三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)教材講義

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)概述1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的產(chǎn)生1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成1.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理1.4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類1.1三坐標(biāo)測(cè)量的產(chǎn)生反求工程需要生產(chǎn)線節(jié)拍要求在線檢測(cè)需要三維測(cè)量工件增多進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三豐、SIP、FERRANTI、MOORE等為代表的眾多公司不斷推出新產(chǎn)品1.2三坐標(biāo)測(cè)量的組成43615X2Y機(jī)械系統(tǒng)電子系統(tǒng)1—工作臺(tái)2—移動(dòng)橋架3—中央滑架4—Z軸5—測(cè)頭6—電子系統(tǒng)1.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理21ZYX3OIAOI要測(cè)量工件上一圓柱孔的直徑，可以在垂直于孔軸線的截面I內(nèi)，觸測(cè)內(nèi)孔壁上三個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)1、2、3），則根據(jù)這三點(diǎn)的坐標(biāo)值就可計(jì)算出孔的直徑及圓心坐標(biāo)OI；三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基本原理?一個(gè)基本模型?一個(gè)測(cè)頭?三維坐標(biāo)?三組坐標(biāo)系基本模型XGMG：測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)X：運(yùn)算M：工件幾何參數(shù)?一個(gè)基本模型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理?一個(gè)測(cè)頭?三維坐標(biāo)?三組坐標(biāo)系基本模型?一個(gè)基本模型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理?一個(gè)測(cè)頭?三維坐標(biāo)?三組坐標(biāo)系測(cè)頭?一個(gè)基本模型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理?一個(gè)測(cè)頭?三維坐標(biāo)?三組坐標(biāo)系YXZo以X軸為主軸依次定義另兩個(gè)軸三維坐標(biāo)?一個(gè)基本模型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理?一個(gè)測(cè)頭?三維坐標(biāo)?三組坐標(biāo)系oZ′ZXYX′Y′?機(jī)器坐標(biāo)系（X，Y，Z）?工件坐標(biāo)系（X′，Y′，Z′）?測(cè)頭坐標(biāo)系（A，B，C）PoXl1m1n1x′gY=l2m2n2y′+hZl3m3n3z′ko′1.4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類按CMM的技術(shù)水平分類數(shù)字顯示及打印型帶有計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制型按CMM的測(cè)量范圍分類小型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)按CMM的精度分類精密型CMM中、低精度CMM按CMM的結(jié)構(gòu)形式分類2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)(a)(g)(c)(h)(d)(e)(i)(f)(b)2.1結(jié)構(gòu)形式(a)移動(dòng)橋式(b)固定橋式(d)龍門式(e)懸臂式(h)橫臂立柱式2.2工作臺(tái)早期的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)一般是由鑄鐵或鑄鋼制成的，但近年來(lái)，各生產(chǎn)廠家已廣泛采用花崗巖來(lái)制造工作臺(tái)，這是因?yàn)榛◢弾r變形小、穩(wěn)定性好、耐磨損、不生銹，且價(jià)格低廉、易于加工。