三坐标检测

三坐标检测（共12篇）

三坐标检测 篇1

关键词：汽车前轴,三坐标,检测

汽车前轴作为汽车的重要承载部件之一, 是连接车身与悬架的重要部件, 用于在车架和悬架之间传递铅垂力、纵向力和横向力, 同时前轴还要承受由悬架传递而来的制动力矩和侧滑扭矩。同时汽车前轴作为安保件, 其加工精度决定整车转向系统的装配性能, 因此需要有效的手段来保证产品的加工质量。

以往通过经验或者万能检测设备与仪器进行检测的方式, 已经不能满足现代化汽车工业生产的需要, 而三坐标测量机具有测量精度高、测量范围广、操纵灵活方便、处理数据迅速准确等特点, 在汽车工业生产线监控和批量监控及产品分析中发挥着越来越重要的作用。

我公司是国内专业生产商用车前轴的工厂, 由于和Volvo、ZF、Arvin Meritor等国际化公司的合作, 对质量要求相当严格。本文重点介绍一种汽车前轴的三坐标检测方法, 分析并采取最优方案。实践证明所采取的措施, 有效地保证了产品质量, 满足了客户要求。

坐标系的建立

建立零件坐标系在三坐标测量的直接体现是提高测量效率和测量的准确性, 这也是三坐标测量区别于传统测量的主要特点之一。有了零件坐标系, 测量由软件进行坐标转换, 实现自动找正。在零件坐标系上编制的测量程序, 可以重复运行而不受零件摆放位置的影响, 所以编制程序前首先要建立零件坐标系。

三坐标检测基准的建立主要有三种方式:点、线、面, 面、面、面, 面、圆、圆。由于前轴加工关键工序 (主销孔及拳头端面的加工) 均采用“一面两销”, 即板簧面和两定位销孔定位 (见图1) , 所以检测也可以采用“面、圆、圆”建立坐标系:面为板簧面, 两定位孔为两圆, 确保定位基准和检测基准的一致性。

在建模过程中, 考虑到2个板簧平面之间有平面度的误差, 要在两板簧面上分别取点, 由2个板簧面建立的大平面来确立平面, 这样可以避免建模的误差。建模过程中可以采用基准—向导—平面、圆、圆的方式进行建模, 确保建模快捷、准确。

几何元素的测量

三坐标在进行几何元素测量时, 用红宝石测头在几何平面上接触几个点, 测量系统将测量点的坐标传送到控制计算机, 计算机根据测量元素的矢量, 用数学方法计算出该元素的实际数值和该元素的测量误差, 同时可以根据测量的数值计算出位置误差和形状误差。因此, 在检测过程中对几何元素的正确取点是保证三坐标检测数据准确性的基础。因此在检测之前, 需要同步考虑测量零件的形状、表面粗糙度等实际特征, 从而来选择测量点选取的位置、顺序、方向和所采集点数。如果不考虑测量工件的实际情况, 仅仅按照三坐标软件中规定的采集点数来进行测量, 实测数据和真实数据将会有很大的测量误差。

下面结合一种汽车前轴零件检测程序为例, 来总结和说明检测过程中取点的重要性。

1. 平面的测量

前轴检测平面主要有板簧平面、减振器平面以及主销孔平面, 其中板簧平面有平面度要求, 其为板簧孔位置度的基准;减振器平面为减振器孔位置度的基准;主销孔平面对主销孔端面跳动有要求, 且为重要特性, 因此平面的测量准确性对整个检测结果影响是非常大的。

在测量平面时, 采点的采测方向应当与平面的法线一致, 并使采测点尽可能分布在被采测面上, 采测点越多越好。三坐标测量平面是通过测量平面上N (N≥3) 个点的坐标计算出一个理论平面, 这个理论平面到所有检测测量点的偏差平方和为最小, 即最小二乘平面。例如在检测板簧平面时, 采点方向应当尽量与板簧面垂直, 采测点尽量分布在两个板簧平面上。

由于该前轴拳头端面有8.5°的内倾角和3.5°的后倾角 (见图2) , 因此测量拳头端面为斜面的测量。在检测过程中, 手动测触工件很难保证测量方向和工件的法线矢量方向一致, 手动测量斜面时, 触测方向和法线矢量方向有一个夹角α (见图3) , 这样测出来的结果就会有一定的误差。因为测量机处理数据不是以测头表面而是以球心位置来计算的, 半径补偿是沿矢量方向给予的。因此在手动检测斜面时, 尽量沿被测点的法向方向触测和后退测头。同时手动测量完毕后, 尽量让设备在自动模式下再运行自动测量, 这样测头就可以根据零件的实际情况, 沿着法向矢量方向进行检测。

2. 孔的测量

前轴孔主要有板簧孔和减振器孔等, 这些孔如果检测结果和实际不符, 则会影响后续装配。同检测平面一样, 检测孔时, 先用测头对表面进行取点, 通过最小二乘法计算出孔的直径、中心坐标和轮廓度等尺寸。测量孔径最小二乘法是所取点上的平均直径, 它可以减小测量过程中的误差, 同时可以消除加工过程中出现的个别高点或低点对尺寸的影响, 但在装配过程中这些高点或低点往往是影响孔轴配合的关键因素。

例如, 在测量该前轴定位孔φ20+0+0.033时, 由于最小二乘的关系, 会出现虽然测量结果合格但影响装配的现象。因此检测孔时采点要尽量避免跳跃式采点, 采取自动采点, 这样可以避免因为采点的力不一样而造成测量的误差。同时可以配合通止规对三坐标检测结果进行校核, 如检测结果不一致, 及时找出孔内的高点和低点, 分析产生的原因, 及时解决, 以避免影响后续装配。

3. 圆柱的测量

该前轴主销孔φ50-0-0..050025 R7、长99.7mm的圆柱, 主销孔直径影响主销及转向系统的装配, 且主销孔为前轴的关键特性, 其测量的准确度直接决定拳头端面垂直度、落差等尺寸。圆柱的测量原理和圆的测量原理类似, 通过测量评价得到最小二乘圆柱的轴线坐标和最小二乘圆柱半径。最小二乘圆柱半径是整个圆柱各个方向上的平均半径 (见图4) 。由于其测量点和测量位置的增加, 圆度误差和圆柱直线度和平行度误差的存在, 造成最小二乘直径和圆的实际直径误差较大, 有可能存在影响装配的现象。

程序编制过程中, 通过反复测量, 再用内径千分尺进行校核, 还是存在误差。最后通过调整采点的位置和2个圆柱取样的高度, 终于达到了一致。但是在测量圆柱时要注意以下几点:

1) 圆柱第一段圆的采点必须近似垂直于主销孔轴线, 这样得出来的直径测量数据比较准确, 以避免由于取点问题而造成测量误差。

2) 最后一点的采样决定圆柱轴线的方向余弦。

3) 圆柱测量时, 每个圆环取点不少于3个, 该前轴两个圆环之间的距离必须≥50mm (主销孔直径) 。

结果输出

在评估板簧面的平面度时, 由于三坐标是采用最小二乘法来计算的, 而现场传统检测平面度采用平板和塞尺, 用平板塞尺所测量的平面度是最高点或最低点和平面的距离, 因此两种检测方法可能存在差异。

在输出位置度时, 一定要明确位置度的基准, 输出时要同步考虑最大和最小实体原则。

其他注意事项

1) 工件吊装前, 要将探针退回坐标原点, 为吊装位置预留较大的空间;工件吊装要平稳, 不可撞击三坐标测量仪的任何构件。

2) 编程过程中统一考虑检测顺序, 优化检测轨迹, 提高检测效率。

3) 当编好三坐标的程序自动运行时, 要防止探针与工件的干涉, 故需注意增加安全点。

4) 检测完成后, 立即清洁三坐标测量仪的工作台台面, 确保下次正常使用。

结语

通过以上测量实例分析可以看出, 在进行三坐标测量时, 首先要明白其测量机理, 对得到的测量数据要进行合理的分析, 尤其是对单一要素的测量。其次, 三坐标测量机功能强大, 测量准确, 但是要有正确的测量方法并正确的处理测量结果, 使三坐标能够正确指导我们的生产。

