九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文.doc

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用 目 錄 序言 -1第一章 檢測(cè)技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì)-3第一節(jié) 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)-4第二章 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展史 - 6第一節(jié) 提高效率的測(cè)量技術(shù) -6第二節(jié) 提高測(cè)量?jī)x器的質(zhì)量 -8第三章 在線檢測(cè)運(yùn)用及發(fā)展方向結(jié)論 -9第四章 結(jié)束語(yǔ) -11致謝-12 參考文獻(xiàn)-12 序言自古以來(lái),人們就用到了幾何量測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)量值及器具,人們驚異的發(fā)現(xiàn),古代人在建造長(zhǎng)城,金字塔時(shí)所用的工具及量測(cè)方法都已經(jīng)迖到了很先進(jìn)的水平,自工業(yè)化以來(lái),尤其是國(guó)防軍工行業(yè)的需要,要求零件具備高度互換性,對(duì)尺寸,位置和形狀公差的要求,推動(dòng)了幾何量計(jì)量技術(shù)的發(fā)展.隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展,眾多制造業(yè)如汽車(chē),機(jī)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(cè)數(shù)據(jù)是一個(gè)技術(shù)瓶頸,基于諸多方面的要求,促進(jìn)和推動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用有著十分重要的意義.第一章 檢測(cè)技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)今世界檢測(cè)技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)檢測(cè)裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上討論了在我國(guó)加入WTO和對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國(guó)檢測(cè)技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)檢測(cè)技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，檢測(cè)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(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)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(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而檢測(cè)技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用檢測(cè)技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的檢測(cè)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以檢測(cè)技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。檢測(cè)技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，檢測(cè)裝備是以檢測(cè)技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)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(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。第一節(jié)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@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(shì)。從目前世界上檢測(cè)技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面14。11 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)效率、質(zhì)量是先進(jìn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)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(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其它聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO2001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠，包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)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(jī)床。美國(guó)CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國(guó)DMG公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)檢測(cè)機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級(jí)加工中心則從35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(0.01m)。在可靠性方面，國(guó)外檢測(cè)裝置的MTBF值已達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。