三坐标测量对于白车身检测的应用毕业设计论文.docx
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三坐标测量对于白车身检测的应用毕业设计论文
目录
摘要。
2
前言3
1三坐标测量机的组成及工作原理4
1.1三坐标测量机的简介4
1.2三坐标测量机的组成4
1.3三坐标测量机的工作原理4
1.4三坐标测量机的分类4
1.4.1按技术水平分类4
1.4.2按测量范围分类5
1.4.3按CMM的精度分类5
1.4.4按CMM的结构形式分类5
2坐标测量机在白车身检测中应用原理6
2.1车身检测的概念及特点6
2.1.1车身检测的概念6
2.1.2车身检测的特点6
2.1.3车身检测的意义6
2.2三坐标测量机在白车身检测中的应用7
2.3三坐标测量机在白车身检测中的功能原理7
3三坐标测量机检测白车身的方法及结果分析8
3.1车身制造偏差的来源8
3.2车身质量对汽车整体功能有很大的影响8
3.3三坐标测量机检测白车身的方法8
3.3.1检测步骤8
3.3.2对测量软件进行保存并输出测量值进行结果分析10
4三坐标测量机在检测过程中的维护及注意事项12
4.1三坐标测量机的维护及保养12
4.1.1开机前的准备12
4.1.2工作过程中12
4.1.3操作结束后12
4.2三坐标测量机保养时的注意事项13
4.2.1机械部分13
4.2.2电器部分13
4.2.3工作环境14
4.3重要信息14
结论15
谢辞16
参考文献17
附录一18
附录二22
三坐标测量对于白车身检测的应用
摘要：
从现代测量技术发展趋势和面向市场与用户、服务于加工制造现场、测量与加工制造过程融合集成的新动向入手，在充分借鉴国内外相关处理技术与设计理念的基础上，针对我国一般汽车工业的实际情况对三坐标测量技术在白车身测量方面的应用作了详细的介绍。
涉及及到三坐标测量技术的组成及原理，其中着重介绍了对于白车身测量的具体步骤和方法。
并对三坐标测量技术的发展进行了展望。
它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。
关键词：
三坐标测量机，应用，白车身，检测
Abstract:
Fromthemodernsurveytechnologicaldevelopmenttendencyandfacethemarketandtheuser,servestotheprocessingmakesthescene,thesurveyandtheprocessingmanufactureprocessfusionintegrationnewtrendobtains,infullyprofitsfromthedomesticandforeigncorrelationsprocessingtechnologyandinthedesignideafoundation,shouldserveasthedetailedintroductioninviewofourcountrycommonautomobileindustryactualsituationtothreecoordinatessurveystechnologyinthewhiteautomobilebodysurveyaspect.Involvesandtothreecoordinatessurveystechnologycompositionandtheprinciple,emphaticallyintroducedsurveystheconcretestepandthemethodregardingthewhiteautomobilebody.Andhascarriedontheforecasttothreecoordinatessurveystechnologydevelopment.Itwillmakeintheenterpriseinthemodernageandthefuturetoobtainthemoreandmorewidespreadapplication.
Keywords:
Threecoordinatesmeasuringengine,Using,Whiteautomobilebody,Examination
前言
当今信息技术已经成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术。
如何用先进的信息技术来提升、改造我国的传统制造业，实现生产力跨越式发展的战略结构调整，是装备制造业面临的一项紧迫任务。
著名科学家钱学森先生曾指出：
“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。
测量技术是关键和基础。
”采用适度先进的信息化数字测量技术和产品来迅速提升装备制造业水平，是当前一个重要的发展方向。
国内外许多著名量仪量具制造厂商在近年来的CIMT展览会上展示了他们所取得的部分科研成果，所展现的现代测量技术发展趋势和面向市场与用户、服务于加工制造现场、测量与加工制造过程融合集成的新动向，值得我们高度重视和密切关注。
三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备已经有了几十年的发展历史,其在工业生产领域中的使用越来越为广泛,也越来越受到生产型企业的重视。
随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展，为三坐标测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。
其作为精密测量仪器的基本型主导产品，继续在机械制造业中得到重视和发展。
以三坐标测量机为代表的精密测量仪器进入车间、服务于生产现场是发展的一个重要趋势。
车身检测是汽车工业中关于零部件检测的重要部分，该项检测直接关系着整车的外观和质量。
三坐标测量机普遍具有高精度、高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力，尤其是丰富的、不断扩展的软件功能，目前愈来愈多的应用于汽车车身检测中。
1三坐标测量机的组成及工作原理
1.1三坐标测量机的简介
