大型法兰类工件装配面平面度三维检测解决方案

大型法兰类工件的应用

法兰，是工业生产领域的基础类工件，其往往承载了“关节”或“密封点”的作用，也是工业生产的关键部件。大型法兰，常用的领域涉及到：工业管道系统、石油化工设施设备、风力发电机、船舶起重设备、矿山重工设备等领域，这些领域的设施设备，往往具有特殊性，对于其法兰部位，尤其是安装面的平面度的检测，要求相当严格。

大型法兰平面度测量难点

大型法兰类工件由于其自身体积较大，且检测要求较高，在使用传统的测量方式时，往往会受到各方面客观因素的影响，较难保障测量精度及标准的统一。例如，使用大型CMM测量机，其有效测量行程往往不足以满足大型法兰工件的检测需求，且在需要配备三坐标测量室的情况下，工件的运输、上下料、静置平衡温度等环节也为测量增加了时间成本；再如使用关节臂实施检测，虽然使用相对方便，但亦由于其臂展范围限制，测量大型法兰时，需要进行多次蛙跳，从而造成较大的累积误差；若使用更加传统的测量工具，则需要耗费更大的人力和时间成本，且由于需要较多人员配合，不同人员的操作习惯和测量手法，会造成稳定性难以统一，故而人工操作误差较大。

图1：某待检测大型法兰类工件

API激光跟踪仪解决方案

API公司是激光跟踪仪（Laser Tracker）的发明者和制造商。API品牌的各系列激光跟踪仪可提供高精度的动态及静态的3D或6D测量。API激光跟踪仪外型小巧、携带方便，为复杂的生产环境而设计，最大测量范围超过160米，水平角范围可达±320°，俯仰角范围从＋79°到－59°。超大的测量范围使其可轻松适用于大型工件的尺寸及形位公差的测量、数控加工中心、三坐标测量机以及大型装置的校准。此外，6D激光跟踪仪还可以进行机器人位置与姿态的测量。

图2：API品牌系列激光跟踪仪

API现阶段推出两个系列的激光跟踪仪产品，Radian系列及iLT系列。

Radian系列激光跟踪仪分为Core（图2右2）、Plus（图2左2）、Pro（图2左3）三种型号：其中Core和Plus型号采用电池供电和无线数据传输系统，可真正实现高精度完全无线测量解决方案，摆脱线缆等对于测量工作的束缚；Pro型号则集成有ADM和IFM双激光，可做到测量数据溯源，为实验室及对测量精度有极致需求的测量场景提供稳定的数据测量保障。

iLT系列激光跟踪仪分为iLT（图2左1）和iLTx（图2右1）型号，是API最新推出的第6代激光跟踪仪，其在Radian Core/Plus型号的功能基础上，进一步将尺寸和重量缩小50%，可更好地满足产线集成、狭小空间、以及外出携带作业等对仪器尺寸有更多要求的测量应用场景。

功能强大，操作简便

测量时，首先将API激光跟踪仪布设于工件或待测标的周边合适的位置，开机后，操作者手持带有内置棱镜的跟踪仪靶球，跟踪仪随即从主机射出激光至靶球中心并锁定跟踪，操作者使用手中的靶球在工件或待测标的上触碰待测位置，API激光跟踪仪随即以1000Hz的采数速率对该目标点进行高精度测量并实时记录在笔记本电脑端的测量软件中用于后续比对和分析。

待所有目标点数据采集完毕后，即可在软件中使用相应的空间点构建线、面、体等，也可以导入数模，通过实测值与理论值或理想值的比对，即可得到误差值，从而实现测量检测的目的。同时，基于其高采样速率的调装功能，还可以实时引导进行工件装配或部件位置调整。

图3：大型法兰工件平面度检测现场

法兰装配面平面度测量过程

在针对本案例介绍的大型法兰装配面平面度检测时，简单几个步骤，即可根据需求设定并自动生成检测报告，数据分析一目了然。

测量步骤

① 首先，将API激光跟踪仪布设于待测法兰工件周边合适的位置；

② 跟踪仪开机，连接笔记本电脑，打开测量软件；

③ 操作者手持SMR靶球配合跟踪仪在待测法兰面上触碰采集各待测点空间坐标并记录在测量软件；

④ 所有点数据采集完毕后，在测量软件中，最佳拟合基准平面，并自动分析出每一测量点位相对于基准平面的偏差值，从而分析得到平面度参数指标。

四个步骤即可实现大型法兰类工件装配面平面度的检测评估，快速、高效。

图4：大型法兰平面度检测数据报告（1）

图5：大型法兰平面度检测数据报告（2）

应用关联，源头把控

除针对加工后的大型法兰平面度进行检测，API品牌系列激光跟踪仪还可以对加工大型法兰平面的专机进行精度检测和标定，从而从源头上进一步控制法兰平面的加工质量。

图6：大型法兰加工专机精度检测现场

如图6所示，将API激光跟踪仪布设于法兰平面加工专机附近，将靶球固定于加工机构，并操作专机执行法兰面加工程序，在加工程序运行中，每运行到一个关键行程点的位置，作短暂停留（停留时间可根据需求自行设置，通常设置为1-3秒），API激光跟踪仪随即自动采集该点坐标位置并记录在软件中，待加工程序运行结束，其路径中的所有点位采集完毕，即可在测量软件中，分析得到各点到基准点位置的平面度误差，从而根据基准和需求，对加工专机的运行路径进行调整，以达到最佳加工效果，保障加工出的法兰装配平面的平面度符合预期标准。

图7：法兰平面加工专机检测报告

小结

API品牌Radian及iLT系列激光跟踪仪，以灵活的安装方式、超高的测量精度（微米级别）、大尺度的测量范围（测量半径超过80米），可充分满足大型法兰平面度检测以及加工品控环节的三维测量需求，为大型法兰工件的生产和质检提供可靠测量数据支撑及保障。

关于API

API品牌由Kam Lau博士在1987年创立于美国马里兰州的罗克韦尔，是激光跟踪仪的发明者，同时持有多项全球领先测量科技的专利，是精密测量科技领域的引领者；API自成立以来，始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。