现场通过不断对检测程序的优化, 检测程序得到德国检测工程师的认可, 该产品已连续批量出口德国, 提高了公司的核心竞争力, 为公司创造了较大的经济效益。

三坐标检测 篇2

一周的三坐标测量实习很快结束了，但还是学到了东西，通过对三坐标测量机床的学习，使我们又发现了在加工中出现的不少问题，从而更好的优化加工方法，提高加工精度。

在本次学习中，通过对自己工件的测量，使我们更好地测出加工精度，认识到三坐标测量机床通过PC.DMIS软件进行手动编程或自动对话窗口编程可以对尺寸精度，定位精度，几何精度，及轮廓精度进行测量，对于一般的几何元素，点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥，三坐标通过测头手动或自动采点来对其进行测量，除支持点位测量功能外，PC.DMIS还可以将IGES文件输出导入，方便复杂曲面测量，并可对复杂实体进行外形的模拟测量编程，在很大程度上减小了传统测量中出现的误差，提高了测量范围。

对三坐标测量机的学习，是我在很大程度上认识到加工过程中出现的错误和以前的测量误区，对以后加工有着深远意义。三坐标测量满足对现代机械加工测量的要求，它精确的测量保证了工件的合格与否，对与指导加工有着很大的帮助。

12G数控预备技师

平面直角坐标系检测题 篇3

1． 某点在第二象限内，且到x轴与到y轴的距离分别为3、2，则这个点的坐标是．

2． 点P（a，3）在第二象限两坐标轴夹角的平分线上，则a的值为．

3． 矩形ABCD中，A、B、C三点的坐标分别为（-4，1），（0，1），（0，3），则D点的坐标为．

4． 点A（a，b）和B（4，3）是不同位置的两个点，且AB与x轴平行，则a≠，b=．

二、选择题

5． 在一次科学探测活动中，探测人员发现一个目标在图1的阴影区域内，那么目标的坐标可能是（）.

A． （-3，300） B． （7，-500）

C． （9，600）D． （-2，-800）

6． 点P（m+3，m+1）在平面直角坐标系的x轴上，则P点的坐标为（）.

A． （0，-2） B． （2，0）

C． （4，0） D． （0，-4）

7． 已知点P（m，n）在第二象限内，则点Q（-m，0）应该在（）.

A． x轴正半轴上B． x轴负半轴上

C． y轴正半轴上D． y轴负半轴上

8． 若点M（1-m，1-n）在第二象限内，那么另一点N（m-1，n-1）在（）.

A． 第一象限 B． 第二象限

C． 第三象限 D． 第四象限

9． 在平面直角坐标系内，点A（n，1-n）一定不在（）.

A． 第一象限 B． 第二象限

C． 第三象限 D． 第四象限

10． 在同一坐标系中，图形乙是由图形甲向上平移 3 个单位长度得到的.如果在图形乙中点A的坐标为（5，-3），则图形甲中与点A对应的点的坐标为（）.

A． （5，0）B． （5，-6）

C． （2，-3）D． 无法确定

三、解答题

11． 分别选择你熟悉的两个地点（如你家所在的位置和学校所在的位置），用多种方式表示其中的一个地点相对于另一个地点的位置．

12． 图2是某地区旅游景点的示意图，试建立适当的平面直角坐标系，并用坐标表示各景点的位置．

13． 如图3，用A表示经三路与纬一路交叉的十字路口，用B表示经一路与纬三路交叉的十字路口，用（3，1） ➝（3，2）➝（3，3）➝（2，3）➝（1，3）表示从A到B的一条路径，以同样的方式另写两条从A到B的路径．

14． 在平面直角坐标系中作图并回答问题.

（1）用线段依次连接点A（1，0），B（1，3），C（7，3），D（7，0），A（1，0），再用线段依次连接点E（0，3），F（8，3），G（4，5），E（0，3），两组图形共同构成了一个什么图形？

（2）如果将（1）中图形各点的横坐标都加1，纵坐标不变，那么所得的图形发生了什么变化？

15． （1）在图4中，确定点A、B、C、D、E、F、G的坐标．

（2）图4中点B和点F有怎样的关系？

（3）在图4中画出一个以点A、B、G、P为顶点的平行四边形，并写出P点的坐标．

16． 已知菱形两条对角线的长分别为6和8，建立适当的平面直角坐标系，分别写出菱形各个顶点的坐标．

17. 如图5，正方形ABCD中4个顶点的坐标分别为A（1，1），B（3，1），C（3，3），D（1，3）．

（1）在同一平面直角坐标系中，将正方形向左平移 2 个单位，画出相应的图形，并写出各个顶点的坐标.

（2）在同一平面直角坐标系中，将正方形向下平移 2 个单位，画出相应的图形，并写出各个顶点的坐标.

（3）在（1）和（2）中，你发现各点的横坐标、纵坐标发生了怎样的变化？

18． 求符合条件的B点的坐标.

（1）已知点A（2，1），|AB|=4，直线AB与坐标轴平行，求B点的坐标.

（2）已知点A（-1，-2），|AB|=4，直线AB与坐标轴平行，求B点的坐标.

19． 平面直角坐标系中有6个点：A（3，3），B（1，1），C（9，1），D（5，3），E（-1，-9），F（-2，-）．请将上述 6 个点按下面的要求分成两类，并写出一个同类点具有而另一类点不具有的特征（特征不能用否定形式表述，点用字母表示）．

（1）甲类含2个点，乙类含其余4个点．请分别写出两类点并分别表述各类点的特征.

三坐标检测 篇4

转轮是水轮机的核心部件,叶片又是转轮的 “心脏”,叶片的结构比较复杂,加工及质量检测也比较困难,其加工质量的好坏直接关系到水能转换为电能的效率。逆向反求得到的实体模型不仅可用于叶片五轴联动数控加工,也可为水轮机叶片数控加工后的检测和维修等工作提供依据[1,2,3]。本文以某企业逆向反求设计生产的混流式水轮机叶片为依据,通过分析实际加工生产的叶片结构特点和加工方法,确定了快速的外观质量检测方案,利用三坐标测量机实现复杂型面高效、准确的检测和误差评定。

1 测量方法的对比选择

1.1 常规检测方法的不足

(1)由于叶片是复杂型面且不规则,无法很好地找到可以与数模坐标系进行拟合的坐标系元素(点、线、面),假如采用迭代法来拟合坐标系,叶片上也几乎没有相互垂直的元素,不能很好地保证零件与数模坐标系完全一致,对后续检测也没有多大意义。

(2)测量结果最终以点的形式输出表示,由于测量时的触测矢量与标准矢量不一致会导致产生余弦误差,特别是在曲率变化大的部位测量误差更大,测量数据更不可靠。

(3)为了保证测头移动时不发生干涉,每测量一个叶片需要多次更换测头角度,且每次更换测头角度都要重新校验,浪费了很多准备工作时间。

(4)如果坐标系迭代成功,由于在检测叶顶线位置时边缘较小,因此PC-DMIS自动获取点比较不容易,给检测带来一定的难度。

1.2 本案测量方法

本案测量叶片时,先把叶片装夹在胎具辅助装置(见图1)上,然后使用BS8650-L/CS三坐标激光扫描测量机(见图2)对逆向反求设计加工的叶片进行点数据测量。利用软件的套索功能,将扫描所得的点数据与逆向反求所得的实体数模进行拟合比对,从而判定叶片各关键部位指标的合格性,从而达到对叶片快速、准确高效的检测及误差评定。

2 本案的实施

2.1 测量背景

本案介绍的混流式叶片(见图3)是一种表面不规则、曲率变化大、空间扭曲程度大且加工难度大的复杂曲面体,它是由正背面、与上冠和下环相接的带状回转面、进出水边曲面及进水边头部曲面等构成的曲面体[4]。本案主要介绍一些无法用常规测量手段测量的叶片重要参数,见表1。