有些測(cè)量機(jī)裝有可升降的工作臺(tái)，以擴(kuò)大Z軸的測(cè)量范圍，還有些測(cè)量機(jī)備有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以擴(kuò)大測(cè)量功能。2.3導(dǎo)軌?其結(jié)構(gòu)中有六個(gè)氣墊2（水平面四個(gè)，側(cè)面兩個(gè)），使得整個(gè)橋架浮起。滾輪3受壓縮彈簧4的壓力作用而與導(dǎo)向塊5緊貼，由彈簧力保證氣墊在工作狀態(tài)下與導(dǎo)軌導(dǎo)向面之間的間隙。當(dāng)橋架6移動(dòng)時(shí)，若產(chǎn)生扭動(dòng)，則使氣墊與導(dǎo)軌面之間的間隙量發(fā)生變化，其壓力也隨之變化，從而造成瞬時(shí)的不平衡狀態(tài)，但在彈簧力的作用下會(huì)重新達(dá)到平衡，使之穩(wěn)定地保持10μm的間隙量，以保證橋架的運(yùn)動(dòng)精度。氣浮導(dǎo)軌的進(jìn)氣壓力一般為3～6個(gè)大氣壓，要求有穩(wěn)壓裝置。123456A-AAA3.1標(biāo)尺系統(tǒng)光學(xué)式標(biāo)尺系統(tǒng)（如光學(xué)讀數(shù)刻線尺，光學(xué)編碼器，光柵，激光干涉儀）電氣式標(biāo)尺系統(tǒng)（如感應(yīng)同步器，磁柵）機(jī)械式標(biāo)尺系統(tǒng)（如精密絲杠加微分鼓輪，精密齒條及齒輪，滾動(dòng)直尺）3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)機(jī)械接觸式測(cè)頭(a)(b)(c)(d)(e)(f)3.2測(cè)頭系統(tǒng)電氣接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)頭125346測(cè)桿安裝在芯體上，而芯體則通過(guò)三個(gè)沿圓周1200分布的鋼球安放在三對(duì)觸點(diǎn)上，當(dāng)測(cè)桿沒(méi)有受到測(cè)量力時(shí)，芯體上的鋼球與三對(duì)觸點(diǎn)均保持接觸，當(dāng)測(cè)桿的球狀端部與工件接觸時(shí)，不論受到X、Y、Z哪個(gè)方向的接觸力，至少會(huì)引起一個(gè)鋼球與觸點(diǎn)脫離接觸，從而引起電路的斷開(kāi)，產(chǎn)生階躍信號(hào)，直接或通過(guò)計(jì)算機(jī)控制采樣電路，將沿三個(gè)軸方向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送至存儲(chǔ)器，供數(shù)據(jù)處理用。TP20觸發(fā)式測(cè)頭靜態(tài)測(cè)頭12314457891315161718610111230312928222526272321201924(d)(c)(b)(a)ZXSP80模擬掃描測(cè)頭激光非接觸式測(cè)頭52314測(cè)頭附件(a)(c)(d)(b)(e)5126437測(cè)頭附件B2211A(b)(a)ZYX圖3葉片型面測(cè)量O測(cè)頭及附件4三坐標(biāo)測(cè)量的控制系統(tǒng)*控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)手動(dòng)型與機(jī)動(dòng)型控制系統(tǒng)CNC型控制系統(tǒng)*測(cè)量進(jìn)給控制*控制系統(tǒng)的通信5三坐標(biāo)測(cè)量的軟件系統(tǒng)*人機(jī)對(duì)話和編程軟件圖示及窗口編程方式自學(xué)習(xí)編程方式脫機(jī)編程上位機(jī)編程*測(cè)量軟件包*系統(tǒng)調(diào)試軟件*系統(tǒng)工作軟件內(nèi)、外圓柱直齒輪和斜齒輪的測(cè)量直傘齒輪測(cè)量螺旋傘齒輪測(cè)量葉片測(cè)量整體葉輪測(cè)量MISTRAL070705坐標(biāo)測(cè)量主機(jī)MISTRAL070705技術(shù)指標(biāo)測(cè)量機(jī)主要參數(shù)：型號(hào)：MISTRAL070705有效行程：710×660×460mm測(cè)量精度：3.5+4×L/1000μm主體結(jié)構(gòu)：斜橋式、氣浮導(dǎo)軌分辨率：0.5μm系統(tǒng)構(gòu)成：DEA測(cè)量機(jī)、計(jì)算機(jī)、TUTOR測(cè)量軟件MISTRAL070705功能簡(jiǎn)介?