在线检测设备精度评定中相关分析方法

通过抽取10 个工件，分别在CMM 和在线检测设备上进行测量，整理出包刮表、图在内的统计资料。

直观的印象已显示，任一被测量经两种设备检测，所获得的两组数据之间存在着相关性。为此需按照上一节提供的思路和建立的方法进行严格的计算，然后再采取有针对性的措施。

步骤1，评估被测量j 在两种仪器上的测得值{x1j，x2j，… ，x10j}与{y1j，y 2j，… ，y10j}之间线性相关的程度。为此，需利用这两组数据，按上节中的公式（4）求出相关系数r，再根据r 的绝对值大小作出判断。

图1 图2

经实际计算，包括表1、表2 在内的全部被检参数的实测值，r 均在0.80～0.95 之间，其中大于0.90的将近一半。这表明，该在线检测设备与三坐标测量机比对测量的结果为强相关，可以通过采取补偿措施，有效地提高前者的精度。

步骤2，实践“修正—补偿”措施。用户首先应根据实际情况，并参照一些已有的标准（指导性技术文件），给精度AC 规定一个指标，例如：本文第二节曾提到AC≤20%·T。对于前述缸盖的16 个凸轮轴孔Ф0+0.021，可定为AC≤4 μm。而比对测量显示，多数情况下已超过了这个指标，故有必要采取补偿措施。反之，若某个被检参数j 的“比对”结果表明还不到4 μm，则完全可免去这一步骤。

在表1、表2 的第三行，已写入了两个实测值之偏差△ij，接着根据上一节中的公式（5）求出相对被测量j（即表1 中的进气凸轮孔D1 和表2 中的进气凸轮孔D6）的修正量△j。然后，将△j，△j+1 等逐个输入在线检测设备的计算机控制器中，对这一台缸盖多参数综合测量机来讲，由于采用比较测量工作原理，配有一个作为置零用的“标准件”，因此上述修正操作是比较容易的。

为验证所完成的这一过程的效果，可再抽取若干工件进行比对测量，事实上确也如此做了。图3、图4 类似于图1、图2，也是两进气凸轮孔直径的比对结果，两对曲线的吻合程度表明，在证实强相关的前提下，经采取补偿措施，精度已大为提高，在线检测设备相对CMM 的实测值偏差，均控制在2～3 μm 之内。

发现了测量结果中定值系统误差的存在，并在找出其变化规律后采取有效措施进行了校正，但这只是一个方面，能否找出产生这一误差的原因以从根源上予以消除呢？经分析和通过有关试验，弄清了内在机理，这完全是由于不同的测量方法引起的。前面曾提到，缸盖综合检测机采用气电（感）传感器和非接触式气动测头，气动测量对被测量表面的状态很敏感，稍为粗糙一些就会因凹凸处的异常反射使测得的值偏大。铝质缸盖经组合机床最终加工，表面粗糙度为Ra2.5μm 左右，而钢制标准件的被测面均经过磨削，表面光洁得多。当用CMM 和在线量仪检测标准件时（后者为“置零”操作），测得值差别很小，但在测量工件时，检测设备的实测值就会比CMM 大。另一项试验表明，当我们采用由接触式电感测头组成的在线量仪测量同样的铝质缸盖时，测得值与CMM 的测量就结果相当一致（见图5），这反过来也证实了开始时的判断。当然，气动测头的制造和安装等因素的影响，也会引起测量误差，就性质而言，也属系统误差，但与由测量方法引起的定值系统误差明显不同。由此也能理解，尽管经过统计分析，采取了修正/补偿措施，在线检测设备的测量结果与CMM 之间还是有一定的偏差。

图5

至于如何消除这一引起定值系统误差的根源，这乃是需要研制量仪的厂商解决的问题，应该在产品开发阶段就予以考虑。

4.2 底架焊接总成在线检测方法

这台检测设备配置在轿车整车厂车身（拼焊）车间一条焊接自动生产线上，测量的对象是底架焊接总成。完全不同于机加工零部件，焊接总成、冲压件这一类覆盖件主要是由自由曲面组成的，被测量均为型面特征点（包括孔的中心）在空间——确切地讲是车身坐标系中的位置。此底架焊接总成上共有13 个被测点，都是曲面上的孔心位置，每个点都得用x、y、z 三个坐标来表达，故事实上被检参数共有39 项。

该在线检测设备是一套先进的多传感器视觉测量系统，作为传感器的光学摄象头具有大量程、非接触、快速和较高精度等特点，而且借助某些精密测量仪器，通过采取局部标定和全局标定的方法，可把工件被测点在测量系统中的坐标转换为在车身坐标系中的坐标，这就大大方便了对底架焊接总成各项被测量的实测结果直接作出评价。

鉴于被测的拼焊总成体积大、刚性差，若将其送到安放大型三坐标测量机的房间中进行比对测量，搬运过程中很易发生变形，从而影响检测结果的准确性。经考虑，最后决定就在生产现场，采用关节臂坐标测量机PCMM 来实施。相比一般用于冲压件、焊接件的各种CMM，这种便携式机种的精度要低些，但由于被测工件各项参数的公差都为±1mm 左右，而且在用PCMM 进行测量时，工件的定位状态与在线检测时完全一样，又消除了一部分产生误差的因素，因此还是不失为一种既实用也有足够可信度的方法。

经对13 个测点、39 个空间坐标的比对测量，制成了相应的表和图，表3 是两种检测手段对其中的测点7 的实测数据。