2.2 检测方案的实施

2.2.1 胎具辅助装置的提供

混流式叶片是没有任何基准的不规则自由曲面,加工及检测过程中装卡定位就显得很困难。这里将采用正、背面胎具定位,焊块搭焊和螺钉把合且具有良好效果的胎具装夹定位方式来确定工件参考点,实施找正,同时也解决叶片正、背型面错位问题。本案检测利用如图1所示的胎具实现找正,即把叶片定位装夹在胎具上,再将胎具固定在三坐标测量机上[5]。胎具辅助装置的应用很好地解决了传统检测方法中准确找坐标系的问题,为叶片快速创新检测方法的实施奠定了基础。

2.2.2测量方法及过程

测量过程如下:

(1)将叶片固定安置在胎具辅助装置上,打开扫描软件,通过BS8650-L/CS三坐标测量机分别对叶片正、反面进行扫描。

(2)扫描结束后,对图形进行处理,并得到点云数据,如图4所示。

(3)导入逆向反求设计所得的实体数模(见图5),利用软件的套索功能,将扫描所得的点数据与逆向反求所得的实体数模进行拟合比对,并得到检测结果。

(4)数据处理分析。首先对上缘板面数据进行处理,从上缘板面数据可以看出,该部位的面轮廓度为0.2mm;其次,对下缘板面轮廓度数据进行处理,下缘板面数据如图6所示,可以看出,该部位的面轮廓度为0.15mm。

接着对工作面前缘面轮廓度、工作面后缘面轮廓度、工作面中部面轮廓度进行处理。工作面前缘面轮廓度、工作面后缘面轮廓度、工作面中部面轮廓度这些参数涵盖了叶片工作面整体轮廓的外形误差,可反映出叶片工作面的实际加工状况。从测试数据可以看出,叶片该部位的前缘面轮廓度为0.13 mm、后缘面轮廓度为0.14mm、中部面轮廓度为0.18mm。

本次检测的叶片重要参数检测评定结果如表2所示。

由表2可知,本次检测的叶片参数均符合标准要求。

3 结束语

本文所述的检测方法是在基准无法准确获取的前提下,利用胎具辅助装置及三坐标测量机扫描得到的点云,并通过软件的套索功能与实体数模拟合比对,实现叶片表面重要数据的快速、准确检测。这种创新性的检测方法考虑的是叶片整体,而非个别特定区域或细节,使得检测结论更完整可靠。同时这种方法摒弃了传统的三坐标采点的测量方法,使测量更快速方便,可大大提高工作效率。这种方法现已在多个型号的水轮机叶片上使用,同时其应用范围正在向飞机螺旋桨叶片及潜艇叶片的检测领域延伸。

摘要：介绍了一种利用三坐标测量机的强通用性和快速检测的稳定性,巧妙结合脱机编程软件,并借助胎具辅助装置快速检测叶片的方法,实现了复杂型面的自动化检测和误差评定,同时很好地保证了数据的完整性和准确性。这种检测方法快速高效地解决了一些传统的测量问题,将会在未来曲面制造检测中得到广泛应用。

关键词：三坐标测量机,叶片,快速创新检测,误差评定

参考文献

[1]钟国坚.基于UG的水轮机叶片的逆向反求[J].机械,2012(3):24-27.

[2]曹锟,姚志明.水轮机原理及水力设计[M].北京:清华大学出版社,1991.

[3]赖喜德.基于虚拟产品开发技术的叶轮优化设计[J].兵工技术学报,2002,62(5):37-40.

[4]阴艳超,赖喜德,郭成.大型混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术[J].CAD/CAM与制造业信息化,2005(6):92-94.

9月份三坐标实习总结 篇5

一个月的三坐标测量学习很快结束了，虽然学习的东西还不算很多，但是也十分有用。在学习过程中，我逐渐认识到三坐标的有它非常卓越的优势，比起其他测量仪器来说，它的功能其实是非常强大的。同时，我也意识到三坐标很好地弥补了2Ｄ投影仪的不足，比起2Ｄ投影仪来说，它的使用性更广，测量出来的数据更加精确，更有说服力。

简单来说，三坐标测量仪主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、机器等中小型配件、模具等行业的箱体、机架、齿轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲面等的测量，还可用于电子，五金、塑胶等行业中。三坐标测量仪可以对工件的尺寸，开关和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测，外形测量、过程控制等任务。

从对三坐标的了解认识到手动操作，我的这个学习可以分为五个阶段：

第一阶段：了解测量机的主要组成部分及注意事项。掌握如何开机关闭机器，控制手柄的基本使用以及基本维护知识。

第二阶段：掌握测量探头的更换、校正以及标准球的测量

第三阶段：了解并测量最基本的点，直线，圆等基本元索。

第四阶段：了解并学会建立最基本的坐标系，回顾基本形位公差并了解测量机基本术语，包括角度，相交，平行度，垂直度等。

第五阶段：掌握相应的程序的导入。导入已编好的程序对相应半成品及成品进行测量，得出有效的数据。

总的来说，本次学习中，通过对各部门工件的测量，使我们更好地测出各部门加工的情况。三坐标能准确无误地判断出工件的良与否，对我们品检部门提供了非常巨大的帮助。同时，PC.DMIS这套软件还提供了非常实用的测量编程，只要用户建立好三坐标，就可以利用同一个程序检测出批量的产品，在很大程度上，提高我们的效率，减少了人为的误差，提高了测量准确性与范围。这也是我之前想也没有想到过的事情。

当时，我手中有本关于三坐标的教材，一时也看不懂，但通过这数日来的初步学习了解以及自己对测量机零件检测的日常观察所得，使我对测量技术有了更进一步的了解。

梁兆权

三坐标检测 篇6

摘要：针对探头在粗定位情况下对车身焊点检测效率和准确率方面存在的不足，提出了一种结合焊点形态结构特点，利用极坐标Hough变换算法和改进的边缘检测算子，以精确获取焊点坐标的方法。此方法通过形态结构决策降低参数存储，用极坐标构造二维参数极大地提高了运算速度，再结合滤波、最小二乘法、双阈值法等算法，能在高噪声的背景下对焊点进行检测标定，以提高机械臂末端探头检测焊点质量的效率和准确率，对于工业上车身焊点检测具有重要的实际意义。实验结果表明，该方法处理焊点图像的准确率达到99.2%，且快速性也有很大的提高。

关键词：焊点；形态结构；极坐标Hough变换；高斯梯度；最小二乘

中图分类号：TP391 文献标识码：A

在工业4.0智能工厂的加速推动下，企业的智能化、创新和生产效率将提到一个新的高度，汽车行业的加工将变得更加智能化、精确化、高效化等。完成焊接但是未涂装之前的车身即白车身，其焊点质量关系到整车的基本性能，用CAE工具选定的关键区域对整车的性能影响更大，所以其质量检测更是必不可少。由于运用人工来检测焊点具有视觉疲劳等不可克服的缺点，同时白车身焊点检测技术正处在一个高速发展的时期，运用机器视觉技术识别焊点并进行精确定位，来提高超声波探头检测焊点的效率和准确率将成为一个必然的途径。为此，文章对白车身焊点的检测标定方法进行研究。

点焊作为白车身主要的车身装配工艺形式，由于车身结构点焊的原因，所需检测的焊点大部分为圆或近似圆形。当前对于圆检测理论的研究也比较多，常用的检测方法有环路积分微分法、颜色分类法和Hough变换检测法。Hough变换是目前应用最为广泛的圆检测方法，也是国内外研究最多的方法。该方法的优点是可靠性高，对于噪声、区域部分缺失的情况仍能检测比较准确，但缺点是运算量大，存储空间消耗大。针对此问题国内外对此提出了多种改进方法，Xu F等在工业机器人装配减速器过程中提出了一种改进型Hough变换，但在模糊边缘时检测效果不理想；Illingworth等提出了自适应Hough变换，用一个累加器数组和灵活的迭代搜索Hough参数空间的峰值；Kultanen等提出了随机Hough变换（RHT）及改进算法，在图像空间随机选取不共线的三点映射到参数空间的一个点，实现多到一的映射；Ichikawa等提出了用一维累计数组的快速Hough变换，运用局部极值点这一维数组来决定圆的方程；林金龙等提出了用点Hough变换实现圆的检测，采用固定距离取点和中垂线必过圆心的方法来确定圆的参数空间；袁卫鹏等提出了模糊随机Hough变换算法，将模糊规则融合随机Hough变换能有效地避免检出错误曲线的情况。以上学者提出方法大多基于图像噪声较小，边缘检测得到的点集比较集中时可以取得比较理想的效果，而白车身焊点噪声干扰较大，边缘并不齐整，容易检测出多个虚假圆。本文针对焊点特性进行研究，提出的焊点形态结构和极坐标Hough变换，以及改进的边缘检测算子，能在正确率和快速性方面取得比较理想的效果。

