是三坐标测量机使用过程中的主要辅助设备之一，尤其是对薄壁零件的测量，检测夹具更是一种必不可少的工具。本文介绍的是一种新型的柔性检测夹具解决方案，无论是手动测量机还是自动测量机，该系统都具有极好的适应性。随着汽车工业的飞速发展，三坐标测量机的应用日趋广泛，特别是近几年，几乎所有的汽车生产企业都购置了测量机。对于汽车薄壁零件的测量，为消除变形所带来的测量误差，一般需要将零件放在专用的检测夹具上定位和夹紧，但使用专用检测夹具的问题是，一旦产品更新换代，夹具也就随之报废，造成很大的浪费，而且在使用过程中，大量检测夹具的管理也很麻烦。针对这些问题，本文提出了一种新型的柔性检测夹具解决方案。

硬件

我们首先对专用检测夹具的结构进行分析。为方便讨论问题，我们将专用检测夹具简化成如图1所示的简单结构，由基座、支柱和定位件（包括支撑块和定位销）三个主要部分构成，数个支柱固定在基座上，定位件则与支柱连接。由此可见，将专用检测夹具变成柔性检测夹具的关键在于要对基座、支柱和定位件进行合理的改造，使之能够适应不同零件的测量要求。

1、基座的柔性化

要实现基座的柔性化，必须使基座“能大能小”，为此，我们可以采用图2 所示的结构作为基座的基本单元，这种结构可以保证根据零件的不同大小快速拼接出合适的基座，其上面的孔群也可以用T型槽来代替。如果拼接后的基座面积较大，而且基座需要重复使用，可以用标准加强板将基座用螺栓互联，形成一个刚性很好的整体基座。夹具组合好了之后就可以重复使用了。

2、支柱的柔性化

支柱的柔性化实际上就是让支柱“能高能低”。能够实现这种功能的结构很多，考虑到被测零件的重量大小不同，我们应设计不同刚性的柔性支柱。

（1）千斤顶式

顾名思义，这种柔性支柱非常适合支撑一些质量较重的零件。实际上，柔性检测夹具不仅可以解决薄壁零件的变形问题，在很多情况下即使零件的刚性很好，也需要借助柔性检测夹具才能完成任务，如对白车身的测量，虽然其刚性很好，但为了能够对白车身的底盘部分进行测量，必须将车体支撑到一定高度才能有足够的空间进行测量，特别是对于水平臂测量机和关节点臂测量机，这一点尤其重要。如图3所示，千斤顶式柔性支柱由A、B两部分构成，A为可升降部分，B为调整部分，其中1为升降柱，2为升降锁紧机构。由于A部分的机构较复杂，考虑到成本因素，可将其标准化。B部分结构比较简单，可将其系列化成不同的高度，根据实际情况，应保证柔性支柱在200～1500mm获得连续可调的高度，数量不少于20个。

（2）滑杆式

千斤顶式柔性支柱比较笨重，只适合支撑大的零件或总成，如车体、车门、侧围等。对于一些尺寸小、重量轻的零件，使用滑杆式柔性支柱则非常方便。如图4所示，固定柱B可以直接和基座单元连接，也可以先连接于开关磁铁上，然后吸附在平台上。升降柱A不但可以沿固定柱B上下滑动，而且可以绕水平或垂直轴线任意旋转，这种灵活的万向结构为复杂零件的测量提供了极大的方便性。

3、定位件的柔性化

定位件的柔性化属于柔性检测夹具的核心部分，不但涉及到曲面的支撑定位问题，而且还是软件与硬件的交汇点，软件的计算结果要通过定位件得以实现，从而确定支柱在水平和垂直方向的准确位置。

（1）曲面支撑块的柔性化

一般情况下，无论支撑块与零件的接触部分是平面还是曲面，专用检测夹具的支撑块通常采用使用一小平面代替零件被支撑部分的形状，即“以直代曲”，但这种结构很难适用于柔性检测夹具，因为不但支撑块倾斜角度不容易计算，而且很难实现快速定位。我们可以把支撑块变成图5所示的结构，即“以曲代直”，将支撑块变成带有球形端头的圆柱体，我们把它称作“球头单元”，这种结构能够使支撑块和零件始终保持点接触，这样就可以实现支撑块与零件形状的不相关性，而且球形端头很容易利用测量机的测量功能实现快速定位。

