三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院工程訓(xùn)練中心金工實(shí)習(xí)講稿三座標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)一、教學(xué)目標(biāo)1、了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基本結(jié)構(gòu)2、了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基本原理3、了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)維護(hù)保養(yǎng)方法4、了解測(cè)量軟件的基本使用5、掌握運(yùn)用測(cè)量軟件進(jìn)行孔和軸的測(cè)量6、掌握運(yùn)用測(cè)量軟件輸出檢驗(yàn)報(bào)告二、教學(xué)安排從理論上講，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的特點(diǎn)是：高精度、高效率、萬(wàn)能性。因而多用于工業(yè)質(zhì)量保證，如產(chǎn)品測(cè)繪、檢驗(yàn)，復(fù)雜型面檢測(cè)，工夾具測(cè)量，研制過(guò)程中間測(cè)量，CNC機(jī)床或柔性生產(chǎn)線在線測(cè)量等方面。一臺(tái)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)綜合應(yīng)用了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、光柵測(cè)量技術(shù)（激光技術(shù)）、精密機(jī)械（包括新工藝、新材料和氣浮技術(shù)）第一章 三坐標(biāo)測(cè)量

2、機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要結(jié)構(gòu)為工作臺(tái)、橋架、測(cè)頭、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。橋架 測(cè)頭工作臺(tái) 計(jì)算機(jī) 圖1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)圖一、按照機(jī)械結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為以下幾種：1.1、龍門式龍門橋式測(cè)量機(jī)適合于大型和超大型測(cè)量機(jī)，適合于航空、航天、造船行業(yè)的大型零件或大型模具的測(cè)量。一般都采用雙光柵、雙驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，提高精度。圖1.2龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 1.2、橋式橋式測(cè)量機(jī)是使用最為廣泛的一種機(jī)構(gòu)形式。特點(diǎn)是開敞性比較好，視野開闊，上下零件方便。運(yùn)動(dòng)速度快，精度比較高。用于復(fù)雜零部件的質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品開發(fā)。圖1.3橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1.3、懸臂式懸臂式測(cè)量機(jī)開敞性好，測(cè)量范圍大，可以由兩臺(tái)機(jī)器共同

3、組成雙臂測(cè)量機(jī)，尤其適合汽車工業(yè)鈑金件的測(cè)量。主要用于車間劃線、簡(jiǎn)單零件的測(cè)量，精度比較低。圖1.4懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)二、按驅(qū)動(dòng)方式，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可分為以下幾種：手動(dòng)型手工使其三軸運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)采點(diǎn),價(jià)格低廉,但測(cè)量精度差； 機(jī)動(dòng)型通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)采點(diǎn)，但不能實(shí)現(xiàn)編程自動(dòng)測(cè)量； 自動(dòng)型由計(jì)算機(jī)控制測(cè)量機(jī)自動(dòng)采點(diǎn)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)零件自動(dòng)測(cè)量，且精度高。第二章 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本原理2.1、基本原理將被測(cè)物體（圖2.1中的紅色圓柱體）置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)量點(diǎn)（16個(gè)測(cè)量點(diǎn)）的坐標(biāo)值，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算求出被測(cè)物體圓柱的實(shí)際幾何尺寸，形狀和位置公差。輸出: X

4、 = 2.0 I = 0 D = 4 Y = 2.0 J = 0 R = 2 Z = 2.5 K = 1圖2.1圓柱的測(cè)量2.2、點(diǎn)的測(cè)量流程操作員操縱三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使測(cè)頭沿三個(gè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)測(cè)針接觸零件，傳感器（測(cè)頭）發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制系統(tǒng)將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)鎖存光柵信號(hào)，系統(tǒng)記錄測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值并進(jìn)行誤差計(jì)算計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)選擇的功能進(jìn)行擬合運(yùn)算點(diǎn)數(shù)是否滿足？YESNO測(cè)量點(diǎn)的過(guò)程圖2.2點(diǎn)的測(cè)量流程圖第三章 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為一種精密的測(cè)量機(jī)器，如果維護(hù)及保養(yǎng)做得及時(shí)，就能延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命，并使精度得到保障、故障率降低。為使客戶更好地掌握和用好測(cè)量機(jī)，測(cè)量機(jī)維護(hù)及保養(yǎng)