1 总体技术方案

本文方案是在焊点检测时机器人通过示教得到粗步定位，使得CCD相机能垂直于车身表面，然后控制相机在环形LED光源下获取焊点图像，相机将图像传给计算机进行一系列处理，得到焊点精确坐标，然后控制机械臂带动探头向偏差减小的方向运动，以提高探头检测焊点质量的效率和准确率。本文技术方案实现的总流程图如图1所示。

1.1 滤波及改进的边缘检测

在实验中由于遮挡等光线原因容易使获取图像出现深色区域，极大地影响识别精度，为此在摄像头前端安装均匀环形光源，使获得的图像具有大体一致且满足实验条件的背景，实验中获取分辨率为640×480的图像如图2（a）所示，由图像得到其直方图如图2（c）所示，焊点的等高线如图2（b）所示，可知焊点图像的像素值集中在90到230之间，且焊点边缘模糊，属于噪声干扰比较大的一种情况。

由于油污和钢材锈迹的影响，易产生类似于椒盐的噪声。从理论上分析，中值滤波对于某些类型的随机噪声具有非常理想的降噪能力，相对于均值滤波，自适应平滑滤波等更有优势。其用冒泡法对f（x+s，y+t）构成的矩阵M进行排序，其中s，t取值大小为-（2k+1）～（2k+1），f取排序后的中间值，取合适的值进行滤波后其边缘效果更加清晰，滤波处理过后的情况如图3所示。

从对比图中可知非线性滤波处理能达到比较理想的效果，在实验中也用过一些线性滤波方法处理，但效果并不太理想。

从焊点像素值分布和等高线图来看，焊点边缘的过渡比较缓和，下面利用导数梯度来检测这种非跳变的软边缘。在实验中分别采用一阶和二阶导数算子来分析边缘梯度，用二维函数f（x，y）来表示灰度图像的二维矩阵，其在点（x，y）处的梯度用下面的向量来表示：

但是在实际使用中，为了方便计算和编程一般采用一种近似梯度，去除平方和开方，因此可用式（5）或是交叉梯度来简化式（4）。如果用矩阵来表示的话，可以用一个二维模板来表示，这一点我们将在试验中进行验证，比如改进的梯度算子和现有的Roberts等梯度算子。

同样可用下式作为二阶偏微分式（2）的近似：

根据公式（5）和公式（6），（7）得出的值可知，对于图像中的软边缘，一阶微分通常产生较单一的边缘，而二阶微分则细分得多。同时在实验中也得到验证，二阶微分对噪声和焊点本身容易检测出双边缘的情况，导致边缘点集混乱。同时为了检测滤波的效果，图4给出了直接进行边缘检测和在中值滤波之后进行边缘检测的结果。

从图4可知，滤波后的检测结果明显优于未滤波的检测结果，但在后面试验中发现虽然边缘轮廓相对清楚，然而软边缘引起的边缘混乱导致实验结果难以准确检测出真实的圆。结合上面分析，一阶导数检测软边缘具有优势，本文提出改进型的一阶导数算子——高斯一阶导数算子，利用高斯函数在空间和频率两个域的平滑性来克服边缘分散，其与一阶导数进行卷积能更好地去掉噪声，精简边缘点集。高斯一阶导数算子对图像进行处理相当于与一副输入图像。f（x，y）卷积，即

g（x，y）=[▽VG（x，y）]*f（x，y）。 （8）

其中G（x，y）为高斯函数，因为都为线性操作，故式（8）也可以写为：

z（x，y）=[▽G（x，y）*f（x，y）]。 （9）

它说明我们可以对高斯算子进行微分运算，然后再与图像卷积，其效果等价于在运用一阶导数算子进行边缘检测前先进行高斯滤波处理。

为求▽G的表达式，我们进行下列微分：

式（12）为改进的高斯一阶导数算子，根据上面提到的近似原理，本文结合焊点特性取合适的σ来得到二维矩阵算子。将其应用到sobel，roberts，和prewitt上分别对应G-sobel，G-roberts，G-prewitt算子，在Matlab上运行结果如图5所示。

从图5可知，改进型边缘检测效果更加理想，不但点集基数减少了，且边缘轮廓更加清晰，所以在边缘处理方面可选用图5（d）所用的改进一阶梯度算子。而二阶从边缘定位精度来看，不管是LoG运用高斯平滑和二阶导数零交叉特性检测边缘，还是canny算法都对边缘过于精确检测导致加入更多无效的点。表1为图5边缘检测留下的点集。

1.2 边缘二值图像的处理

从图5和表1可知，边缘检测后点集中还是有很多噪点，所以需要对边缘检测的图像进一步处理，除去独立的，不符合焊点形态的点。本文构造了如图6所示的结构进行遍历来取得有用的点。

令f（x，y）表示边缘检测后二值图像有效点的像素值（白色的点），结构系数的响应g（x，y）是形态结构系数与其所包围的图像像素的乘积之和：

其中，x，y分别表示像素点所在的行和列，是可变的，以便w中的元素能访间厂中的每个像素，（2m+1）×（2n+1）表示形态结构系数的大小。

如果g（x，y）的值小于2则表明f（x，y）对应的点不满足焊点形态结构要求，对该点进行以下处理。Aⁱ表示图6中的形态结构，集合D表示边缘检测留下的点集，B为处理过后的集合，然后运用下面的集合运算进行处理：

让Aⁱ在D上运行，以便Aⁱ能访问D的每一个元素，来创建一个新的集合B，运用Matlab编写程序对图6（d）进行验证，如图7所示。

从图7中可看出，经过处理过的二值图像与原图对比明显去掉了很多不必要的点，符合焊点形态的点基本保留下来了。不同图像经过形态学结构处理与未处理的对比如表2所示。

从表2可知，不同图像处理后的边缘点集都大幅减少，同时也足够用本文方法检测出正确的圆参数。从表中边缘点集的变化情况来看，形态学结构能够有效地减少Hough变换处理的基数，从而达到减少运算量和存储量的目的。

1.3 极坐标Hough变换

任意圆的方程可表示为：x²+y²+Dx+Ey+F=0。

在标准Hough变换中，对于原图像中的每一点（x_i，y_i）在参数空间都对应一个三维的圆锥，其数学表达式为：

（a-x_i）²+（b-y_j）²=r² （16）

其中a，b，r为参数空间的3个变量，在参数空间对应一簇相交于（a₀，b₀，r₀）的三维圆锥面，所以可想而知其计算量是非常大的，在现实程序中难以得到理想的效果。本文将参数坐标转化到极坐标，任意圆的极坐标形式为：

a=x-ρcosθ；b=y-ρsinxθ。 （17）

当n取上表2处理过后的边缘点集813，m为1且N取实验结果30时，可知其概率大概是1/21951，实验会造成大量无效积累和产生较大的误差。因此本文对D内所有的点进行遍历，准确率更高，计算量也小，设极径步长为p_n，极角步长为a_n，遍历过程如图8所示。

根据焊点的性质，给一个合适的p_n和a_n，得到极径的遍历基数M=（r_max-r_min）/p_n，极角的遍历基数N=2π/a_n，然后沿着图8（a）的极轴分别取值，利用M和N构造一个两层循环来积累参数空间三维矩阵P_h，通过下列计算来获得参数空间的值：

