三座标测量机检测支撑座组装质量技术方案

三座标测量机检测支撑座组装质量技术方案南车二七车辆有限公司陈时虎摘要：本文以转K2侧架组成为例，针对利用平台人工划线方式检测下交叉支撑转向架支撑座与侧架组装尺寸存在效率低、检测结果受人为因素影响的问题，提出了采用三坐标测量机进行检测的方案，并分别从检测系统的组成、测量原理、测量过程方面进行了详细介绍。关键词：支撑座组装三坐标测量机检测转K2、转K6、转8G、转8AG型转向架是采用下交叉支撑技术的提速货车转向架。其中支撑座与侧架的组装质量直接影响到交叉杆的受力状况以及转向架的正位情况，进而影响到交叉杆的使用寿命及车辆的运行品质。以转K2型转向架为例，支撑座与侧架组装质量特性值主要包括：387±2、51±2、480±1、25°±1°、两51尺寸之差不大于2毫米、内侧保持环相对于承载鞍承台面的垂直度不超过1.0毫米。在转K2型转向架试制和前期生产时，上述技术要求的控制是在检测平台上，借助辅助划线工装，采用钳工划线检查的方式进行的。测量387±2、内侧保持环相对于承载鞍承台面的垂直度不超过1.0毫米时，侧架组成必须“立放”——侧架纵向平面垂直于检测平台；测量51±2、480±1、25°±1°、两支撑座51之差不大于2毫米时，侧架组成必须“平放”——侧架纵向平面平行于水平面。人工划线检测的方式，一方面存在劳动强度大、效率低的问题；另一方面也存在检测精度低、检测结果受人为因素影响的问题。为减轻劳动强度、实施有效的质量监督，我们研究并确定了采用SZJ三坐标划线测量机检测侧架与支撑座组装质量的技术方案。1检测系统的组成本检测系统主要包含三坐标测量机及其配套软件、辅助检测工装、专1用软件三部分，见图一：1.1SZJ三坐标测量机用于被检测点空间位置的数据采集。侧架与支撑座组装技术要求的几项公差为±1毫米、±2毫米，三坐标测量机的测量精度﹤0.02毫米。因此，采用三坐标测量机检测侧架与支撑座组装质量，从精度角度分析是没有问题的。SZJ三坐标划线测量机允许测量范围（长×宽×高）为3米×3米×2米，测量范围满足侧架与支撑座组装质量检测的要求。图一由于与三坐标测量机配套的3DMM测量软件是一种通用的、常规检测的测量软件，其计算功能和检测报表均不能直接得到支撑座与侧架组装质量特性值。经过分析，可以利用3DMM测量软件对“空间点集”坐标点采集的功能，测量支撑座与侧架上的特征点。1.2辅助检测工装为提高检测效率和检测的准确度，检测时，待测工件不能处于任意的2空间位置，所以设计了专门的辅助检测工装，用于待测工件——即组装好支撑座的侧架的定位。通过辅助检测工装，保证测量时，侧架承载鞍承台面与三坐标测量机X-Y平面平行，侧架纵向中心平面与X-Z平面平行。具体要求是：在工装安装调试时，保证工装的两承台面与三坐标划线测量机的X-Y平面的平行度不超过0.10毫米，两承台面的平面度不超过0.10毫米，两侧面定位凸台的Y方向坐标差不超过0.1毫米。辅助检测工装在安装调试后，锁紧可调节的定位点，与三坐标划线测量机保持相对固定位置。1.3MyAppK2软件通过三坐标测量机及其配套测量软件，检测出支撑座与侧架组装空间位置的特征点。开发MyAppK2专用软件，对这些特征点进行计算，得出组装质量特性值，再将计算结果与标准值对比，判定合格与否，将检测结果存储并打印输出。2、检测原理2.1确定原始定位点原始定位点是指辅助检测工装定位面（点）的空间坐标，它包括：⑴辅助检测工装导框侧面定位凸台上一点dw1；⑵辅助检测工装承台面上任一点dw2。2.2检测支撑座组装特征点工件定位后，检测支撑座与侧架组装后的19个特征点，包括：⑴左侧内导框正面一点P1；⑵左侧内导框侧面一点P2；3⑶左侧支撑座保持环孔左象限点P3；⑷左侧支撑座保持环孔右象限点P4；⑸左侧支撑座保持环孔上象限点P5；⑹左侧支撑座保持环孔下象限点P6；⑺、⑻、⑼左侧支撑座保持环正面三点（基本呈正三角分布）P7、P8、P9；⑽左侧支撑座保持环背面一点P10；⑾右侧内导框正面一点P11；⑿右侧支撑座保持环孔左象限点P12；⒀右侧支撑座保持环孔右象限点P13；⒁右侧支撑座保持环孔上象限点P14；⒂右侧支撑座保持环孔下象限点P15；⒃、⒄、⒅右侧支撑座保持环正面三点（基本呈正三角分布）P16、P17、P18；⒆右侧支撑座保持环背面一点P19；具体见图二。图二42.3数据计算原理通过开发MyAppK2专用软件，对采集的上述数据进行计算处理。