三座标测量机测量复杂形位公差的方法探讨

　　形位公差是设计思想的一个组成部分，是用来控制零件上某些要素的实际形状、实际方向或实际位置变化的技术要求。在国外的先进设计方法中，大量灵活运用形位公差标注表达对要素的控制，这样的方法较好地表达了产品的装配思想，对于控制产品质量起到良好作用，避免了标注精度过高造成的加工能力浪费。传统质量控制中，大量运用对尺寸公差的测量，对形位公差的测量，提高了对测量仪器和装备的要求。传统的形位公差一般采用指示表、V形块或专用位置度量具等进行测量，这些测量工具用于复杂形位公差的测量时有一定局限性。随着三坐标测量技术的普遍运用，三坐标测量机逐步取代了某些测量单一要素的计量仪器，尤其是在测量复杂形位公差上具有测量精度高、测量范围广、操作灵活方便、处理数据迅速准确、自动化程度高等特点，同时避免了由于测量人员不同导致测量结果存在差异的风险。

　　1三坐标测量机的工作原理

　　在几何学原理中，所有的几何要素都是由空间的点组成，所以对几何要素的测量可以归纳为对空间点的测量，因此精确采集空间点坐标，是评定任何几何要素的基础。三坐标测量机的基本原理是基于坐标测量的方法，将被测零件放入它允许的测量空间中，依据零件上的设计基准，建立一个空间坐标系，精确地测量出组成被测要素空间点的坐标值，将这些点的坐标数值经过测量软件处理，拟和形成测量元素，如直线、平面、圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，再经过测量软件得出其形状、位置公差及其他几何量的数据。

　　2孔、轴直径测量及误差评价方法

　　孔、轴是零件中最常见的结构要素，由于使用要求不同，对其测量方法和评判方法也不同。利用三坐标测量机进行孔、轴测量时，先采集表面各点的X、Y、Z空间坐标，然后通过测量软件的计算，得到孔、轴的位置坐标和直径。通常采用圆度来描述孔轴的形状误差，其评定方法最常见的有最小二乘法、最小区域法、最小外接圆法和最大内接圆法4种。其中，最小二乘法在三座标测量机中运用最为广泛。但是三坐标测量机得到的最小二乘半径是各个方向上孔或轴的平均半径，一方面它能有效减少测量中的较大误差，保证测量的准确性;另一方面能消除孔或轴中个别高点 (或低点) 对尺寸的影响。因此在对孔轴形状和尺寸误差进行判定的时候要考虑到孔轴的使用环境，尤其是是否存在配合和密封等关键因素。因为可能会出现被测的孔和与之相配的轴的测量尺寸都合格、而其配合却存在问题的现象。图 1 为孔和轴测量误差示意。由于被测元素存在圆度误差，使得最小二乘圆直径并非孔或轴的作用尺寸，因此，该数据不符合光滑工件尺寸验收的基本原则。