其中k，z为循环中步长累计的次数，若计算出的a，b，r在规定阈值内，将参数保存并使矩阵P_h对应的值加1，从而得到参数空间的累积值。

1.4 用最小二乘法得到圆参数及标定

在得到矩阵P_h后，通过搜索找到最大的积累值p_max（也就是落在此圆上的点最多），由于我们有时需要检测多个圆，同时边缘点集并不是精确地落在圆上，所以我们需要一个阈值T_n来设定一个容许误差。如果P_k中积累值大于P_max×T_n，则对应圆参数（a，b，r）被确定为检测到的圆参数，一般会得到几个圆参数，所以同时也会带来虚假圆的麻烦。这时我们需要用到前面提到的粗定位坐标来判断真实圆，并利用最小二乘来找出候选圆。设粗定位坐标转化到平面坐标为（a'，b'），其运算关系如下：

如果d相对于其他值差别较大，可知对应参数不是真实圆参数。通过判断d来去掉虚假圆，决定候选圆。式（22）中n即为候选圆的个数。因为焊点边缘不齐整，所以利用式（22）取候选圆的均值来确定最终的圆参数并标定。

另外，由于焊点噪声干扰比较大，如图1焊点上的黑色条状，容易产生小的虚假圆，有时也有可能产生大的虚假圆，一般也可以利用焊点特性人工设定最小半径和最大半径的双阈值法来去掉过小和过大的虚假圆。

2 实验结果

实验用Matlab编程工具实现，根据上面的理论，在试验中取20张图片验证都能准确检测到焊点，根据车身焊点大概3000～6000个估算，此方法的准确率能达到99.2%。下面分别对不同尺寸，不同类型的焊点进行验证。本算法不需要随机取点，所以每次运行都能取得同样的效果，图像处理的效果如图9所示。

图9（a）（c）（e）为拟合结果叠加到原图的效果，（b）（d）（f）分别展示了检测到的点集拟合后的效果图。从图9可知本算法对焊点的检测标定能取得比较好的效果。文献提到在合成图上用圆Hough变换（CHT），当N/S（噪声点与信号点的数量之比）达到30时，所耗时间为59.7s；文献提出的改进RHT算法，处理虹膜图像的时间约为2s，时间取50次的均值，但是当N/S达到22时，由于取点的关系使得检测结果急剧变坏，无法使用，并不适用于焊点检测。表3列出了本算法在处理以上图像时的信息，对于噪声比达到26.10时，还能得到理想的效果，但是如果油污较大或是噪声太大，使得N/S大于30时，容易检测到虚假圆。

本方法对于处理其他噪声较大的图像也具有一定的参考价值，图10为本文方法与文献方法的对比，处理图像的尺寸从小到大变化时，检测出正确圆所用时间如图10（b）所示。

从上面的结果可以知道，虽然文献通过快速傅立叶变化来计算Hough变换的卷积结果，来减少计算复杂性，但是对于处理像素值较大的图片其处理时间明显增强，在图像大于200×200时，本文方法具有明显的优势。

3 结论

三坐标检测 篇7

三坐标测量机是把机械、电气自动化、电子、计量、计算机等技术融为一体的通用计量设备, 它具有高精度, 高效率、智能化的特点, 它的测量对象几乎包括了各种尺寸和公差, 它的测量软件包括通用测量软件和专用测量软件, 前者适用测量箱体类零件、模具、卡具、精密铸造件的几何尺寸、形位公差, 后者适用于各种曲线、齿轮、螺纹等的检测, 可以称三坐标测量机为万能的几何量检测仪, 因此三坐标测量机也广泛应用于机械制造业、汽车、航空和国防等行业, 我厂的型号global.advantage12.22.10机型也具有以上测量软件的基本功能, 在我厂机械制造业发挥着举足轻重的作用。

2 用软件测量蜗杆齿距及牙型半角误差

静压蜗杆是我厂生产数控卧车精度要求高的关键件, 其蜗杆类型是 (ZA) 阿基米德螺旋线, 我厂计量的主要项目是左、右齿面的齿距、累积误差及牙型半角误差, 我们知道, 该类型的蜗杆是用斜

直刃车刀安装在通过蜗杆轴线的平面上切削出来的, 其轴面内的形状是直线齿廓。而垂直于轴线的平面与螺旋面的交线为阿基米德螺旋线。我们测量时只有上母线轴向齿廓是直线, 余线是螺旋线, 在检测牙型半角时, 如果不在上母线上, 就会出现牙型半角过大或过小的误差, 不是蜗杆的真实角度了, 为了解决这一难题, 通过在实践中摸索, 找到以下解决方法。

PC-DmisCAD++软件是通用测量软件, 而测量蜗杆、蜗轮有专用的软件, 我们现有的通用软件要想测全蜗杆的导程角等确有困难。但还是可测量齿距及牙型半角误差, 步骤如下: (1) 根据零件特点、图纸要求, 确定用3-2-1法建立坐标系。 (2) 手动建坐标系, 以外圆柱找正Y正方向, 确定X、Z轴原点, 在左端外圆左右两侧锁住Z轴各打一点, 构造其中点, 柱心到该中点旋转到Z正, 在蜗杆的右齿面上打一点, 将Y轴原点平移到该点, 将上述程序在DCC自动模式下重新创建并自动执行一次。 (3) 用自学习的方法在X=0位置上打两点确定直线, 然后自动执行一次, 看直线的实测值X是否为零, 目的是确定曲面的矢量方向, 结果显示如下:

从实际值可以看出X为-0.0049, 确定系统修正量为+0.0049, 这样将理论值加上人为修正量, 然后重新自动执行一次, 显示结果如下:

1直线/=特征/接触/直线, 直角坐标

理论值/<0.0049, 12.136, 91><0.003, -0.2588, 0.9659><0, 1, 0>20.375

实际值/<-0.0001, 12.136, 91><0.003, -0.2588, 0.9659><0, 1, 0>20.375

目标值/<0, 12.136, 91><0.003, -0.2588, 0.9659><0, 1, 0>20.375

如果一次不能修正好, 可按上述方法多次修正, 消除X≠0时的测量误差。将该被测直线阵列, 阵列粘贴后, 全部执行一次即可。

直线的实际值修正为X=0, 消除了X≠0时造成的牙型半角过大或过小的误差, 即可降低测量误差, 提高测量的准确度。测出两面直线后分别评定牙型半角误差, 路径:夹角→直线1→2维→按Z轴→创建即可。

用上述方法测量蜗杆的齿距误差及齿距累积误差时, 当X≠0时用同样的方法修正, 当X=0时确定点的位置后加上移动点后再将该点阵列需要检测的齿数, 这样就保证了X=0, 高度Z值相等, 编好程序后自动执行一次, 计算Y值便可计算出单齿误差及齿距累积误差了。

3 螺距累积误差的数据处理

螺距累积误差一般是在逐牙测出单个螺距误差以后, 逐牙累积而得到给定长度内的最大累积误差, 数据处理如图1所示。

基本尺寸P=31.993, 实测值减去基本尺寸为单齿误差:+11, +4, 0, -1, +3, +3, -3, +2, +1, -2, +2, -1, -3。绝对值最大为单齿误差:即单齿误差+11。

螺距累积误差是在给定长度内任意两同侧螺纹面间实际距离对公称尺寸偏差的最大代数差, 即为单齿误差的代数和:+11, +15, +15, +14, +17, +14, +16, +17, +15, +17, +16, +13。螺距累积误差为17。

三坐标检测 篇8

1.1 误差的来源

数控机床的误差来源比较复杂。机械加工的误差主要来源于机床、加工过程和检测等三个方面。如:(1)床身、主轴、立柱、导轨、旋转轴等机床零部件在制造过程中引入的尺寸误差及装配过程中引入的装配误差;(2)机床在负载下的变形及机床结构的力变形引起的定位误差;(3)伺服跟随系统引起的误差;(4)具体工况中振动、湿度、温度、气流等因素引起的环境误差及检测误差等[1,2]。图1为数控机床的主要误差来源。

1.2 误差的分类

根据误差的性质、误差的来源以及误差的时间特性不同,可以将误差分为以下类型:

(1)按其性质可分为:系统误差和随机误差;

