关节臂

红宝石测球适用于大部分工件（包括不锈钢和钛合金工件）的扫描测量，但在极端条件下扫描测量铝合金工件时，可能会产生粘结磨损。因此，在极端条件下测量铝合金时，可用氮化硅测球替代红宝石测球。不过，氮化硅测球在测量不锈钢或铸铁工件时容易产生磨料磨损。扫描测量铸铁零件时应选择氧化锆测球，不过硬质合金测球也表现不俗。

不同的探针类型

　　直探针通常用于在测头可直接接触工件的情况下探测一些简单的零件特征。不过，对于一些特殊的检测任务，广元手持便携三坐标，还有许多其他类型的探针可供选择。

（1）星型探针

　　具有多个测球的星型探针能以较少的测头运动测量零件内部特征（如孔中的沟槽）的极值点（图2）。

图2 星型探针

（2）尖头探针

　　尖头探针非常适合探测螺纹形状、特定的点和刻划线，但不适用于标准的X—Y坐标测量。端部呈圆弧形的尖头探针可用于探测小孔的位置。

（3）陶瓷空心球探针

　　这种大尺寸探针非常适合在X、Y和Z方向测量较深的零件特征和内孔（图3）。用这种半球形探针测量粗糙表面时，其球径平均效应可减小粗糙度峰谷的影响。

图有效球径大、重量轻的陶瓷半球探针

（4）盘型探针

　　盘型探针适合检测凹腔和沟槽。用厚度较薄的盘型探针进行探测时，需要仔细校准探针的角度，以确保其与被测特征正确接触。简易型盘型探针只需以其直径为基准（通常用环规校准），但其有效探测范围仅局限于X和Y方向。如果增加一个端部呈圆弧形的滚柱，就能实现Z轴的探测，提供超出测头直径的圆弧端滚柱加长杆的中心线。

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关节臂扫描仪对车轮轮辐厚度的测量应用

1 引言

轮辐是汽车最重要的组成部件之一，对汽车行驶的安全性、整车外观的美观程度等具有重要的意义。随着汽车工业的不断发展，人们对于汽车轮辐的要求也越来越高，如何通过先进的科学技术和加工工艺，来不断完善汽车轮辐的安全性和可靠性，延长汽车车轮的使用寿命，已成为目前整个行业所最为关注的问题之一。本文将重点阐述如何使用关节臂扫描仪，来完成车轮轮辐厚度的测量问题，通过该测量方法的使用，将极大的提高轮辐厚度的检测效率和可靠性，对该类零件的加工具有重要的指导作用。

轮辐是车轮上连接轮辋和轮毂的部分，是保护车轮轮圈和辐条的重要装置，如图1所示。为了减重同时保证轮辐的强度，轮辐通常采用等强度不同厚度的设计，多以钢板作为坯料进行加工。其加工方法是先将坯料通过旋压方法，手持便携三坐标校准，加工成设计好的形状，然后再进行冲孔和外形休整等工序。如何保证轮辐厚度的准确性，将极大的决定了轮辐的强度和使用寿命，好的轮辐不仅可以保证汽车在行驶过程中的稳定程度和安全性，更可以避免因为磨损而造成汽车轮胎出现问题的可能性。

在传统的汽车零部件的检测过程中，遇到厚度一类的问题时，比较常见的方法是采用千分表或者卡尺等传统量具进行测量，该方法在测量一些加工较好的平面时还可以勉强使用，但是在遇到轮辐这一类型面复杂，特别是有大量曲面的零件时，这一类的旧方法就很难发挥作用了。而且，该方法往往只能测量部分点位置的厚度，不能有效反映零件的整体情况，因此已无法满足现代化的加工工艺要求。那么该如何快速有效的完成这一类零件的厚度检测要求呢?关节臂扫描仪的出现，刚好解决了这一难题。关节臂测量机，是一种新型的三坐标测量机，具有精度高、体积小、重量轻、便于携带等特点。该设备对外界环境要求极低，可以在0～50℃的环境中正常使用，并可应用于实验室以及车间现场等多种环境，可实现传统式固定式三坐标的全部功能，目前已被广泛的应用于汽车零件、工程机械、航空航天、运动器械，船舶重工等各个行业。关节臂测量机可根据测量尺寸的类型不同，从而配备硬测头或者激光扫描测头进行检测。在测量轮辐厚度时，由于希望得到有效而完整的数据，因此配备激光扫描测头的关节臂测量机将是测量时设备。

