三坐標(biāo)測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)（基礎(chǔ)教育）

1、三坐標(biāo)測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)課堂用前言 三座標(biāo)測(cè)量是焊裝白車身幾何尺寸監(jiān)控的重要手段，隨著公司發(fā)展，3D測(cè)量也納入了沖壓零件的質(zhì)量監(jiān)控范圍。可以說(shuō)伴隨著每個(gè)工廠的開(kāi)工建設(shè)， 3D測(cè)量間是同步開(kāi)工的。也就是說(shuō)，所有的焊裝車身和沖壓零件幾何尺寸分析都離不開(kāi)3D測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，掌握一些三座標(biāo)測(cè)量原理，了解如何分析閱讀3D的測(cè)量報(bào)告，如何提出測(cè)量需求，對(duì)于每一個(gè)質(zhì)量分析人員是十分有必要的。課堂用學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn)1.明確三坐標(biāo)測(cè)量的基礎(chǔ)理論2.三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)告的解讀和應(yīng)用3.坐標(biāo)系的建立方法初步的認(rèn)識(shí)課堂用1.0 坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的原理 任何形狀都是由空間點(diǎn)組成，所有的幾何測(cè)量都可以歸結(jié)為空間點(diǎn)的測(cè)量，因此精確進(jìn)行點(diǎn)坐標(biāo)

2、的采集，是評(píng)定任何幾何形狀的基礎(chǔ)。課堂用1.1 三坐標(biāo)測(cè)量的分類1.按測(cè)量方式分類 分接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量（激光測(cè)量?jī)x）2.按測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)分類 可以概括為懸臂式、臺(tái)式、橋式、龍門(mén)式 、便攜式（關(guān)節(jié)臂）課堂用懸臂式測(cè)量機(jī)課堂用龍門(mén)式測(cè)量機(jī)課堂用1.2 測(cè)量工具的選擇選用測(cè)量工具注意事項(xiàng)：精度（三座標(biāo)機(jī)因?yàn)闄C(jī)械加工的客觀因素和用途不一樣，精度當(dāng)然也是不一樣的。） 懸臂測(cè)量不確定度：MPEE 18+20L/1000 m測(cè)量行程 龍門(mén)測(cè)量不確定度： MPEE 8+9L/1000 m測(cè)量行程測(cè)量環(huán)境測(cè)量速度和效率課堂用1.3.測(cè)量機(jī)適用范圍1、大型懸臂式的手動(dòng)3D測(cè)量機(jī) 整車及其他大型零件總成的非重

3、復(fù)批量性測(cè)量、檢具的標(biāo)定2、大型懸臂式的自動(dòng)3D測(cè)量機(jī) 整車及其他大型零件總成的重復(fù)批量性測(cè)量3、中型龍門(mén)式自動(dòng)3D測(cè)量機(jī) 中、小零件重復(fù)批量性測(cè)量4、便攜式激光測(cè)量?jī)x 現(xiàn)場(chǎng)大型夾具、成型機(jī)的測(cè)量5、便攜式手動(dòng)測(cè)量?jī)x 現(xiàn)場(chǎng)中小型夾具、檢具的測(cè)量課堂用 1.4測(cè)量軟件介紹-目前武漢工廠全部使用Metrolog軟件，整體界面如下。課堂用定義、測(cè)量、構(gòu)造三大功能定義測(cè)量構(gòu)造課堂用1.5基本測(cè)量流程 ：準(zhǔn)備工作測(cè)量包括數(shù)模、測(cè)量基準(zhǔn)、測(cè)量元素，料厚信息要明確，具備測(cè)量支架，明確零件裝夾方式等評(píng)價(jià)包含建立基準(zhǔn)、定義理論值和構(gòu)造出報(bào)告距離、角度、形位公差等PDF、TXT或其他課堂用2 什么是三坐標(biāo)? 物體