手動(dòng)測(cè)量模式：幾何元素測(cè)量：點(diǎn)、線、面、孔、球、圓柱、圓錐、槽、拋物面、環(huán)幾何元素構(gòu)造：點(diǎn)、線、面、孔、球、圓柱、圓錐、槽、拋物面、環(huán)計(jì)算元素關(guān)系：元素間距離、相交、對(duì)稱、投影、角度等關(guān)系位置誤差檢測(cè)：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、位置度、對(duì)稱度?CNC測(cè)量模式：人工編制測(cè)量程序，測(cè)量機(jī)自動(dòng)檢測(cè)?自學(xué)習(xí)測(cè)量模式：通過(guò)自學(xué)習(xí)模式下零件測(cè)量，生成零件測(cè)量程序系統(tǒng)組成?主體結(jié)構(gòu)形式：底座、測(cè)量工作臺(tái)、立柱、X向支撐梁和導(dǎo)軌、Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件、測(cè)頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)?系統(tǒng)構(gòu)成主體、控制箱、計(jì)算機(jī)、手控盒、測(cè)頭控制箱、電源系統(tǒng)、氣源系統(tǒng)?控制系統(tǒng)（B3P）電源板、邏輯運(yùn)算板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、故障檢測(cè)板三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成框圖380V測(cè)量機(jī)主體控制箱計(jì)算機(jī)手控盒打印機(jī)測(cè)頭空氣壓縮機(jī)冷干機(jī)UPS穩(wěn)壓源220VRENISHAW測(cè)頭控制盒串行線油水分離DEACB3P控制系統(tǒng)框圖TU04手控盒計(jì)算機(jī)LOG186卡電源板PWM24卡DEACB3P數(shù)控設(shè)備PILZ卡~220V應(yīng)急按鈕XYZ驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)(過(guò)流、過(guò)熱、斷路等檢測(cè))XYZ驅(qū)動(dòng)電機(jī)測(cè)量機(jī)電纜光柵數(shù)據(jù)采集RENISHAW測(cè)頭測(cè)量步驟確定測(cè)量方案測(cè)頭與零件管理輸出設(shè)置輸出測(cè)量報(bào)告測(cè)量操作開(kāi)機(jī)確定測(cè)量方案分析圖紙尺寸及形位公差要求以及零件的具體結(jié)構(gòu)確定：根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)基準(zhǔn)確定測(cè)量基準(zhǔn)確定檢測(cè)幾何尺寸項(xiàng)和獲取方式__直接檢測(cè)尺寸、__通過(guò)間接測(cè)量構(gòu)造尺寸__計(jì)算幾何元素之間的關(guān)系而獲得尺寸確定各幾何元素所需要輸出的參數(shù)項(xiàng)目。測(cè)量機(jī)開(kāi)啟程序?開(kāi)啟氣源：依次開(kāi)啟空壓機(jī)、冷干機(jī)和測(cè)量機(jī)氣源，檢查氣壓是否在0..4～0.5Mpa范圍之內(nèi)。如果不在此范圍內(nèi)則可通過(guò)氣源調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。?開(kāi)啟電源：依次接通交流穩(wěn)壓電源，UPS電源，控制箱電源和計(jì)算機(jī)電源。?啟動(dòng)測(cè)量程序：WTUTOR屏幕出現(xiàn)SOI頁(yè)面。?機(jī)器初始化：依次單擊“電源”、“初始化”鍵，機(jī)器完成通訊和坐標(biāo)初始化。測(cè)頭與零件坐標(biāo)管理?測(cè)頭管理：—測(cè)頭標(biāo)定—測(cè)頭校正—數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。?建立零件參考坐標(biāo)系：—定義三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸—零件坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于機(jī)器坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置—存儲(chǔ)參考坐標(biāo)系輸出設(shè)置—外圍設(shè)備控制：屏幕、打印機(jī)、文件—幾何元素的輸出格式控制：測(cè)量值、誤差值、完全值測(cè)量操作1.直接測(cè)量利用測(cè)量活動(dòng)頁(yè)的元素測(cè)量功能直接測(cè)量獲得尺寸2.構(gòu)造元素利用測(cè)量存儲(chǔ)的幾何元素的特征點(diǎn)得到一個(gè)新的元素或獲得尺寸3.計(jì)算關(guān)系：計(jì)算幾何元素之間關(guān)系的而獲得尺寸或形位誤差4.幾