5、規(guī)程如下：3.1、開機(jī)前的準(zhǔn)備3.1.1.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)環(huán)境要求比較嚴(yán)格，應(yīng)按要求嚴(yán)格控制溫度及濕度；3.1.2.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用氣浮軸承，理論上是永不磨損結(jié)構(gòu)，但是如果氣源不干凈，有油水或雜質(zhì)，就會(huì)造成氣浮軸承阻塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣浮軸承和氣浮導(dǎo)軌劃傷，后果嚴(yán)重。所以每天要檢查機(jī)床氣源，放水放油。定期清洗過(guò)濾器及油水分離器。定期檢查機(jī)床氣源上一級(jí)空氣來(lái)源，（空氣壓縮機(jī)或集中供氣的儲(chǔ)氣罐）；花崗巖導(dǎo)軌更要定期檢查導(dǎo)軌面狀況，所以每次開機(jī)前應(yīng)清潔機(jī)器的導(dǎo)軌，用航空汽油擦拭（120或180號(hào)汽油）或無(wú)水乙醇擦拭。3.1.3.切記在保養(yǎng)過(guò)程中不能給任何導(dǎo)軌上任何性質(zhì)的油脂；3.1.4.在長(zhǎng)時(shí)間沒有使用

6、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)，在開機(jī)前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作：控制室內(nèi)的溫度和濕度(24小時(shí)以上)，然后檢查氣源、電源是否正常；3.1.5.開機(jī)前檢查電源，如有條件應(yīng)配置穩(wěn)壓電源，定期檢查接地，接地電阻小于4歐姆。3.2、工作過(guò)程中：3.2.1.被測(cè)零件在放到工作臺(tái)上檢測(cè)之前，應(yīng)先清洗去毛刺，防止在加工完成后零件表面殘留的冷卻液及加工殘留物影響測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度及測(cè)針使用壽命；被測(cè)零件在測(cè)量之前應(yīng)在室內(nèi)恒溫，如果溫度相差過(guò)大就會(huì)影響測(cè)量精度；3.2.2.大型及重型零件在放置到工作臺(tái)上的過(guò)程中應(yīng)輕放，以避免造成劇烈碰撞，致使工作臺(tái)或零件損傷。必要時(shí)可以在工作臺(tái)上放置一塊厚橡膠以防止碰撞；3.2.3.小型及輕型零件放到工

7、作臺(tái)后，應(yīng)緊固后再進(jìn)行測(cè)量，否則會(huì)影響測(cè)量精度；3.2.4.在工作過(guò)程中，測(cè)座在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(特別是帶有加長(zhǎng)桿的情況下)一定要遠(yuǎn)離零件，以避免碰撞；3.2.5.在工作過(guò)程中如果發(fā)生異常響聲，切勿自行拆卸及維修，請(qǐng)及時(shí)與廠家聯(lián)系，廠家會(huì)安排經(jīng)過(guò)嚴(yán)格培訓(xùn)的人員前往，并承諾以最快的速度幫助客戶解決問(wèn)題。3.3、操作結(jié)束后 3.3.1.請(qǐng)將Z軸移動(dòng)到上方，但應(yīng)避免測(cè)針撞到工作臺(tái)；3.3.2.工作完成后要清潔工作臺(tái)面；3.3.3.檢查導(dǎo)軌，如有水印請(qǐng)及時(shí)檢查過(guò)濾器。如有劃傷或碰傷也請(qǐng)及時(shí)與廠家聯(lián)系，避免造成更大損失；3.3.4.工作結(jié)束后將機(jī)器總氣源關(guān)閉。第四章 軸套零件的檢測(cè)操作4.1、目的了解和掌握測(cè)量?jī)?nèi)

8、孔尺寸與軸尺寸誤差的方法和特點(diǎn)。通過(guò)軸套測(cè)量操作，初步掌握三坐標(biāo)測(cè)量軟件的基本功能和使用方法。4.2、設(shè)備與器材 1）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（測(cè)量軟件）2）測(cè)頭系統(tǒng)：MH20i或PH10T3）測(cè)針：20×ø3mm4.3、實(shí)驗(yàn)原理與方法 三坐標(biāo)測(cè)量基本原理就是通過(guò)探測(cè)傳感器（測(cè)頭）與測(cè)量空間軸線運(yùn)動(dòng)的配合，對(duì)被測(cè)幾何元素進(jìn)行離散的空間點(diǎn)位置的獲取（如圖 4-1），然后通過(guò)一定的數(shù)學(xué)計(jì)算，完成對(duì)所測(cè)得點(diǎn)的分析擬合，最終還原出被測(cè)的幾何元素，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算其與理論值（名義值）之間的偏差（如圖 4-2），從而完成對(duì)被測(cè)零件的檢驗(yàn)工作。 圖4-1測(cè)量點(diǎn)位置圖 圖4-2實(shí)測(cè)零件擬合圖4.4、操