4、的長(zhǎng)度測(cè)量是以點(diǎn)的坐標(biāo)為基礎(chǔ)的，它分為空間一維、二維、三維測(cè)量，三坐標(biāo)就在X、Y、Z軸三個(gè)坐標(biāo)位置的具體數(shù)值，根據(jù)這些點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，從而得到被測(cè)零件的幾何尺寸、形狀偏差、位置偏差。課堂用1.2 汽車車身坐標(biāo)系的原點(diǎn)和方向原點(diǎn)在車身前橋軸線的中點(diǎn)上，向后為X+，向右為Y+，向上為Z+標(biāo)準(zhǔn) PSA B180050標(biāo)準(zhǔn) ISO 4130課堂用1.4 基準(zhǔn)和基準(zhǔn)系的定義標(biāo)準(zhǔn)：ISO 5459 + A32 2125 + 出自“車身零件幾何鑒定”文件的E-299 基準(zhǔn)是一個(gè)使被測(cè)要素與之相關(guān)的幾何組件。基準(zhǔn)系（參照系）是數(shù)個(gè)處于精確理論位置上的幾何組件的集合，被測(cè)要素與它相關(guān)。課堂用 1.4

5、一維坐標(biāo)軸（基礎(chǔ) ） 簡(jiǎn)稱數(shù)軸坐標(biāo)值為根據(jù)坐標(biāo)軸上某一點(diǎn)對(duì)應(yīng)該軸的位置測(cè)得的代數(shù)值，數(shù)值可以為正值，也可以為負(fù)值 。物理意義：用來(lái)描述物體在某一方向上的長(zhǎng)度值。同樣的，二維坐標(biāo)軸由同一平面兩條垂直相交而來(lái)，是解析幾何的基礎(chǔ)，描述幾何點(diǎn)在某一平面上的位置。課堂用 三坐標(biāo)參照系是由空間三維坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)正交而來(lái)（ 3 個(gè)矢量 XYZ兩兩垂直）是一個(gè)計(jì)算坐標(biāo)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。（是一個(gè)計(jì)算坐標(biāo)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。它的所有三條軸的單位完全相同且每條軸之間的兩兩夾角皆為90）三坐標(biāo)系用（O，X，Y，Z）表示。課堂用1.7 點(diǎn) :用一個(gè)示標(biāo)準(zhǔn)正交三維坐標(biāo)系(O, X, Y, Z)中的三軸坐標(biāo)值（x,y,z）表示：例如 : 點(diǎn)

6、M1的坐標(biāo)為 X1, Y1, Z1課堂用 1.8 矢量差 (VG) 實(shí)際表面與相應(yīng)的理論表面之差，表示為理論表面的一個(gè)法向矢量，該矢量的方向從理論表面指向?qū)嶋H表面。該矢量差依據(jù)協(xié)定，在從公差表面指向材料外表面時(shí)為正值，從公差表面指向材料內(nèi)表面時(shí)為負(fù)值。課堂用1.9 距離 : 連接兩個(gè)點(diǎn)間的線段的長(zhǎng)度。它總是正值.例如 :點(diǎn)M1和點(diǎn)M2之間的距離d等于 :d= (x2 - x1)2 + (y2 -y1)2 + (z2 - z1)2課堂用2.1 測(cè)量報(bào)告的類型Process工序尺寸 Produit產(chǎn)品尺寸 Mixtes混合尺寸課堂用課堂用課堂用課堂用課堂用課堂用2.2 檢具的檢定報(bào)告 檢具的測(cè)量和

7、夾具的測(cè)量原理相同，先測(cè)量檢具或夾具的基準(zhǔn)，根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臈l件建立檢具或夾具的坐標(biāo)系，然后對(duì)檢具或夾具的定位銷和定位面進(jìn)行測(cè)量。 根據(jù)圖紙或驗(yàn)收要求對(duì)比測(cè)量結(jié)果判斷是否滿足使用要求。課堂用課堂用課堂用3.1 為什么創(chuàng)建參考系?果不查參考系，那么只有機(jī)器的坐標(biāo)系。例如，測(cè)量一個(gè)下面的零件：在機(jī)器坐標(biāo)系中圓的坐標(biāo)是Xc, Yc, Zc；這些點(diǎn)與圖紙中的定義尺寸A和B 完全無(wú)關(guān)。課堂用Metrolog II 可以讓你用這些點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)新的三維系統(tǒng)，并使其對(duì)應(yīng)于圖紙的標(biāo)稱值。在這個(gè)例子中，按零件建立的坐標(biāo)系用坐標(biāo)直接給出了A和B的尺寸。課堂用3.2 夾具和檢具基準(zhǔn)3.2.1 通過(guò)墊塊課堂用3.2.2 通