三坐标测量机简称CMM，用于车身测量的水平臂式三坐标测量机、用于车间环境的多功能（测量和划线）测量机，所配备的测量软件可进行自动和手动测量，对于双臂机型的两个单臂可进行组合测量，并具有防碰撞功能。
配备ARCOCADplus测量软件可与CAD系统连接，直接读入IGES等常用格式的工件模型控制测量系统以完成相应的测量工作。
1.2三坐标测量机的组成
1—工作台2—移动桥架3—中央滑架4—Z轴5—测头6—电子系统
三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。
机械系统：
一般由三个正交的直线运动轴构成。
X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。
三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。
人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。
用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。
电子系统：
一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。
1.3三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。
它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差的测量技术。
从原理上说，它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。
1.4三坐标测量机的分类
1.4.1按技术水平分类
1．数字显示及打印型
这类CMM主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被陶汰。
2．带有计算机进行数据处理型
这类CMM技术水平略高，目前应用较多。
其测量仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作。
3．计算机数字控制型
这类CMM技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量。
1.4.2按测量范围分类
1．小型坐标测量机
这类CMM在其最长一个坐标轴方向（一般为X轴方向）上的测量范围小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。
2．中型坐标测量机
这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为500～2000mm，是应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。
3．大型坐标测量机
这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。
1.4.3按CMM的精度分类
精密型CMM、中精度CMM、低精度CMM。
1.4.4按CMM的结构形式分类
按照结构形式，CMM可分为移动桥式、固定桥式、龙门式、悬臂式、立柱式等。
2坐标测量机在白车身检测中应用原理
制造业中的三质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致。
但是，保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。
建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量，获得信息后，分析和反馈数据到生产过程中，使之成为持续提高产品质量的有效工具。
车身检测是汽车工业中关于零部件检测的重要部分，该项检测直接关系着整车的外观和质量。
三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务得以简单、实效化。
三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，并且三坐标测量机普遍具有高精度、高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力，尤其是丰富的、不断扩展的软件功能，目前愈来愈多的应用于汽车车身检测中。
2.1车身检测的概念及特点
2.1.1车身检测的概念
车身检测是通过一定的方法或手段，去获取车身某些控制点、工艺孔的数值，并与原始的车身标准数值进行比较的一种检查方式。
对于白车身的测量，就需要大量的连续的测量点对产品进行准确定义。
2.1.2车身检测的特点
汽车车身在加工和工艺装配的过程中，由于各种主客观因素都会存在各种各样的误差，除了操作者本身的技能和经验等主观因素的影响外，还有一些由于检测方法本身所造成的影响。
有两种比较典型的情况：
一、车身及其组成的各种零部件大多为钣金件，工件的刚性一般较差，且车身表面上的各种孔和相对尺寸受地球引力的影响而处于变形状态，若使用传统的测量方式和夹具方法往往对这种自然变形无法测量和评价，即使测量和评价，也会出现较大的偏差。
其二、汽车车身装配件是多工种加工件组装的系统，很难避免在单件检测时存在偏差。
鉴于上述原因，对车身检测的要求主要有：
定位合理；孔的检测包含两项内容：
孔径大小，孔的位置；外形检查：
由于该类零件轮廓普遍呈自由曲面、不规则等特征，需要根据具体情况采取多种方式；以划线方式检查工件的轮廓，情况与检查孔相似；待测零件需要夹紧。
传统检具一般只针对一项参数检验，多为手工操作，工作效率不高。
另外，传统的检具及检测用夹具存在诸多的不足，不具备监控生产线上运行情况的能力，所以在车身等大型焊接件的检测及测量应用中，传统检具已渐渐失去主导地位，取而代之的是高精度的三坐标测量机。
2.1.3车身检测的意义
将过去靠肉眼无法分辨的表面缺陷直接标记在车身上，使白车身进入喷漆工序之前即可对缺陷处进行打磨，节省了表面喷涂过程中的打磨工序，既节约了大量制造成本，同时又提高了车身的表面质量。
2.2三坐标测量机在白车身检测中的应用
三坐标测量机是通过探头系统与工件的相对移动，来探测工件表面点三维坐标的测量系统。