（2）定位销的柔性化

定位销的柔性化相对曲面支撑块的柔性化要容易得多，只需要根据实际情况加工出不同尺寸的定位销即可。但在实际应用当中，也可以不使用定位销，而使用球头单元在零件的边缘进行限位（如图6所示），用测量机测量定位孔后由测量软件重新确立基准。如果孔在斜面上，不但定位销的尺寸不等于孔径的实际大小，而且也不是整数，因此无法使用现有标准定位销定位，使用这种软硬件结合的定位方法可以使得柔性检测夹具的灵活性和适应性变得无限广阔。

4、球头单元与柔性支柱的连接

要实现快速准确定位，球头单元必须能够在垂直和水平方向灵活移动和锁紧，对于滑杆式柔性支柱，由于其重量轻，在各个方向上的操作都很轻巧灵便，因此球头单元可以直接通过螺纹或其它形式与柔性支柱刚性连接；而千斤顶式柔性支柱虽然在垂直方向的升降较灵活，但在水平方向上的移动却显得比较笨重，所以我们可以将球头单元和柔性支柱通过万向滑块进行连接，即球头单元和柔性支柱分别和万向滑块的顶面和底面刚性连接。定位分两步进行，首先在水平方向上确定柔性支柱的大致位置，然后通过万向滑块调整并确定球头单元的精确位置。

软件

柔性检测夹具软件部分的主要任务是根据零件支撑点处的几何信息确定球头单元圆心O的位置。对于自动测量机，软件应能够生成基于测量机自身语言的引导程序；对于手动测量机，则只需要创建每个球头单元的圆心坐标文件，根据文件中所提供的坐标值确定每个球头单元的圆心位置。

球头单元圆心位置如图5所示，如果知道零件支撑点P的X、Y、Z坐标值和方向矢量N的i、j、k值，那么通过公式即可求出圆心O的坐标：

Xo=X+R×i  Yo=Y+R×jZo=Z+R×k

其中R球头半径对于主流测量软件，如Pcdmis、PowerInspect，通过鼠标点取数模即可获得支撑点处的坐标值X、Y、Z和方向矢量ijk，将所有支撑点处的x、y、z和i、j、k值按一定的格式存到一个文本文件中，使用类似VB这样的常用编程语言即可快速计算球头单元圆心位置。

如果测量软件的数模处理能力较弱，使用一般的CAD软件也非常方便，如CATIA、UG等，虽然这些CAD软件通过鼠标点取不能同时获得X、Y、Z和i、j、k值，但我们可以在支撑点处创建一个很小的圆，用该微圆的圆心坐标和其所在平面的法线分别作为支撑点处的X、Y、Z和i、j、k值。在创建微圆时，应使微圆的半径远远小于支撑点处的曲率半径，如果没有特殊需要，不要把支撑点放在曲率半径很小的地方。从实际应用的情况来看，3～5mm的圆不但在数模上选点方便，而且精度也远远超过了计算和使用要求。用这种方法得到所有的支撑点后，将数模以IGES格式存盘，存盘之前，应将除微圆外的其它元素删掉，这样可以避免干扰，并可提高程序的计算速度。

利用IGES文件中的基本数据，根据自动程序即可输出结果，并可根据实际情况灵活调整。对于手动测量机，得到球头单元圆心的坐标值就足够了；但对于数控测量机，直接生成基于该机器测量语言的程序，然后由程序引导测量机进行柔性检测夹具的定位，而且该引导程序中可以包含建立测量基准的语句，在夹具搭建好后，坐标系也就随之建立起来了，从而能极大地提高工作效率。

定位单元

柔性检测夹具的定位单元是指固定在测量臂上的定位元件，每个球头单元的位置要通过定位单元来确定（如图7所示）。当球头单元的球面与定位单元的圆柱边缘紧密接触时，球头单元的位置被唯一确定，这种结构虽然简单，但定位精度却极高，国外一些便携式测量机甚至采用这种定位结构实现重复定位功能（蛙跳功能），如果球头单元的球面和定位单元的柱面加工精度较高，定位误差将不会超过0.03mm。对于一般的薄壁零件测量，这样的精度已经足够了。

结束语

目前柔性检测夹具系统还主要依赖进口，其结构复杂，价格昂贵，少则几十万，多则数百万，而且其软件系统主要应用于自动测量机。本文所介绍的柔性检测夹具系统结构简单，无论手动测量机还是自动测量机，使用起来都非常方便，对基于Dmis语言的自动测量机，生成夹具程序后可自动运行；对于任何一种型号的手动测量机，都可以通过定位文件所提供的数据手动引导测量机精确定位，而软件系统则可以充分利用企业现有的资源进行二次开发。这套系统经过5年多的使用和不断改进，其硬件和软件性能已非常成熟。为进一步提高国内测量机的应用水平，希望该系统能够得到广泛的推广和应用。