8、過(guò)參考?jí)|塊凸臺(tái)或加工 基準(zhǔn)縮進(jìn) 5mm，以避免基準(zhǔn)損壞課堂用3.2.3 通過(guò)小球:作基準(zhǔn)用的小球通過(guò)使用鉆套放置在檢驗(yàn)平臺(tái)上 課堂用3.3 建立參考系幾種方法3-2-1建立參考系幾何法建立參考系三個(gè)中心點(diǎn)建立參考系六個(gè)曲面點(diǎn)建立參考系基準(zhǔn)元素建立參考系最佳擬合建立參考系課堂用3.3.1 3-2-1建立參考系這種建立參考系方法的原則是，通過(guò)在基準(zhǔn)表面上采集六個(gè)點(diǎn)，從而創(chuàng)建參考系。課堂用上圖的例子中，點(diǎn)1, 2, 3 設(shè)定了X方向，這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置是 X=-100，點(diǎn)4, 5 設(shè)定了Y 方向坐標(biāo)是Y=45，點(diǎn) 6 設(shè)定了Z方向是 Z=50.選擇3-2-1構(gòu)建坐標(biāo)系時(shí)，顯示右側(cè)的對(duì)話框：照窗口中的順

9、序采集六個(gè)點(diǎn)，并確認(rèn)。參考系顯示出來(lái)。課堂用按鈕設(shè)定表面的法向矢量方向， 如果采集點(diǎn)表面的法向矢量方向與參考系軸的方向一致，則符號(hào)為+ 。如果采集點(diǎn)表面的法向矢量方與參考系軸的方向相反，則符號(hào)為-。課堂用3.3.2 幾何法建立參考系Metrolog II 使用已經(jīng)測(cè)量的元素計(jì)算出幾何方法的參考系。例如使用下面的元素： 測(cè)量平面Plan1， 直線line2 測(cè)量并投影在Plan1上， 直線line3 測(cè)量并投影在Plan1上， 點(diǎn)poin4 line2 與 line3相交的構(gòu)造點(diǎn)。課堂用選擇此功能時(shí)，顯示下面的對(duì)話框：輸入?yún)⒖枷档拿Q。建立參考系的基準(zhǔn)元素坐標(biāo)系的平移坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)課堂用圓柱和圓錐

10、可以被認(rèn)為是軸，用于指定方向。球和圓可以被認(rèn)為是點(diǎn)，用于定義位置。平面的方向由其法向矢量決定。 一般情況下，如果設(shè)計(jì)圖上沒(méi)有特別指定構(gòu)建坐標(biāo)系的方法，而且?guī)缀喂詈统叽缫矝](méi)有參照物，那么就用最好的工作表面作為主要的基準(zhǔn)方向，該面應(yīng)該盡可能的大，或者使用一個(gè)圓柱轉(zhuǎn)軸，如果它作為基準(zhǔn)足夠長(zhǎng)。課堂用3.3.3 三個(gè)中心點(diǎn)建立參考系這種類型的參考系，也稱謂三點(diǎn)參考系法，通過(guò)測(cè)量三個(gè)元素對(duì)應(yīng)于三個(gè)點(diǎn) (可以是球、圓或點(diǎn))，在即將創(chuàng)建的參考系中它們的理論坐標(biāo)值是已知的。注意：這種類型的參考系完全是計(jì)算的結(jié)果，如果理論坐標(biāo)值符號(hào)或小數(shù)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，參考系就完全無(wú)意義了。1：三個(gè)元素不能成直線狀態(tài)，否則建立的參

11、考系精度會(huì)很差。 2：如果用點(diǎn)元素構(gòu)建參考系，這些點(diǎn)元素最好是構(gòu)造的，因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)的精度是不足以用于建立參考系的。課堂用指定三個(gè)元素，在每個(gè)元素名的上面的圖標(biāo)顯示元素的類型。給出每個(gè)元素的理論坐標(biāo)值。課堂用3.3.4 六個(gè)曲面點(diǎn)建立參考系這種類型的參考系必須在屏幕上有CAD模型是才能建立。通過(guò)聯(lián)結(jié)CAD模型上的定義點(diǎn)和零件上相似位置的測(cè)量點(diǎn)，找正零件。如果可能，這些參考點(diǎn)應(yīng)該定義出一個(gè)坐標(biāo)系。下面的例子， 點(diǎn)1-2-3, 4-5, 6.課堂用最上面的區(qū)域輸入?yún)⒖枷档拿Q然后選取建立參考系的六個(gè)點(diǎn)。使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊CAD模型上預(yù)想的點(diǎn)。定義正確的理論值。六個(gè)點(diǎn)定義完成后，用測(cè)量機(jī)按照順序測(cè)量所有的點(diǎn)。