除测量机主体部分外，系统还包括输送、装夹等辅助环节，并必须在测量软件的配合下才能完成要求的测量任务。
三坐标测量机普遍具有高精度、高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力，尤其是丰富的、不断扩展的软件功能，这一切使CMM在车身质量控制中发挥了愈来愈大的作用。
焊接件并不是每种都需要进行检验的，但在必须受控的那些车身总成，利用三坐标测量机则必须进行检查。
用于生产过程中检测的三坐标测量系统事实上已成为工艺过程的一个组成部分。
2.3三坐标测量机在白车身检测中的功能原理
简单地说，三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测头元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台（大型和巨型不一定有），测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。
显然这是最简单、最原始的测量机。
有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。
测量机的采点发讯装置是测头，在沿X、Y、Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。
其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。
因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。
3三坐标测量机检测白车身的方法及结果分析
3.1车身制造偏差的来源
汽车车身的制造工艺是一个非常复杂的过程，通常由300~500多个具有复杂空间曲面的薄板冲压零件，在有近100个装配工位的生产线上大批量、快节奏地焊装而成；同时车体装配又为一种多层次体系结构，若干零件经焊装成为分总成，分总成又变成下一层装配中的零件。
因此中间环节众多，制造偏差难以控制。
其尺寸偏差主要源于以下几个方面：
零件本身的偏差、工夹具定位的不稳定性、焊装变形、操作及工艺的影响。
另外，对于一个新产品而言，车身的制造过程又可分为试生产、生产启动、单班生产及翻班生产四个典型的生产阶段。
由于不同阶段生产的不同特点，在这四个阶段影响制造稳定性的原因也有所不同。
由上述分析可知车身制造过程的尺寸偏差是不可避免的，但是如果采用科学的检测及分析方法，尺寸的偏差可以得到有效控制，并且不断减少。
典型的过程控制方法。
3.2车身质量对汽车整体功能有很大的影响
白车身是汽车的主要部分， 不但影响整车的性能，而且直接影响着人们对汽车的第一印象。
车身质量差、表面质量粗糙、门窗间隙大、漏水焊接后的整体结构强度差，是我国汽车生产中存在的普通现象。
抓好汽车车身质量我国汽车工业的一项重要工作。
汽车车身质量不但影响整车的性能，而且直接影响着人们对汽车的第一印象。
车身质量差、表面质量粗糙、门窗间隙大、漏水焊接后的整体结构强度差，是我国汽车生产中存在的普通现象。
抓好汽车车身质量我国汽车工业的一项重要工作。
三坐标测量技术可以大大提高产品质量．减少废品率，保证生产线的正常运行，为企业带来巨大的经济效益。
自车身的质量是汽车质量的重要组成部分，自车身质量的提高对我国汽车整体质量的提高有重要影响，本项目的成功对我国汽车产品占领国内市场并走向国际市场都有重要意义。
产品质量的提高对汽车的使用寿命和使用安全性都有直接的作用，对消费者和全杜会带来巨大的效益。
3.3三坐标测量机检测白车身的方法
3.3.1检测步骤
一、正确开启电脑和测量设备，打开测量软件
三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着CMM测量精度的高低。
（1）标尺系统
标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的，目前三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。
根据对国内外生产CMM所使用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。
有些高精度CMM的标尺系统采用了激光干涉仪。
（2）测头系统
三坐标测量机是用测头来拾取信号的 。
（3）三坐标测量机测量软件包
测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。
一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。
通用测量软件包主要是指针对点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互关系进行测量的软件包。
通常各三坐标测量机都配置有这类软件包。
专用测量软件包是指坐标测量机生产厂家为了提高对一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而开发的各类测量软件包。
如有不少三坐标测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量软件包。
在有的测量机中，还配备有测量汽车车身、发动机叶片等零件的专用测量软件包。
（4）测量机主要功能
1．几何尺寸测量：
可完成点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环的几何尺寸测量，同时可测出相关的形状误差。
2．几何元素构造：
通过测量相关尺寸，可构造出未知的点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环等，并计算出它们的几何尺寸和形状误差。
3．计算元素间的关系：
通过测量一些相关尺寸，可计算出元素间的距离、相交、对称、投影、角度等关系。
4．位置误差检测：
可完成平行度、垂直度、同轴度、位置度等位置误差的测量。
5．几何形状扫描：
用DEA公司提供的SCAN3D软件包可对工件进行扫描测量。
二、将被测量白车身置于测量基准
