近年來在中國鐵路運(yùn)輸業(yè)眶逐，動車組技術(shù)得到迅速推廣和普及。動車組車體是由鋁合金型材焊接而成，本文總結(jié)鋁合金焊接技術(shù)舔琅、鋁合金車體技術(shù)中面臨的問題，并提出三坐標(biāo)測量技術(shù)在檢測鋁合金車體外形洲劣、定位尺寸檢測方面的應(yīng)用原理备蚓、應(yīng)用方法。

1.鋁合金車體技術(shù)

鋁合金車體技術(shù)是動車組核心技術(shù)之一囱稽。鋁合金材料具有密度低星著、強(qiáng)度高、塑性好坐署、抗腐蝕等特性良稽，在航空、航天玻岳、汽車坞裂、機(jī)械制造等領(lǐng)域中大量應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展别孵，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多声碴，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前葛窜，世界先進(jìn)國家的動車組扫应，除法國的TGV電動車組車體為不銹鋼外，其余高速車均為鋁合金車體珊侍。

鋁合金車體技術(shù)具有重量輕忽秕、強(qiáng)度高、加工型和可焊性強(qiáng)的特點(diǎn)豹谎。近年來悦要，我國引進(jìn)的CRH2、CRH3媳叨、CRH5動車組及國產(chǎn)化動車組均采用鋁合金車體腥光。隨著我國高速動車組技術(shù)的不斷發(fā)展及成熟，地鐵及城軌車輛大規(guī)模建設(shè)應(yīng)用糊秆。

鋁合金車體焊接通常分為車體大部件自動焊和總成自動焊武福，大部件自動焊接一般指車頂、地板痘番、底架捉片、側(cè)墻自動焊；總成自動焊接一般指側(cè)墻和車頂夫偶、側(cè)墻和底架連接焊縫自動焊界睁。小部件焊接中觉增，車鉤面板等關(guān)鍵部件也經(jīng)常使用機(jī)械手進(jìn)行焊接兵拢。

鋁合金焊接過程中翻斟，技術(shù)性影響因素眾多，為對最終焊接尺寸質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和控制说铃，在鋁合金車體焊接調(diào)修后檢測階段引進(jìn)三坐標(biāo)測量技術(shù)访惜。

2.三坐標(biāo)測量技術(shù)原理

三坐標(biāo)測量技術(shù)有“測量中心”之稱，分為正交系坐標(biāo)測量系統(tǒng)與非正交系坐標(biāo)測量系統(tǒng)碟荐。正交系坐標(biāo)測量機(jī)從機(jī)座經(jīng)X净彼、Y、Z軸到測頭未蚕，采用了串聯(lián)式多層結(jié)構(gòu)朗恤，測頭向空間任一點(diǎn)的移動是通過三根互相垂直的導(dǎo)軌平動實(shí)現(xiàn)的。受此約束辛啰，測頭的空間位置不靈活茸太，限制了對空間任意曲面的測量柔性。上述結(jié)構(gòu)缺陷制約了正交坐標(biāo)測量機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展迂奋，限制了其在特殊级轰、復(fù)雜零件測量中的應(yīng)用。為了根本解決正交系坐標(biāo)測量技術(shù)存在的不足嘱垛，各種非正交系坐標(biāo)測量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展起來琢喷。

與正交系坐標(biāo)測量機(jī)相比，非正交系坐標(biāo)測量機(jī)可以做得比較靈活那惜，繞一個(gè)支點(diǎn)回轉(zhuǎn)算行，往往比讓一個(gè)部件沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動容易做得輕巧、靈活苫耸，更容易深入到直角坐標(biāo)系不易深入的部位中去纱意，容易在較短時(shí)間內(nèi)采集到更多的數(shù)據(jù)，容易更方便地實(shí)現(xiàn)手動掃描測量鲸阔。此外偷霉，非正交系坐標(biāo)測量機(jī)的測量空間開闊。這些都是非正交系坐標(biāo)測量機(jī)近年來獲得迅速發(fā)展的原因褐筛。

全站儀即全站型電子速測儀类少，是由電子測角、電子測距渔扎、電子計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲單元等組成的非正交系三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)硫狞，測量結(jié)果能自動顯示，并能與外轉(zhuǎn)設(shè)備交換住處的多功能測量儀器晃痴。它是測繪行業(yè)應(yīng)用最廣和最通用的一種“非正交系三坐標(biāo)測量機(jī)”残吩。在中國北車CRH3型動車組鋁合金車體測量過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

全站儀通過以機(jī)頭為原點(diǎn)，建立相應(yīng)的球坐標(biāo)系泣侮，如圖所示：

設(shè)點(diǎn)P（x怎窿，y，z）為空間內(nèi)一點(diǎn)鹏闭，則點(diǎn)P也可以用這樣三個(gè)有次序的數(shù)r喻透， φ，θ來確定峭签，其中：

r為原點(diǎn)O與點(diǎn)P間的距離晶乘，即斜距；

φ為從正Z軸方向看自X軸按照逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到有向線段的角辱闺，這里的M點(diǎn)為點(diǎn)P在XOY平面上的投影翠笛。即水平角；