9、作步驟、方法與注意事項(xiàng) 4.4.1、載入機(jī)器模型1）雙擊圖標(biāo)進(jìn)入RationalDMIS測(cè)量軟件界面；2）點(diǎn)擊軟件界面左上角“選項(xiàng)”中的“載入機(jī)器模型”， 選擇路徑“D:三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”下的機(jī)器模型“bqc.gmm”，（如圖4.3），即可載入機(jī)器模型。此后的測(cè)量都在這個(gè)機(jī)器模型的三維空間中進(jìn)行，圖4.3 載入機(jī)器模型4.4.2、構(gòu)建測(cè)頭及校準(zhǔn)1）點(diǎn)擊操作工具條中的“測(cè)頭”工具菜單（如圖4.4），選擇“構(gòu)建測(cè)頭”選項(xiàng)。選擇MH20i或PH10T測(cè)頭,選擇長(zhǎng)度20×球直徑ø3測(cè)針，（如圖4.4）勾選“TP20”“SE7”“PS16R”即可；點(diǎn)擊“添加激活”，激活構(gòu)建的測(cè)頭，

10、在后面的測(cè)量中，使用這個(gè)激活的測(cè)頭； 圖4.4 構(gòu)建測(cè)頭2）點(diǎn)選“校準(zhǔn)測(cè)頭”選擇“校驗(yàn)規(guī)定義”，（如圖4.5）輸入?yún)?shù)，點(diǎn)擊“定義”完成校驗(yàn)規(guī)的定義；圖4.5定義校驗(yàn)規(guī)3）在雙數(shù)據(jù)區(qū)中點(diǎn)選“測(cè)頭”，就可以看到定義完成的測(cè)頭ROOTSN1和球形規(guī)；在數(shù)據(jù)區(qū)將測(cè)頭ROOTSN1拖放到球形規(guī)上（如圖4.6），軟件自動(dòng)對(duì)測(cè)頭進(jìn)行校驗(yàn)；注意：只有經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的測(cè)頭得到測(cè)頭的實(shí)際尺寸才能進(jìn)行精確測(cè)量。圖4.6測(cè)頭校準(zhǔn)4.4.3、導(dǎo)入CAD模型1）導(dǎo)入被測(cè)件CAD數(shù)字模型yuanhuan.iges，選擇“文件”“導(dǎo)入CAD”“IGES”，選擇路徑“D:三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)三座標(biāo)測(cè)量試件”下的yuanhuan.ig

11、s模型文件（如圖4.7）；圖4.7 導(dǎo)入CAD模型2）在雙數(shù)據(jù)區(qū)中，點(diǎn)選“元素”工具，可以看到CAD模型的數(shù)據(jù)；右擊鼠標(biāo)，出現(xiàn)快捷菜單（如圖4.8），勾選“可選取”確保在圖形區(qū)中的CAD模型可以被選中；圖4.8 模型可選取3）點(diǎn)擊選中“機(jī)器空間”（如圖4.9），通過(guò)機(jī)器空間移動(dòng)CAD模型到合適的測(cè)量位置，點(diǎn)擊“停止操縱器”快捷菜單，將模型導(dǎo)入完成。 圖4.9 機(jī)器空間4.4.4、建立工件坐標(biāo)系1）在“測(cè)點(diǎn)選項(xiàng)”工具條上選中“CAD線性圖形定義” （如圖4.10），確保選中的是線性元素；選中CAD模型上表面的圓后，在軟件的雙數(shù)據(jù)區(qū)就出現(xiàn)線性元素圓CRI1； 圖4.10 圓的定義2）在雙數(shù)據(jù)區(qū)中，

12、將圓CRI1拖入坐標(biāo)系節(jié)點(diǎn)（如圖4.11），即可建立工件坐標(biāo)系ORG_CIR1；今后測(cè)量將以此坐標(biāo)系作為測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系； 圖4.11 建立坐標(biāo)系3）點(diǎn)擊雙數(shù)據(jù)區(qū)中“元素”CAD模型，點(diǎn)右鍵出現(xiàn)快捷菜單（如圖4.12），點(diǎn)擊“模型對(duì)齊”，使數(shù)字CAD模型的坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系ORG_CIR1對(duì)齊。圖4.12 數(shù)模對(duì)齊4.4.5、圓柱面的測(cè)量(自動(dòng)生成測(cè)量點(diǎn))1）在“測(cè)點(diǎn)選項(xiàng)”工具條上選中“CAD圖形定義”，確保選中的是面元素；選中CAD模型內(nèi)孔的圓柱面，軟件界面雙數(shù)據(jù)區(qū)中出現(xiàn)面元素圓柱面CYL1（如圖4.13）；4.13 圓柱面的定義2）軟件下方切換到“測(cè)量”界面，點(diǎn)選“圓柱”功能，選擇“測(cè)點(diǎn)管理