第二章 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展史工業(yè)革命的興起伴隨著縱多制造也如汽車(chē)機(jī)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(shè)備提高功效柔性化通用化而固定的專(zhuān)用的或手動(dòng)的工量具大大限制了大批量制造和復(fù)雜零件加工業(yè)的發(fā)展平板加工高尺加卡尺的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ揭淹耆贿m用所有這些促成了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)它的出現(xiàn)使測(cè)量效率有了很大的提高但是水長(zhǎng)船高近十余年來(lái)，機(jī)床高速化的進(jìn)展極為迅速。從測(cè)量領(lǐng)域來(lái)看，一部分測(cè)量?jī)x器在高速化、自動(dòng)化方面有了明顯的進(jìn)步；但從整個(gè)行業(yè)來(lái)看，測(cè)量?jī)x器高速化的進(jìn)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于機(jī)床行業(yè)，由此而往往造成工序之間的不平衡。提高測(cè)量效率和加強(qiáng)與其它工序的聯(lián)接，使貨物流能順暢進(jìn)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(huì)的測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品，可以發(fā)現(xiàn)，許多廠家推出了提高檢測(cè)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(diǎn)都是著重提高測(cè)量效率，許多新技術(shù)也是圍繞這一中心開(kāi)發(fā)出來(lái)的。第一節(jié) 提高效率的測(cè)量技術(shù)1. 非接觸式高速形狀測(cè)量技術(shù)汽車(chē)車(chē)身或泵葉輪等大型零件的形狀測(cè)量，大都要求采用高速獲取三維位置數(shù)據(jù)的測(cè)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(cè)頭的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。但接觸式測(cè)量方法在測(cè)量大型零件時(shí)，將受到諸多限制，不利于提高測(cè)量效率。針對(duì)這種情況，本屆展覽會(huì)上展出了多種非接觸式測(cè)量方法，可對(duì)上述大型零件進(jìn)行高密度高速測(cè)量。日本東京精密公司開(kāi)發(fā)了一種新型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，這是一種可移動(dòng)式三維光學(xué)測(cè)量裝置，它利用干涉條紋圖像和三角測(cè)量方式進(jìn)行非接觸測(cè)量。機(jī)內(nèi)裝有三臺(tái)攝像機(jī)，可對(duì)220mm(縱向)330mm(橫向)視野內(nèi)的物體位置坐標(biāo)進(jìn)行每秒最大密度為4點(diǎn)/mm2的掃描，3040秒鐘即可計(jì)算處理完畢，測(cè)量精度為60m。該機(jī)利用了一種新型數(shù)據(jù)處理技術(shù)，例如，按0.5mm間距測(cè)量相當(dāng)于1000mm1500mm的汽車(chē)車(chē)門(mén)的資料，包含各個(gè)測(cè)量工序在內(nèi)，總共只需40分鐘即可完成測(cè)量作業(yè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。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(dòng)式非接觸三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該機(jī)雖然也利用三角測(cè)量原理，但卻可使作為測(cè)量指標(biāo)的光柵條紋回轉(zhuǎn)，從而獲得多個(gè)等高線資料。這種測(cè)量方式不易受被測(cè)對(duì)象表面狀態(tài)的影響，可獲得較高的測(cè)量精度。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(cè)量方式相比，可進(jìn)行高速檢測(cè)作業(yè)。另外，由于非接觸測(cè)量不會(huì)增加測(cè)量受力，因此，可對(duì)軟質(zhì)材料進(jìn)行高精度測(cè)量。此類(lèi)系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)，可比照CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，各公司必須設(shè)計(jì)工藝及相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例向用戶公開(kāi)說(shuō)明。這種可進(jìn)行高密度高速測(cè)量的技術(shù)，可望應(yīng)用于設(shè)計(jì)模型時(shí)的詳細(xì)數(shù)值化等逆向工程技術(shù)領(lǐng)域。OPTON公司展出一種高速M(fèi)oire 3D攝像機(jī)，它可高速獲取一定范圍內(nèi)的形狀資料，并進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。該機(jī)可按10000coma/秒的速度測(cè)量505010001000mm范圍內(nèi)的形狀。例如，可用于振動(dòng)、位移解析或波面的觀察、在線測(cè)量等領(lǐng)域。第二節(jié) 提高測(cè)量?jī)x器的質(zhì)量 2.2.1. 提高測(cè)量水平與新型關(guān)鍵技術(shù)伯阿脫公司在會(huì)上展出了一臺(tái)多傳感器三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該機(jī)采用了新的測(cè)量原理，機(jī)上配裝了稱(chēng)作光纖測(cè)頭的微小球體，微小球體作為接觸式測(cè)頭使用；同時(shí)，由于它同顯微鏡圖像處理的非接觸式測(cè)量裝置相連接，因此，可對(duì)微小孔的邊槽尺寸形狀進(jìn)行高精度測(cè)量。利用此種新型測(cè)頭可對(duì)50100m的微小孔進(jìn)行精密測(cè)量。微小球體端部的最小半徑為12.5m，球體與光纖連接在一起，既可作為測(cè)頭使用，同時(shí)還可充作照明裝置。這種光纖測(cè)頭具有良好的撓曲特性，讓其接觸微小孔內(nèi)璧，通過(guò)光纖照明的球體位置，可由CCD傳感器檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)行圖像處理后，即可計(jì)算出小孔的尺寸、形狀。