(2)按其来源可分为:几何误差、切削力误差、热误差和控制误差、检测误差等;

(3)按其发生的时间特性可分为:静态误差和动态误差[3,4]。

2 三坐标测量机(CMM)测量法

目前,国内外用来检测数控机床几何误差的方法很多[5],常见的有:一维球列测量法、球柄仪测量法、正交光栅测量法、激光干涉测量法和三坐标测量机测量法,其中三坐标测量机测量法用途较广。下面主要介绍三坐标测量机测量法的结构特点及原理。

三坐标测量仪可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器”,它可以在三个相互垂直的导轨上移动,其探测器以接触或非接触等方式传送信号,三个轴的位移测量系统(如光学尺)可以经过数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

2.1 三坐标测量机(CMM)的结构

如图2所示,三坐标测量机的结构组成为:主机(包括桥架、导轨、工作台)、测头系统、测量系统(一般为光栅系统)和驱动控制系统。由左右两根立柱和一根Y向横梁构成了一个移动桥架,其可沿X方向作前后移动,中央滑架可横梁上沿Y方向作左右移动,安装在滑架上的立柱带动测头组件可沿Z方向作上下移动。桥架和工作台构成了一个测量空间,测量时可将被测工件放置于此测量空间内进行测量。导轨系统由气浮式导轨构成,可用来支撑由空气轴承联结的三根轴。驱动控制系统可驱动三轴连同测头一起在测量空间内做三维运动并跟踪待测点的位置,其测量的速度参数可通过软件进行设定,光栅测量系统用来记录三轴的坐标,通过一定的测量软件,由各点坐标值计算出被测工件的几何尺寸、形状和位置并给出测量结果。

2.2 三坐标测量机(CMM)的测量原理

三坐标测量机(CMM)的测量方式通常分为接触式测量和非接触式测量。其中,前者常用于机械加工产品、压制成形产品和金属膜等的测量。为了详细分析工件的加工数据,经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。三坐标测量机的扫描操作是应用DMIS程序在被测表面的特定区域内进行数据点采集,该区域可以是零件的一个截面、曲线或距边缘一定距离的周线等。将被测物体置于三坐标测量空间内,即可获得物体上各个测点的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,即可通过计算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。基本原理是通过探测传感器结合三轴运动,获取被测离散点的空间位置,通过数学计算,对被测点群进行分析拟合,最终还原出被测的几何元素,在此基础上计算出测量值与理论值之间的偏差,从而完成对被测零件的检验工作。如图3所示,若要测量工件上一圆柱孔的直径,可以在垂直于孔轴线的截面I内,触测内孔壁上的任意三个点(点1、2、3),根据这三个点的坐标值计算出孔的直径及圆心坐标O;若要在该截面内触测更多的点(1,2,…,n,其中n为测点数),则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差;如果对多个垂直于孔轴线的截面圆(Ⅰ,Ⅱ,…,m,其中m为测量的截面圆个数)进行测量,则根据被测点的坐标值就可计算出孔的圆柱度误差;如果再在孔的端面A上触测任意三个点,则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。由此可见,CMM的这一工作原理使其具有很大的通用性与柔性。从原理上说,它可以测量工件的任何几何元素的任意参数。

三坐标测量仪通用性强,可实现空间坐标点位置的测量,测量出各种零件的三位轮廓尺寸和位置精度,测量精确可靠,可方便地进行数据处理与程序控制。

3 基于三坐标测量机的数控机床几何误差检测实验

目前的数控机床误差补偿方法主要有硬件补偿和软件补偿。由于硬件补偿固有的缺陷,本文采用基于加工中心误差模型的软件补偿方法,对机床G代码进行修正,通过修正后的数控指令值驱动数控机床,使机床刀具中心精确运动到加工点,实现误差补偿。

本文采用一台三坐标测量机对数控加工中心进行误差检测及辨识,并对两个大小、形状完全相同的标准件进行软件误差补偿实验,对比机床的误差补偿前后效果。

两个标准件的尺寸大小在不同情况下的结果如下表所示,从下表中可以看出,数控加工中心误差补偿效果明显。

4 结论

本文在分析数控加工误差来源及分类的基础上,明确了几何误差的性质、产生原因、发生的时间特性,进一步明确了以几何误差为研究对象的必要性及现实性。着重介绍了三坐标测量法的测量原理及特点,最后用一台三坐标测量机对由数控加工中心加工的标准零件进行误差测量,对后续的误差补偿提供准确的数据,得到了预期的补偿效果。

参考文献

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[3]曹永洁,傅建中.数控机床误差检测及其误差补偿技术研究[J].制造技术与机床,2007,(4):38-41.

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三坐标检测 篇9

三坐标测量机常见的建立坐标系的方法分3类:3个互相垂直的平面;1面2孔;1面1线1孔。建标所用要素为零件上的平面、直线或孔等要素。

自波音747-8内襟翼项目始, 出现了零件的3个基准均为曲面的情况, 需要用3个曲面最佳拟合建立坐标系。曲面建立坐标系对我们来说完全是新思路, 经过探索学习, 我们掌握了曲面建标的原理和步骤。

本文仅以113U2133-9壁板为例, 说明此零件建标的过程。此零件为薄板件, 上表面基准A和两侧边基准B、基准C均为曲面, 设计坐标系和加工坐标系如图1所示, 测量时需要用A、B、C三曲面最佳拟合建成此坐标系。

1 导入零件模型, 调入零件设计坐标系

我公司使用的PCDMIS脱机软件为2010版本, 只能兼容CATIA V5R19及更低版本的数模, CATIA V5R20版本的数模在PCDMIS2010版测量软件中无法导入, 需将数模进行处理后存为STEP文件才可适用。下面对这两种版本数模的应用分别进行介绍。

1) CATIA V5R19版本的数模。打开PC-DMIS 2010版测量软件, 新建测量程序 (对波音项目的测量单位选英寸) , 导入数模, 点菜单EDIT-GRAPHICS DISPLAY WINDOW-CAD COORDINATE SYSTEM, 在弹出的框中选零件设计坐标系, 再确定, 从而零件模型导进来, 坐标系也调入了。

2) 对于CATIA V5R20版本的数模。打开零件数模, 插入飞机原始坐标系, 在零件设计状态下进行定位变换。点菜单“开始→机械设计→零件设计”, 然后点菜单“插入→变换特征→定位变换”, 在弹出的框中, 参考框选零件坐标系, 目标框选原始坐标系, 点确定, 零件实体就会转换到飞机原始坐标系下, 将飞机坐标系设为当前坐标系, 将数模另存为STEP文件。

然后打开PC-DMIS 2010版测量软件, 新建测量程序, 导入STEP文件, 再确定零件在测量平台上摆放时零件坐标系与机床坐标系各轴的对应关系, 按F5, 在弹出框中点“PART/MACHINE”按钮, 选零件+X对应机床+Z, 零件+Y对应机床+X, 零件+Z对应机床+Y, 点确定。这样导进了零件模型, 也调入了坐标系。

2 迭代法建标

对于导入的CATIA文件和STEP文件, 接下来的步骤完全一致。在A基准面均匀测3个点, B基准边沿+Z向测2个点, C基准边测一个点, 用迭代法粗建标, 如图2。

迭代法建标步骤:插入坐标系→点INTERATIVE按钮→选1、2、3点为LEVEL-3, 4、5点为ROTATE-2, 6点为ORIGIN-1, 每次选择后按SELECT按钮确认, 勾上“MEAS ALL ALWAYS”, 设POINT TARGET RADIUS为0.1, 点OK, 第二个界面关掉后, 在第一个界面点“CAD=PART”, 点确定, 迭代法建标结束。根据各点的坐标值和坐标系方向, 在程序中的第3、4点和第5、6点之间分别加两个虚点。脱机运行程序, 若能正常运行, 将程序另存为3.5的版本, 再将程序拷贝到测量机上联机运行, 确认迭代法粗建标能正常运行, 否则, 脱机重做。由于我们测量机的联机软件版本低, 为3.5版, 脱机程序必须另存为3.5以下的低版本才能联机运行。拷贝程序时须把自动生成的CAD文件和程序文件一起拷贝。