θ為有向線段與Z軸正向所夾的角狈榛，即垂直角掰媚。

這里r， φ笔畜，θ的變化范圍為：

r∈ [0习棋， +∞）

φ∈[0，2π]

θ∈[0呐粘， π]

全站儀通過激光測距方法測量斜距满俗，利用光柵角度傳感器測量水平角及垂直角，通過球坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系作岖，計(jì)算出測量點(diǎn)的空間位置唆垃。

3.三坐標(biāo)測量技術(shù)在鋁合金車體測量中的應(yīng)用

3.1.應(yīng)用過程

三坐標(biāo)測量技術(shù)在鋁合金車體測量過程中應(yīng)用主要為將各個(gè)關(guān)鍵尺寸拆解為同一坐標(biāo)系下測量點(diǎn)間關(guān)系，通過測量出各個(gè)測量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)換算后按照幾何特征對關(guān)鍵尺寸進(jìn)行計(jì)算痘儡。具體過程如下：

3.1.1.物體數(shù)據(jù)化

利用電子儀器辕万，即全站儀采集車體需測量尺寸的空間坐標(biāo)值。通過分析鋁合金車體技術(shù)文件及車體結(jié)構(gòu)沉删，確定需要測量的關(guān)鍵尺寸渐尿，明確測量點(diǎn)位置并對測量點(diǎn)進(jìn)行測量，通過空間定點(diǎn)將全站儀建立的球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為一直角坐標(biāo)系矾瑰，將車體各個(gè)測量點(diǎn)坐標(biāo)建立在此坐標(biāo)系中砖茸，必要時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)站測量，進(jìn)而確定各個(gè)測量點(diǎn)的坐標(biāo)值殴穴。

3.1.2.從采集的數(shù)據(jù)中完成三維測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)

首先通過最小二乘法實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱值匹配下的仿射變換凉夯，獲得初始配準(zhǔn)目標(biāo)數(shù)據(jù)。進(jìn)一步采用最優(yōu)擬合變換實(shí)現(xiàn)原有數(shù)據(jù)到初始配準(zhǔn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的剛性變換掷膛。最終通過基于坐標(biāo)變換的參照測量點(diǎn)咳衣，通過相似變換對剛性變換下三維數(shù)據(jù)進(jìn)行微小精度調(diào)整，通過7參數(shù)坐標(biāo)變換法最終完成鋁合金車體尺寸三維測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。

3.1.3.檢驗(yàn)故碱、分析三維尺寸

利用數(shù)據(jù)庫對配準(zhǔn)數(shù)據(jù)鞋夹，按照測量尺寸與測量點(diǎn)間對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行計(jì)算分析椎敞，確定各個(gè)關(guān)鍵尺寸的測量值奴爷，確認(rèn)各尺寸是否存在質(zhì)量問題叨剧。

3.2.影響因素及解決方法

環(huán)境因素：其中由于利用非接觸測頭配籽，采用激光測距方法，因此外界環(huán)境對測量精度影響最大秩旬。外界環(huán)境包括溫度變化飞席、溫度梯度、大氣抖動淘客、外界振動村秒、儀器支架和被測物的穩(wěn)定性等。不同環(huán)境下得到的測量結(jié)果可能大相徑庭着饥，在高精度測量中必須保證外部環(huán)境參數(shù)的平穩(wěn)性犀农。車體經(jīng)過焊接后都存在著應(yīng)力，并且需要保證車體四角重量載荷均衡分配宰掉。因此測量底架時(shí)需要保證底架處于自然狀態(tài)呵哨，支撐面為平面。完成的車體及整備的車體則需要EKM稱重設(shè)備進(jìn)行四角重量載荷調(diào)整轨奄。測量部件時(shí)環(huán)境平穩(wěn)孟害，不允許在部件上施工。

操作者因素：由于儀器的高度自動化挪拟，對操作者經(jīng)驗(yàn)挨务、技巧的要求大為降低，但也需要正確操作玉组。比如測量錯(cuò)誤的測量點(diǎn)谎柄，把握反射片時(shí)手抖動或測量位置偏斜，測量過程中碰撞儀器支架

三坐標(biāo)測量技術(shù)在檢測鋁合金車體外形惯雳、定位尺寸方面精度高谷誓、操作簡便，具有無可比擬的優(yōu)勢晃烟。

（工業(yè)技術(shù)圖書館）

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)蕾崔，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)翠柄，也不構(gòu)成任何其他建議氧蔼。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺夫蚜，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)办煞。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片功刽、文字如涉及作品版權(quán)問題害恋，請第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容显午，以保證您的權(quán)益赎丢！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。