[發(fā)明專利]一種金屬零件外輪廓形狀的測量方法及加工精度的檢測方法

無效

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• 申請日: 2009-12-07
• 公開（公告）號: CN101745845A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 王振龍;遲關心;李茂盛;黃海鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20;G01B7/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬零件外輪廓形狀的測量方法及加工精度的檢測方法，具體涉及具 有自由曲面輪廓特征的金屬零件的精度檢測方法。

背景技術

一般在零件的質(zhì)量檢測中，首先需要檢查其外輪廓尺寸是否符合設計要求；如果超出 設計公差范圍，即屬于不合格品。如果檢測零件作為其它零件的檢測標準或用于加工別的 零件時，對其外輪廓尺寸的精度要求更為嚴格；以電火花成形加工為例，成型電極的精度 好壞直接影響加工零件的精度，如果檢測零件不符合設計要求，勢必導致相應的加工零件 或待檢測工件單件或成批出現(xiàn)超差。因此，對該類型零件的精度檢測，具有十分重要的意 義。

目前傳統(tǒng)檢測零件精度的方法有：游標卡尺和千分尺測量法、樣板測量法、非接觸測 量法、傳統(tǒng)接觸測量法等。

游標卡尺及千分尺測量法作為一般零件的檢測工具，得到了廣泛的應用；但是這些工 具的檢測精度，一是受到工具本身檢測精度的限制；二是受到操作人員的主觀因素影響； 三是對于復雜形狀物體或不方便檢測物體，具體指具有非規(guī)則特征的物體或半封閉凹槽等 物體，也難于檢測。樣板檢測方法：該測量法是一種最為經(jīng)典的精度檢測方法，特別是針 對具有非規(guī)則特征的復雜物體。它是利用設計時的特征參數(shù)制造具有相應檢測特征的樣 板，通過在相應位置觀察樣板與被測截面之間的透光量來判斷零件的形狀誤差；該方法簡 單，直觀，是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中較為常用的接觸式檢驗手段。由于其檢驗時需要借助人眼判 斷透光量，所以操作人員的主觀因素在很大程度上影響檢測精度。當零件的形狀較為復雜 時，在不同的截面上具有不同的外形輪廓時；需要制作大量的截面樣板，成本很高。傳統(tǒng) 接觸式測量法：該測量法主要是利用三坐標測量機的觸發(fā)式測頭(有各種不同直徑和形狀 的測頭)逐點捕捉工件表面數(shù)據(jù)。這是目前應用最廣的自由曲面三維模型數(shù)字化方法之一。 該方法的測量原理可以描述如下：觸發(fā)式測頭接觸檢測零件表面后，在接觸力的作用下產(chǎn) 生變形從而使得測控電路通斷，進而發(fā)出聲光信號來指示數(shù)據(jù)采集工作的。對于沒有復雜 內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸多，只有少量特征的零件，該測量方法非常有效。其缺點主要表 現(xiàn)在：該種原理使得測頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，制造難度大，成本高；由于該方法是接觸式測 量，易于損傷探頭和劃傷被測零件表面，不能對軟質(zhì)材料和超薄形零件進行測量，對細微 部分測量精度也受影響，應用范圍受到限制，由于測頭的半徑而存在三維補償問題；價格 較高，對使用環(huán)境有一定要求；測量速度慢，效率低。而且針對深窄槽類零件，采用觸發(fā) 式測量方法并不理想，甚至由于測頭過大或探針太短，根本無法測量。非接觸式測量法， 該測量法是根據(jù)采用傳感器的不同分為光學測量，該方法可進一步分為激光三角法測量、 掃描測量、視覺測量、激光聚焦測量和超聲測量等。光學測量法中根據(jù)光束的提供方式又 可分為被動測量和主動測量兩種方法。其中，被動測量法，所述該測量法不向被測物體發(fā) 射可控光束，該測量法中的立體視覺法較有前途；主動測量法，該測量法向被測物體發(fā)射 可控光束，該測量法中的主動三角法近年來研究較多，是發(fā)展較為成熟的一種方法。無論 被動測量法還是主動測量法，均具有非接觸、測量速度快的優(yōu)點。但用光學測量法測量物 體，并不是測量物體本身的幾何形狀，而是所“看”到的物體像的光學反差結(jié)構(gòu)，除了物 體的尺寸特性外，物體的輻射特性對測量結(jié)果也有較大影響。有一系列因素，如照明情況、 表面狀態(tài)反射情況、陰影、擋光、對譜線吸引情況等，都會引入附加誤差，所以測量精度 與接觸式測量法比較，其精度較低；另外，對于零件的半封閉曲面及內(nèi)部輪廓的測量并不 理想甚至無法測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有零件外輪廓尺寸的測量方法存在的受零件外輪廓形狀和零件材質(zhì)的 輻射性的限制而導致的測量精度低的問題，本發(fā)明提供一種金屬零件外輪廓形狀的測量方 法及加工精度的檢測方法。

本發(fā)明的一種金屬零件外輪廓形狀的測量方法為：

步驟一：將待測金屬零件安裝在數(shù)控機床的數(shù)控軸上，并使測頭的前端測針的末端距 離待測金屬零件表面的距離大于10μm；

步驟二：在測頭與金屬零件之間施加5V直流電壓；

步驟三：在金屬零件的待測量的表面上選擇多個測量點；

步驟四：逐一獲取每個測量點的坐標參數(shù)，完成金屬零件外形尺寸參數(shù)的測量，每個 測量點的坐標參數(shù)的獲得過程為：

步驟四一：將測頭移動到法線上，所述法線為待測點所在面的、并且穿過所述待測點 的法線；