過(guò)去，測(cè)量微小盲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(cè)時(shí)不能獲得足夠的光量，因此深孔中間部位的測(cè)量十分困難。伯阿脫公司的新型技術(shù)克服了迄今測(cè)量深孔尺寸、形狀的難點(diǎn)，非常便于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)微小零件進(jìn)行多種測(cè)量和檢查。Zygo公司展出了一臺(tái)非接觸式三坐標(biāo)表面形狀測(cè)量機(jī)，型號(hào)為New Bure 5000，其縱向分辨率為0.1nm，可高速測(cè)量精密加工零件的微細(xì)形狀。最大測(cè)量范圍為5.2mm7.0mm，縱向最大測(cè)量范圍為5mm。與裝有掃描測(cè)頭顯微鏡等高分辨率的測(cè)量機(jī)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(jìn)行三維測(cè)量。該測(cè)量機(jī)利用了具有白色光干涉條紋的相位調(diào)制干涉方式和獨(dú)家開(kāi)發(fā)的高速解析軟件等新技術(shù)，其縱向掃描速度為10.5m/s，其特點(diǎn)是分辨率高，可進(jìn)行較廣范圍的高速測(cè)量作業(yè)。西鐵城鐘表公司與另一公司合作開(kāi)發(fā)出一種利用并行機(jī)構(gòu)的復(fù)合式載物臺(tái)，具有六自由度定位功能，深受觀眾注目。該機(jī)采用公司自制球軸承，載物臺(tái)堅(jiān)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0.3m。上述各種測(cè)量機(jī)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)均能平穩(wěn)進(jìn)行，并可保證良好的測(cè)量精度，對(duì)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了大量改進(jìn)，這些都是提高測(cè)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(cè)量機(jī)有望廣泛應(yīng)用于復(fù)雜曲面的加工過(guò)程或微小零件及成組工程等的測(cè)量領(lǐng)域。 第三章 在線檢測(cè)運(yùn)用及發(fā)展方向質(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(cè)為包袱。Delcam PowerINSPECT產(chǎn)品經(jīng)理Chris Lawrie評(píng)述道。檢測(cè)現(xiàn)在是建立公司形象的一個(gè)基本要素。所以，檢測(cè)機(jī)床的在線檢測(cè)會(huì)很快而且更廣闊的滲入到各個(gè)行業(yè)?，F(xiàn)在，檢測(cè)機(jī)床的在線檢測(cè)剛剛誕生，他還沒(méi)有被人們認(rèn)識(shí)很接受， 但是我相信他會(huì)在不久的將來(lái)，融入到各個(gè)生產(chǎn)中去，像我們現(xiàn)在，利用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)床的在線對(duì)刀，這樣以來(lái)，代替了我們以往利用傳統(tǒng)測(cè)量工具（如千分表、定中心表、卡尺等）進(jìn)行的測(cè)量，因其測(cè)量基準(zhǔn)為被加工面，而不是直接的主軸基準(zhǔn)，是一種過(guò)度基準(zhǔn)，再加上傳統(tǒng)測(cè)量工具本身精度不高，同時(shí)人為測(cè)量操作隨機(jī)性誤差也較大，而我們運(yùn)用自動(dòng)在線對(duì)刀，既節(jié)省時(shí)間，而且當(dāng)于變成了一臺(tái)手動(dòng)的三次元，而機(jī)床主軸的行程即為測(cè)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(cè)量工作在線測(cè)量屬直接測(cè)量，其定位基準(zhǔn)就是主軸的錐孔，機(jī)床裝上測(cè)頭后相；還有我們利用應(yīng)用絕對(duì)測(cè)量方式的在線檢測(cè)，把三坐標(biāo)測(cè)測(cè)量機(jī)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(cè)機(jī)床、加工中心，由于現(xiàn)成的檢測(cè)系統(tǒng)和專(zhuān)門(mén)的測(cè)量程序運(yùn)行方便，所以大多用于檢測(cè)工件或刀具的位置、狀態(tài)。 總之，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)機(jī)床的運(yùn)用，將更加普遍和廣泛，而且會(huì)隨著科技的不斷進(jìn)步，更加人性化更加智慧化第四章 結(jié)束語(yǔ)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)機(jī)床中的運(yùn)用的課題,遠(yuǎn)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(wèn)題；雖然自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)機(jī)床上的運(yùn)用剛剛誕生，但它并不代表對(duì)于這方面的研究離我們很遙遠(yuǎn)，我們應(yīng)該未雨綢繆，努力在這個(gè)方面鉆研，把我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造并不斷開(kāi)發(fā)適合于自動(dòng)檢測(cè)技朮在檢測(cè)機(jī)床運(yùn)用的軟件既柔性化改造為我國(guó)工業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航，使我們的國(guó)有產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高增加國(guó)有的競(jìng)爭(zhēng)力。促使我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)快速健康的發(fā)展。致 謝首先感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)這三年來(lái)的細(xì)心培養(yǎng)和教育。其次本篇論文受到指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)在指導(dǎo)過(guò)程中,老師的細(xì)心和耐心讓我時(shí)刻感覺(jué)