3 在各基准面布点, 分别构造点集

若迭代法建标运行正常, 再将程序倒回脱机状态, 依次在A、B、C基准上均匀布点, 根据基准的面积和曲率决定点数的多少和疏密, 面积大时点数要多, 曲率大时点要密, 反之则相反。113U2133-9的A基准大约53 cm×63 cm, 布了90个点;B基准约20 cm长, 5 mm厚, 沿+Z向布了一排, 18个点;C基准厚4 mm, 沿+Y向布了一排, 32个点。根据点的坐标值以及坐标系方向, 在A基准最后一点和B基准第一点、在B基准最后一点和C基准第一点之间分别加上2个虚点。将A基准上所有的点构成集合SCANA, 将B基准上所有的点构成集合SCANB, 将C基准上所有的点构成集合SCANC, 用这3个点集最佳拟合建标。在最佳拟和坐标系界面, A、B、C三基准的权重分别输5、3、1, 选3D, 最小二乘法, 允许平移和旋转, 点OK即可。将程序另存为低版本, 然后将程序文件和CAD文件一同拷贝到测量机, 如图3。

4 联机运行程序

联机运行程序, 手动测量6个点后, 程序开始自动运行, 先迭代法粗建标, 然后依次测量3个基准所有点, 评价3个基准的点集, 按F10, 根据需要可勾选被评价元素的实测、理论, 偏差, 公差和超出公差。输出各点集的X、Y、Z、T值, 这里我们只输出偏差, 偏差不大于零件测量要素的最严公差的1/4到1/5即可, 不能保证精度时需重新脱机加密取点。建标精度若满足要求, 即可加入程序的题头信息、测量子程序、存储命令, 一个曲面建标程序就建成了, 在首件测量过程中加入虚点, 程序就完善了, 如图4。

5 结语

用3个曲面基准面最佳拟合建立坐标系, 解决了波音747-8内襟翼项目的十多项零件的测量问题, 突破了以往传统的建标思路, 使我们的三坐标数控测量技术进一步提高, 以后会有更多的应用。

摘要：介绍了在PC-DMIS测量软件的环境下, 用3个曲面基准面最佳拟合建立测量坐标系的详细步骤。

关键词：PC-DMIS测量软件,迭代法,最佳拟合,定位变换

参考文献

三坐标检测 篇10

关键词：旋转坐标系算法,电压畸变,电流检测,简化计算量

0 引言

为了提高电能质量,静止同步发生器和有源滤波器等装置被广泛应用补偿电流中的无功、谐波及负序分量[1,2],这些装置的核心技术是电流的检测和控制。目前常用的电流检测算法主要有Fourier分析检测算法[3],基于瞬时无功理论的p-q法[4,5]以及对其进一步发展的p-q-r法[6]。

本文针对瞬时无功理论存在的不足提出一种变速旋转坐标系算法。当电压和电流畸变且不平衡时,该算法可准确检测出基波正序电流和相对于基波正序电压的电流有功及无功分量。通过调整算法中旋转坐标系的转向和转速,可检测出指定次正负序电流和相对于指定次正负序电压的电流有功及无功分量。

1 变速旋转坐标系算法原理

1.1 基波正序电流检测

对于三相三线电网系统,当电流处于畸变且不平衡时其瞬时值表达式为:

从矢量角度看,电流是由各个幅值、转速和转向的矢量合成,各矢量在图1所示的abc三相对称坐标系中的值就是各次电流瞬时值。将电流瞬时值用基波正序转换矩阵T+1xy/abc变换到图1所示的逆时针旋转且角速度为ω的基波正序旋转坐标系上。

基波正序转换矩阵为:

电流在基波正序旋转坐标系的坐标为:

通过分析发现转换后基波正序电流的坐标值为直流量,应用低通滤波器提取得:

基波反转换矩阵为:

基波正序电流的瞬时值为:

在进行坐标系变换过程中应用的基波正序转换矩阵和反转换矩阵由sin(ωt+)和cos(ωt+)及其初相角滞后2/3π和4/3π的正余弦三角函数组成。

1.2 指定次正负序电流检测

设指定次电流为l次负序电流,相对的指定次电压为h次正序电压。将电压瞬时值用h次正序转换矩阵T+hxy/abc变换到图2所示逆时针旋转且角速度为hω的h次正序旋转坐标系上。

h次正序转换矩阵为:

将电流瞬时值用l次负序转换矩阵T-1xy/abc变换到图2所示顺时针旋转且角速度为lω的l次负序旋转坐标系上。l次负序转换矩阵为:

对电流的转换坐标值用低通滤波器提取得h次正序电压和l次负序电流为:

应用瞬时无功理论推导l次负序电流相对于h次正序电压的有功和无功分量。同样地,就可以计算出l次负序电流相对于h次正序电压的有功和无功分量在l次负序旋转坐标系上的坐标值。

h次正序反转换矩阵为:

对l次负序电流以及电流的各个分量用l次负序反转换矩阵T-1abc/xy分别进行转换计算得到电流及其各分量瞬时值。l次负序反转换矩阵为:

l次负序电流的瞬时值为:

2 仿真验证

为了验证变速旋转坐标系算法的准确性和有效性,应用PSCAD软件进行仿真研究。在仿真系统中电网电压由不平衡的基波、3次谐波和5次谐波电压叠加。负载为阻容性负载。用系统电网电压中叠加的原始基波正序电压单独作用于系统的阻容负载,得到原始基波正序电流。如图3所示将该电流波形与用变速旋转坐标系算法检测得到的基波正序电流进行对比,发现两者相同。这说明变速旋转坐标系算法对于基波正序电流的检测是有效且准确的。

如图4所示将检测到的a相基波正序电流应用变速旋转坐标系算法得到相对于基波正序电压的有功分量I+1ap和无功分量I+1aq。为了方便波形比较,图中电压V+1a/10为a相原始基波正序电压缩小10倍的波形。电流无功分量与电压比较相位可以看出为容性无功,与负载为阻容性质是一致的。这说明变速旋转坐标系算法对基波正序电流有功和无功分量的检测是有效的。

将检测到的a相基波正序电流有功与无功分量相加得到波形I+1ap+I+1aq。如图5所示将该波形与a相原始基波正序电流对比,发现两者相同。这说明变速旋转坐标系算法对基波正序电流有功和无功分量的检测是准确的。

同样地,将该波形与用变速旋转坐标系算法检测得到的5次负序电流进行对比,发现两者相同,这说明变速旋转坐标系算法对于负序指定次电量的检测是有效且准确的。此外,将检测到的a相5次负序电流应用变速旋转坐标系算法得到相对于3次正序电压的有功分量I-5ap和无功分量I-5aq,通过对比发现电流的有功分量周期与电压周期相同,无功分量周期超前电压90º为容性无功,与负载为阻容性质相一致。这说明变速旋转坐标系算法对指定次电流相对于指定次电压有功和无功分量的检测是有效的。

3 结论

本文提出一种在电网电压畸变且不平衡时进行电流各分量检测的变速旋转坐标系算法。该算法可以检测任意指定次正负序电流以及相对于任意指定次正负序电压的电流有功和无功分量。另外该算法在计算时仅需要知道电压和电流瞬时值,与类似算法相比不需要知道电压矢量与旋转坐标系的夹角。这有效的降低了计算量,简化了电流检测硬件电路,便于在实际工程应用中实现。

参考文献

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三坐标检测 篇11

摘 要：位置度检测是机动车零部件检测中经常进行的一项常规检验。所谓“位置度”是指对被评价要素的实际位置对理想位置变动量的指标进行限制。在进行位置度检测时首先要很好地理解和消化图纸的要求，在理解的基础上选择合适的基准。位置度的检测就是相对于这些基准，它的定位尺寸为理论尺寸。

关键词：三坐标；位置度

1 位置度的三坐标测量方法

1.1 计算被测要素的理论位置

①根据不同零部件的功能要求，位置度公差分为给定一个方向、给定两个方向和任意方向三种，可以根据基准体系及确定被测要素的理论正确位置的两个理论正确尺寸的方向选择适当的投影面，如XY平面、XZ平面、YZ平面。②根据投影面和图纸要求正确计算被测要素在适当投影面的理论位置。