利用高平面度的平板和高垂直度的正立方体作为测量基准，把被测量白车身固定在立方体上，随立方体在平板上三维翻滚，建立一个三维互相垂直的坐标体系，在一维测高量具和平面移动的配合下，把被测物体的三维尺寸和几何形状计量变成为一个测高和测量平行度的问题。
三、调入建立好坐标系并对内容进行保存
坐标系的确定是将来数据处理的关键问题。
坐标系的建立正确与否，直接关系到数据能否顺利进行、造型是否正确。
特别是测量过程中，不可能依次测完所有数据，为保证在不同的坐标系测量数据，能够整合，构成被测物体的统一数字模型。
着就要求在不同的坐标系测量过程中，确立的坐标系能够互统一起来。
四、在测量之前对零部件的表面进行清洁（具体要求见第四章将详细介绍）
五、正确操作测量设备，进行测头校验
测量机应用之前，测头应校验。
一是让软件计算球心相对于测量机坐标系零点的位置；二是计算测头的等效直径。
由于测杆的变形，测头的等效直径与上一次测量所用测头实际直径有所差别，进行当前测头校验可以保证测头半径补偿精度。
校验前，先考虑如何建立被测量物体的坐标系，要对物体进行那几个方向的测量，对测头在这几个方向要一一进行校验，并将校验的结果保存起来。
测头校验后，要考虑在工作台上的装夹，严格按照测量要求，使用专用工具，将工件固定在工作台上，以保证精度要求。
每次在转换测头时要对测头进行校验。
六、测量时面的方向按照逆时针至少3点，孔的方向任意至少3点
测量时面的方向按照逆时针的具体要求是考虑到三坐标测量机用得最多的是机械触发式测头，配以红宝石测针，必然会带来测尖补偿的问题。
测头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。
三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。
坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。
（1）测针的选择
正确选择和使用测头是影响坐标测量机的测量精度的重要因素。
测针安装在测头上，是测量系统中直接接触工件的部分，它与测头的通讯式连接渠道称作触发信号。
如何选用合适的测针类型和规格取决于被测工件的特征，但是在任何情况下，测针的刚性和测球的球度都是不可或缺的。
（2）测球半径补偿误差
当测针接触到工件时，三坐标测量机接收的的坐标值应是红宝石球头中心点坐标，显然，测量软件将自动沿着测针从接触点回退的方向加上一个测球半径值作为测量值。
但该测量值是一个与测头的机械惯性有关的动态值。
实际上，测量作为一个动态过程，其测量值应该考虑到从测头采点到实际向系统传送该点坐标值时发生的机器空间移动距离。
尽管这个距离极小，但对系统计算动态尺寸有一定影响。
在实际测量时，每测量一个元素，系统都可以自动区分测球半径的补偿方向，计算正确的补偿半径。
在采点开始后，测量软件将在沿着测针接触工件的方向上对测球进行半径补偿。
但被补偿点并非真正的接触点，而是测头沿着测针接触工件方向的延长线上的一个点。
这样就造成了补偿误差，产生误差的大小与测球的半径及该工件被测面与笛卡尔坐标轴的夹角有关，夹角越大，误差越大。
3.3.2对测量软件进行保存并输出测量值进行结果分析
将被测白车身置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。
将测量值输出，可以是文本形式也可以是excel表格形式。
将测量值与车身实际数模相比较的出结果如下：
部位名称
评价元素
重要度
左规格
公差
LH
扣分
测量值
偏差
超差
Φ30后减震器装配下孔
1
B
X
3114.819
±1.5
3115.105
0.286
0
0
Y
-582.992
±1.5
-585.461
-2.469
-0.969
2
Z
597.531
±1.5
594.311
-3.220
-1.72
5
备注：
超差在正负1范围以内的测量值；超差在正负1范围以外的测量值；
整个白车身测量值的整体分析
4三坐标测量机在检测过程中的维护及注意事项
三坐标测量机做为一种精密的测量仪器，如果维护及保养做得及时，就能延长机器的使用寿命，并使精度得到保障、故障率降低。
4.1三坐标测量机的维护及保养
4.1.1开机前的准备
１．三坐标测量机对环境要求比较严格，应按合同要求严格控制温度及湿度；
２．三坐标测量机使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油．水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤，后果严重。
所以每天要检查机床气源，放水放油。
定期清洗过滤器及油水分离器。
还应注意机床气源前级空气来源，（空气压缩机或集中供气的储气罐）也要定期检查；
３．三坐标测量机的导轨加工精度很高，与空气轴承的间隙很小，如果导轨上面有灰尘或其它杂质，就容易造成气浮轴承和导轨划伤。
所以每次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭（120或180号汽油），花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。
４．切记在保养过程中不能给任何导轨上任何性质的油脂；
５．定期给光杆、丝杆、齿条上少量防锈油；
６．在长时间没有使用三坐标测量机时，在开机前应做好准备工作：
控制室内的温度和湿度（24小时以上），在南方湿润的环境中还应该定期把电控柜打开，使电路板也得到充分的干燥，避免电控系统由于受潮后突然加电后损坏。
然后检查气源、电源是否正常；
７．开机前检查电源，如有条件应配置稳压电源，定期检查接地，接地电阻小于4欧姆。
4.1.2工作过程中
１．被测零件在放到工作台上检测之前，应先清洗去毛刺，防止在加工完成后零件表面残留的冷却液及加工残留物影响测量机的测量精度及测尖使用寿命；
２．被测零件在测量之前应在室内恒温，如果温度相差过大就会影响测量精度；
３．大型及重型零件在放置到工作台上的过程中应轻放，以避免造成剧烈碰撞，致使工作台或零件损伤。
必要时可以在工作台上放置一块厚橡胶以防止碰撞；
４．小型及轻型零件放到工作台后，应紧固后再进行测量，否则会影响测量精度；
５．在工作过程中，测座在转动时（特别是带有加长杆的情况下）一定
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