数据计算是该项技术的重点和难点，计算原理如下：a)根据dw1、P2，提取这两点Y坐标值并计算其平均值，即得到侧架纵向中心平面M1。b)根据P1、P11，提取这两点X坐标值并计算其平均值，即得到侧架横向中心平面M2。c)根据P3、P4，提取这两点X坐标值并计算其平均值，即得到平行于侧架横向中心平面且通过左侧支撑座孔中心的平面M3。d)根据P5、P6，提取这两点Z坐标值并计算其平均值，即得到平行于X-Y平面且通过左侧支撑座孔中心的平面M4。e)根据P7、P8、P9，计算得出左侧支撑座内侧保持环表面所在的平面MZ,计算MZ与测量机X轴的夹角，即可得出左侧支撑座内侧保持环表面与侧架纵向中心平面的角度（标准值25°±1°）；计算MZ与测量机Z轴的夹角，用夹角的正切值乘保持环的直径值，可得出内侧保持环表面相对于侧架承载鞍承台面的垂直度（标准值为１）；并根据P10，计算得出通过左侧支撑座孔中心且与内侧保持环表面平行的平面M5。f)计算M3、M4、M5的交点，可得到左侧支撑座孔中心P01的空间坐标值；g)根据P12、P13，提取这两点X坐标值并计算其平均值，即得到平行于侧架横向中心平面且通过右侧支撑座孔中心的平面M6。h)根据P14、P15，提取这两点Z坐标值并计算其平均值，即得到平5行于X-Y平面且通过右侧支撑座孔中心的平面M7。i)根据P16、P17、P18，计算得出右侧支撑座内侧保持环表面所在的平面MY,计算MY与测量机X轴的夹角，即可得出右侧支撑座内侧保持环表面与侧架纵向中心平面的角度（标准值25°±1°）；计算MY与测量机Z轴的夹角，用夹角的正切值乘保持环的直径值，可得出右侧支撑座内侧保持环表面相对于侧架承载鞍承台面的垂直度（标准值为１）；并根据P19，计算得出通过右侧支撑座孔中心且与内侧保持环表面平行的平面M8。j)计算M6、M7、M8的交点，可得到右侧支撑座孔中心P02的空间坐标值；k)根据P01、P02、M2的坐标，可计算得出左、右支撑座孔中心与侧架横向中心平面的距离（标准值480±1）。l)计算P01、P02与dw2的高度差，即可得到左、右两侧承载鞍承台面与支撑座孔高度差（标准值387±2）。m)计算P01、P02与M1的距离，即可得到左、右两侧支撑座孔中心相对于侧架纵向中心平面的距离S1、S2（标准值51±2）；S1、S2的差值即为“两51之差”（标准值≤2）。3检测过程3.1采集原始定位点的数据启动三坐标测量机配套的3DMM测量软件，检测辅助检测工装定位面（点）的空间坐标dw1、dw2，并保存为“原始定位点数据文件”。3.2放置工件6将组装好支撑座的工件安放在辅助检测工装上时，内侧保持环在测量机一侧，并使侧架两内导框侧面与辅助检测工装两定位凸台相接触；见图一。3.3采集支撑座组装特征点的数据借助3DMM测量软件，按照2.2项特征点的顺序，依次检测支撑座与侧架组装后的19个特征点，并保存为“支撑座组装数据文件”。3.4数据处理操作3.4.1启动MyAppK2在程序栏中或桌面启动MyAppK2，进入“转K2支撑座组装检测”主界面，见图三。图三3.4.2参数设置每次启动MyAppK2后，首先要进行参数设置。单击主界面“参数设置”，进入参数设置对话框，见图四。7图四参数设置包括两部分。一是设置采样球（测量头）直径。二是辅助检测工装原始定位点的数据；按下“参数读写”按钮，弹出“选择定位点数据文件”对话框（见图五），双击选择原始定位点数据文件（*.lin）后，按“参数设置”对话框中的“保存退出”回到主界面。图五83.4.3数据计算在主界面下（见图三），单击“数据处理”，弹出“选择支撑座组装数据文件”对话框，如图六。打开包含19个特征点的数据文件（*.pln），弹出“检测结果”对话框和检测结果合格与否的提示信息，见图七和图八。图六图七9图八3.5打印输出关闭提示信息，单击“检测结果”对话框的“打印”按钮，可将打印结果输出到系统打印机。4结束语该测量技术已连续应用5年。在开发成功后刚刚投用的初期，发现了许多支撑座组装质量超差的情况，我们在支撑座组装焊接工序分别采取了一些措施，改正了支撑座组装质量超标的问题。实践证明，采用三坐标测量机检测侧架支撑座组装质量，效率提高了2倍，检测周期为9分钟左右；同时，提高了检测准确度，减轻了工人劳动强度；解决了平台划线检查准确度不高、漏检的问题。该方案也已成功应用于转K6、转8G、转8AG型转向架侧架与支撑座组装质量的检查。该项技术的应用，使得我公司在侧架与支撑座组装质量的检测技术方面处于同行领先地位。