1.2 根据零部件建立合适的坐标系。在PC-DMIS软件中，可以把基准用于建立零件坐标系，也可以使用合适的测量元素建立零件坐标系，建立坐标的元素和基准元素可以分开。

1.3 测量被测元素和基准元素。在被测元素和基准元素取点拟合时，最好使用自动程序进行，以减少手动检测的误差。

1.4 位置度的评价。①在PC-DMIS软件中，位置度的评价可以直接点击位置度图标。②在位置度评价对话框中包含两个页面，特征控制框和高级，首先根据图纸要求设置相应的基准元素，在基准元素编辑窗口中只会出现在编辑当前光标位置以上的基准特征，如图1所示。③基准元素设置完成，回到特征控制框选择被测元素，设置基准，输入位置度公差。④在位置度评价的对话框中选择高级，在此对话框中可以设置特征控制框尺寸的信息输出方式和分析选项。如图2的对话框，在标称值一栏中手动键入被测要素的理论位置值，点击评价。

1.5 在报告文本中刷新就可以看到所评价的位置度结果。

2 三坐标测量位置度的注意事项

2.1 评价位置度的基准元素选择和建立坐标系的元素选择有相似之处，都要用平面或轴线作为A基准，用投影于第一个坐标平面的线作为B基准，用坐标系原点作为C基准。如果这些元素不存在，可以用构造功能套用、生成这些元素。

2.2 对位置度公差的理解。如位置度公差值t前加注φ，表示公差带是直径为t的圆内的区域，圆心的位置由相对于基准A和B的理论值确定。（如图3）

如位置度公差值前加注Sφ，表示公差带是直径为t的球内的区域，球心的位置由相对于基准A、B和C的理论值确定。（如图4）

2.3 对于深度小于5mm的孔，可以直接计算测量其位置度。对于深度大于5mm的孔，必须采用先测量圆柱，然后与上、下端面求相交，再对交点求位置度的方法来控制测量误差，上、下端面一般是指整个孔的两端面。或者尽量取靠近两端面孔的截面位置，如果仅测量一个截面，求其位置度是不能保证此孔在整个长度范围上所有截面的位置度都合格的。因为交点是圆柱轴线与两端平面相交得到，不管轴线方向往哪个方向倾斜，如果两端交点位置度合格，中间各截面的位置度也应该是合格的。

2.4 对于有延伸公差带要求的，评价时要包含延伸的长度。

2.5 在位置度公差设置时，有时会出现[M] [L] 图标，它们的含义各不相同，其主要目的是为了尺寸公差和形状、位置度公差之间的相互补偿。

①孔的最小实体位置度公差。

它的含义是计算位置度时，要遵守最小实体状态原则，并按最小实体要求输出其位置度误差值，如上所示φ14的孔，当其实测值小于φ14，例如为φ13.9时，孔的最小实体位置度公差补偿值=13.9-14。

它输出的位置度公差值=|13.9-14|+φ0.5。

②孔的最小实体位置度公差（以孔为基准）。

它的含义与①相同，与①的不同之处是它的基准是规定的孔，即要先测量基准孔，再测量被测孔，軟件自动计算出包含最小实体要求的位置度误差值。

③孔的最大实体位置度公差。

它的含义是计算位置度时，要遵守最大实体状态原则，并按最大实体要求输出其位置度误差值。如上所示φ14的孔做到φ14.1时，孔的最大实体位置度公差补偿值=14.1-14，它输出的位置度公差值=（14.1-14）+φ0.5。

④孔的最大实体位置度公差（以孔为基准）。

它的含义与③相同，与③的不同之处是它的基准是规定的孔，即用三坐标测量时要先测量基准孔，再测量被测孔，软件自动计算出包含最大实体要求的位置度误差值。

2.6 基准的选择顺序也是非常重要的，顺序不同，评价出来的结果也完全不同。

三坐标检测 篇12

1 常规的检测算法

1.1 d q坐标变换检测算法[4]

令系统三相电压uabc为：

式(2)三相电压uabc经dq变换后：

由于三相测量电压中还包含谐波分量和测量误差，常将式(4)通过低通滤波器(LPF)，如图1所示。理论上dq坐标变换检测算法的判断量为：

1.2 基于αβ坐标变换检测算法

文献[5]提出一种只基于αβ坐标变换的检测算法，通过电压的α、β分量构造同步旋转坐标变换，模拟d q变换检测算法，并可省去锁相环节和三角函数计算。将dq变换矩阵P可分解为

式中：θ=ωt。故uabc可分2次变换：

同步旋转角θ可用电压矢量uαβ表示：

将式(11)代入式(10)，同步电压矢量udq为：

将式(12)代入式(4)，得

式(13)与式(4)相同，即基于αβ坐标变换的检测算法与dq变换检测算法等效，其检测原理如图3。理论上αβ坐标变换检测算法的判断量为：

1.3 带陷波器的d q坐标变换检测算法

观察式(3)，三相不对称电压的正序基频分量转换成直流量，而基频负序分量转换成2次分量。为分离基波正序分量，可采用陷波器(Notch)，其传递函数为：

式中：ω0为陷波角频率，设为2ωf(ωf为基频角频率);ζ为阻尼比。带陷波器的d q坐标变换检测算法如图4所示。理论上该算法的判断量为：

2 基于正负序双旋转坐标变换检测算法

传统dq坐标变换是正序同步旋转坐标变换，考虑构造负序同步旋转坐标变换，将-θ代入式(8)，则：

将uαβ通过上述负序同步旋转坐标变换，得

式中：ud N,uq N为三相电压在负序同步坐标下的d、q分量。正负序双同步旋转坐标变换检测算法如图5所示。理论上该算法的判断量为：

3 仿真分析与比较

利用PSCAD通过单相接地短路对传统d q变换算法和αβ变换算法的检测性能进行仿真比较。仿真中设定三相380 V系统中a相0.2 s时发生接地短路，仿真波形如图6所示。

图6中：Ua,Ub和Uc为三相电压;Vd q,Vαβ，VP,VP-N分别为d q坐标变换，αβ坐标变换，带陷波器d q坐标变换和正负序双同步旋转坐标变换四类检测算法的检测量;VN为负序同步旋转坐标变换检测到的负序分量;Vref为判跌门限，三相系统中设为0.38×90%=0.342 kV;F_trig为故障发生逻辑，Detect_d q,Detect_αβ，Detect_P,Detect_P-N分别为上述4类检测算法的检测逻辑，0表示未发生或未检测到，1表示发生或检测到。

不同故障情况下各类检测算法仿真结果如表1所示，仿真结果由电压跌落检测时间和稳态值2部分组成，单位分别为ms和kV。由于αβ坐标变换和d q坐标变换的检测性能极为相似，故将其数据列为一类。

4 结束语

正负序双同步旋转坐标变换算法，通过构造一个由正序和负序2个分量构成的检测量，当发生各类对称故障时，所构成的检测量具有更快的下降速度，并且普遍适用于各类故障情况。因此，具有较常规的dq变换检测算法更快的检测速度。

摘要：电压跌落的快速准确检测对于电能质量的监测与治理具有重要意义。通过进行正序和负序的同步旋转坐标变换,构造一个由正序和负序2个分量构成的检测量,用于电压跌落的检测。5种情况下的跌落检测仿真均验证了该算法的有效性,并且较其他算法具有更高的检测精度和更快的检测速度。

关键词：电压跌落,dq变换,αβ变换,正负序双同步旋转坐标变换

参考文献

[1]孙连旗.电网电压瞬间跌落的危害和防范措施[J].天津电力技术,2006,(2):28-29.

[2]金钊,刘炳.电压跌落分析与对策[J].电力设备,2006,7(4):63-66.

[3]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京:中国电力出版社,1995.

[4]肖湘宁,徐永海,刘昊.电压凹陷特征量检测算法研究[J].电力自动化设备,2002,22(1):19-22.