13、”選項(xiàng)。將CYL1拖入被測(cè)元素對(duì)話框中，在數(shù)顯區(qū)滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪確定測(cè)量點(diǎn)數(shù)可設(shè)置測(cè)量點(diǎn)數(shù)為8，點(diǎn)擊“生成測(cè)量點(diǎn)”，整體設(shè)置可參照?qǐng)D4.14：圖4.14自動(dòng)生成測(cè)量點(diǎn)3）點(diǎn)擊“測(cè)量”，測(cè)量出圓柱面上各點(diǎn)，完成測(cè)量后，可以在雙數(shù)據(jù)區(qū)看到出現(xiàn)實(shí)際的圓柱面CYL1。4.4.6、圓柱面的測(cè)量(手動(dòng)選擇測(cè)量點(diǎn))1）軟件下方切換到“測(cè)量”界面，點(diǎn)選“圓柱”功能，選擇“統(tǒng)計(jì)圖”選項(xiàng)。（如圖4.15）圖4.15 圓柱測(cè)量2）在“測(cè)點(diǎn)選項(xiàng)”工具條上選中“在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建/編輯測(cè)量點(diǎn)”（如圖4.16），鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)選CAD模型外圓柱表面上的點(diǎn)即可產(chǎn)生測(cè)量點(diǎn)，當(dāng)測(cè)量了5點(diǎn)之后，“結(jié)束”選項(xiàng)變成可選，點(diǎn)擊“結(jié)束”選項(xiàng)，在雙數(shù)據(jù)

14、區(qū)就會(huì)出現(xiàn)圓柱面CYL2。在測(cè)量過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)不合適，可以將測(cè)量點(diǎn)刪除；數(shù)據(jù)擬合時(shí)，如果擬合圓柱面與理論圓柱面相差過(guò)大，可以增加測(cè)量點(diǎn)，確保擬合圓柱面正確。圖4.16 手動(dòng)生成測(cè)量點(diǎn)注意：圓柱CYL1與CYL2的理論值可能不是圖紙上的尺寸，需要將他們理論尺寸改為圖紙尺寸值。雙擊CYL1或CYL2,更改理論值然后點(diǎn)擊更新。4.4.7、公差的定義1）在軟件下方切換到“公差”，點(diǎn)選“直徑”公差，將圓柱孔CYL1的實(shí)際數(shù)據(jù)拖入元素名對(duì)話框，設(shè)置如下圖4.17：圖4.17 尺寸公差設(shè)置2）點(diǎn)擊“定義公差”完成圓柱孔的公差評(píng)估并在右側(cè)的“公差”數(shù)據(jù)區(qū)中生成公差標(biāo)簽TDIAM1。如下圖4.18：圖4

15、.18 尺寸公差定義3）同樣將圓柱孔CYL2的實(shí)際數(shù)據(jù)拖入元素名對(duì)話框，設(shè)置參考圖4.18，得到CYL2的尺寸公差TDIAM2；4）在軟件下方切換到“公差”，點(diǎn)選“圓柱度”公差，將圓柱孔CYL1、的實(shí)際數(shù)據(jù)拖入元素名對(duì)話框，設(shè)置如下圖（4.19），“定義公差”得到內(nèi)孔CYL1的圓柱度公差TCYLCTY1；圖4.19 圓柱度公差5）在軟件下方切換到“公差”，點(diǎn)選“同軸度”公差，將圓柱面CYL1、CYL2的實(shí)際數(shù)據(jù)拖入元素名對(duì)話框，設(shè)置如下圖（4.20），“定義公差”得到同軸度公差TCONCEN1；圖4.20 同軸度公差4.4.8、輸出測(cè)量報(bào)告1）切換到測(cè)量報(bào)告對(duì)話框，將TDIAM1、TDIAM2

16、、TCYLCTY1、TCONCEN1的公差標(biāo)簽拖入對(duì)話框中就完成了圓環(huán)零件的公差報(bào)告。如圖4.20 圖4.20 公差報(bào)告 如上圖所示，公差都為超差，在趨勢(shì)一欄顯示尺寸的超差值。當(dāng)零件實(shí)際尺寸符合公差要求是，趨勢(shì)一欄顯示如下圖所示顯示為。圖4.21 符合公差要求的報(bào)告2）點(diǎn)擊保存，選擇保存路徑“D:三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)檢測(cè)報(bào)告”生成“*小組.pdf”測(cè)量報(bào)告。4.4.9、保存解決方案點(diǎn)擊“文件”“保存解決方案”，選擇保存路徑“D:三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)解決方案”，命名為“*小組.ksln”。4.5、思考如何測(cè)量高度50的尺寸？該尺寸的公差附錄：一、用戶界面介紹 二、鼠標(biāo)操作 1、圖形區(qū)移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)功能：平移圖形： 按下Ctrl鍵+鼠標(biāo)左鍵移動(dòng) 或者 按下鼠