2 点云数据的扫描过程

要对轮辐零件的厚度做出准确的评估，必须先获取完整的轮辐点云数据。考虑到轮辐类零件的加工尺寸以及精度要求，可以选择ROMER RA7525SI系列测量机来进行点云数据的获取。如果有合适的装卡工具，可以将产品竖起固定轮辐两侧，从而一次完成全部数据的扫描；如果不方便装卡，可以在轮辐表面使用热熔硅胶固定，需要固定在零件翻转两面进行数据扫描时均能扫到的位置，这样通过两次扫描获取零件正反两侧的完整数据。

3 点云数据的拼接

在测量软件中，先将扫描的两片点云数据上的作为球体定义好，将其中一片数据定义为参考基准，另一片数据定义为测试数据，使用基于特征基准对齐的方式，将球体一一对应好，手持便携三坐标售卖，将数据拼接完成，并合为一个整体数据，同时将不再需要的部分的数据删除，如图2、图3所示。

图2 扫描零件上固定

图3 扫描获取点数据的正反两面

4 点云数据的处理和坐标系的建立

先将点云数据做噪音点降噪处理，然后再保留边缘数据做数据过滤采样，最后再通过封装命令，将点云数据转换为三角网格面格式，其数据可以保存为STL格式，如图4所示。

图4 点云数据封装后得到的三角网格面

在封装后的数据上将底面创建成平面特征，同时将中心孔创建为圆特征，同时在底面平面上按需要获取一个点特征，将创建的圆心与点构造为线特征。然后创建坐标系，平面可以创建为XY平面，直线创建为正方向，圆心定义为原点，则坐标系建立。

5 厚度分析

在做轮辐曲面厚度分析时，可以过当前坐标系中心，按照每隔1mm的间距，取截面与零件表面的交点，然后再求每一个交点与其背面对应的矢量点之间的距离，即为所求厚度。例如，要求过当前坐标系XOZ平面每隔1mm间隔点的厚度时，需首先在软件中创建【点位置集】，修改【间隔】和【原点】位置，将所要的点的位置创建出来，如图5所示，由于创建截面与零件表面的上下两侧都会有交点，因此此时需要更改格栅选项，仅保留正z方向的交点即可。

图5 创建点的位置集

如图6所示，在软件中选择【厚度】分析选项，再择【加载位置集】，精密手持便携三坐标，此时可以导入刚才创建的每隔1mm间隔的分析点来，根据不同的公差要求，设置好相应测色差图谱的公差带后，软件可以自动加载相应点的厚度，并在数据图上标注出相应点的位置来，如图7所示。如果有多个截面需要分析，可以再一一加载即可。

图6 软件中选择厚度分析选项

图7 不同位置的分析点厚度

6 关节臂扫描仪的选择

ROMER品牌的关节臂测量机，具有RA71／RA73／RA75等多个不同价位不同精度的机器型号，其测量范围从1.5m至4.5m不等，在测量时可以根据零件的大小，选择合适规格的设备。激光扫描测头同时也具有内置RS，以及外置CMS l08等多个型号可以选择，其中SI系列测量机已可以满足轮辐类零件的测量，但是如果同时有其他更高精度的零件尺寸测量要求，或者需要扫描高亮度或者纯黑色之类较难扫描的零件时，也可以选择CMS 108这样的产品。RS系列激光头的扫描速度为50，000点／s，工作距离为150mm，其景深为100mm，具有根据扫描零件不同的材质自动曝光获取曝光系数的功能，可以很好的完成各类材质零件的扫描。

7 总结

本文采用的关节臂扫描仪扫描轮辐零件数据，再通过测量软件做厚度分析的方法，可以方便快捷的进行所需位置厚度的分析，数据可靠，很好的解决了轮辐厚度在测量上所遇到的难题，从而保证了车轮零件的可靠性和安全性，值得推广。

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