12、最后點(diǎn)擊創(chuàng)建，構(gòu)建出坐標(biāo)系。課堂用3.3.5 基準(zhǔn)元素建立參考系此功能利用基準(zhǔn)元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)或幾個(gè)坐標(biāo)軸的方法建立參考系。Metrolog 找正參考元素的實(shí)際測(cè)量坐標(biāo)與理論坐標(biāo)。（坐標(biāo)系直觀）課堂用參考系的名稱；基準(zhǔn)元素；必須是測(cè)量 的元素并可以被認(rèn)為是 一個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)、圓及球）；基準(zhǔn)元素設(shè)定的坐標(biāo)軸； 如果遵守了坐標(biāo)系建立 的法則，Create按鈕變 為可使用。課堂用3.3.6 最佳擬合建立參考系執(zhí)行此功能時(shí)，參照工作任務(wù)中現(xiàn)有的參考系的理論值，得到優(yōu)化的參考系。調(diào)整參考系只是提供了幾何變化，即參考系按照坐標(biāo)軸進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。另一方面，參考系的優(yōu)化也就是調(diào)整零件表現(xiàn)出的偏差，對(duì)偏差進(jìn)行優(yōu)化。課堂

13、用在Best fit 對(duì)話框中選擇 Calculate Best fit ，結(jié)果 的數(shù)字值是參考系旋轉(zhuǎn)和平 移的值，這些值使得優(yōu)化的 參考系得到最小的偏差。 點(diǎn)擊 Accept，通過(guò)對(duì)源參考 系的轉(zhuǎn)換，優(yōu)化參考系PCS1 后創(chuàng)建了參考系PCS2 。注意：對(duì)于一個(gè)優(yōu)化值，比 如一個(gè)平移值，并不是將源 參考系對(duì)應(yīng)于優(yōu)化參考系的 平移值。實(shí)際上，是將兩個(gè) 參考系的相關(guān)坐標(biāo)和方向都 參與了計(jì)算的結(jié)果。課堂用3.4自動(dòng)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)點(diǎn) 自動(dòng)測(cè)量具有測(cè)量速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，人為因素干擾小，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量復(fù)雜零件的測(cè)量。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量要具備以下幾個(gè)條件：1、測(cè)量設(shè)備可以自動(dòng)測(cè)量。2、編好了測(cè)量程

14、序。3、零件裝夾位置固定。4、測(cè)頭校準(zhǔn)球位置固定。其中1、2兩點(diǎn)便于理解，3、4兩點(diǎn)作用是讓零件在機(jī)器坐標(biāo)系（MCS）下位置固定。下面詳細(xì)解釋3、4兩點(diǎn)。課堂用3.4.1裝夾位置的固定 為了讓零件在機(jī)器坐標(biāo)系下具有固定的位置，必須讓零件的裝夾位置固定。我們通過(guò)測(cè)量支架來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。零件在支架上的裝配位置固定，支架在三坐標(biāo)設(shè)備平臺(tái)上的裝配位置固定。從而使零件相對(duì)與測(cè)量設(shè)備是固定的。課堂用3.4.2 測(cè)頭校準(zhǔn)球位置固定 為了讓測(cè)量設(shè)備在機(jī)器坐標(biāo)系（MCS）下能夠準(zhǔn)確找到固定好的零件，我們需要將MCS也固定下來(lái)。這可以通過(guò)固定校準(zhǔn)球的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。課堂用2.5測(cè)頭校準(zhǔn)原理與實(shí)際意義 在自動(dòng)測(cè)量中，測(cè)頭可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而具有多種姿態(tài)。不同姿態(tài)時(shí)測(cè)量同一個(gè)位置得到的光柵讀數(shù)是不一樣的。 因?yàn)椴煌淖藨B(tài)的測(cè)頭在XYZ三個(gè)光柵方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡是相同的，因此坐標(biāo)軸的方向不需要校準(zhǔn)。故而實(shí)際上不同姿態(tài)的機(jī)器坐標(biāo)系之間的關(guān)系是平移的關(guān)系。因此我們可以通過(guò)讓所有的姿態(tài)測(cè)量統(tǒng)一位置的小球，把所有姿態(tài)的機(jī)