(cè)量人員技術(shù)要求缺乏理解。大工件對(duì)測(cè)量人員本身的技術(shù)要求非常高，如果以職稱來(lái)衡量，那么至少需要能獨(dú)擋一面的測(cè)量工程師，即具有理論知識(shí)、操作技能和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等。
　　
　　最后，就是企業(yè)對(duì)測(cè)量過(guò)程管理方面的要求認(rèn)識(shí)明顯不夠。數(shù)字測(cè)量是產(chǎn)品幾何尺寸的公差過(guò)程控制的源頭，但許多企業(yè)將坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備作為一種擺設(shè)，這實(shí)際上是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不重視。