基于CMM的注塑零件的尺寸和幾何誤差測(cè)量分析

南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE51本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:基于CMM的注塑零件的尺寸及幾何誤差測(cè)量與分析學(xué)院：機(jī)械電子工程學(xué)院專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào):學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：職稱：二○一五年月日南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIII基于CMM的注塑零件的尺寸和幾何誤差測(cè)量分析摘要根據(jù)CMM的形狀誤差測(cè)量在工程應(yīng)用中有著重要的價(jià)值。本次設(shè)計(jì)在利用CMM獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中形狀誤差的定義和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，充分分析了注塑零件的平面度、垂直度等一些形狀誤差，然后結(jié)合逆向工程技術(shù)，對(duì)注塑零件的三維重建進(jìn)行了深入研究。首先，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)注塑零件測(cè)量零件的尺寸和位置以及分析形狀誤差，然后利用CATIA畫(huà)出注塑零件的三維圖。最后采用逆向工程技術(shù)處理對(duì)注塑零件的上表面以及側(cè)面進(jìn)行閾值分割，并表面重建后生成點(diǎn)云文件。然后，采用CATIA軟件對(duì)點(diǎn)云文件進(jìn)行降噪和過(guò)濾，獲得注塑零件表面的精簡(jiǎn)點(diǎn)云，并經(jīng)三角網(wǎng)格化和光順處理后生成注塑零件模型。結(jié)果表明，基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的零件的形狀誤差分析更精準(zhǔn)、更快速，在工程應(yīng)用中占有重要的地位。關(guān)鍵詞：形狀誤差，CMM，誤差處理，逆向工程，注塑零件南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ShapeErrorMeasuringandAnglicizingBasedonCMMABSTRACTTheformerrormeasurementbasedonCMMhasimportantvalueinengineeringapplication.ThedesignonthebasisofusingtheCMMformeasuringdata,analyzedtheinjectionpartsformerrorfully,accordingtothenationalstandardofthedefinitionandevaluationcriteriaofformerror,suchas，flatness、perpendicularity.Andthencombinedthetechnologyofreverseengineering,studiedthe3dreconstructionofinjectionmoldingpartsdeeply.Firstofall,Measuringthesizeandlocationoftheinjectionmoldingpartsandanalyzestheshapeerrorbythreecoordinatesmeasuringmachine，thenusingCATIAdrawinginjectionpartsofthreedimensionalfigure.Finally,thethresholdsegmentationofinjectionmoldingpartsonthesurfaceandprofileusingreverseengineeringtechnology,andinvolvescloudfileaftersurfacereconstruction.Andthen,NoisereductionandfilteringonpointcloudfilesusingCATIAsoftware,getsmallerpointcloudonthesurfaceoftheplasticinjectionparts,andthetriangularmeshandsmoothafterprocessingtogeneratemodelofinjectionmoldingparts.Theresultsshowthattheshapeofthepartserroranalysisismorepreciseandmorequicklybasedonthethreecoordinatemeasuringmachinewhichisveryimportantintheengineeringapplication.Keyword:formerror,CMM,errorhandling,reverseengineering,plasticinjectionparts目錄8331摘要 I6504ABSTRACT II24451目錄 III117921緒論 117861.1課題的背景 1309741.1.1幾何誤差的研究意義 134241.1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用 2119961.1.3逆向工程的應(yīng)用與發(fā)展 252951.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀 345681.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 397661.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 3160791.3本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu) 4187621.4本章小結(jié) 6278792三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的介紹 7142252.1引言 7314892.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本組成及結(jié)構(gòu) 7149972.2.1基本組成 7168032.2.2結(jié)構(gòu)形式 7288742.3活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)的構(gòu)成及功能 854522.4控制系統(tǒng)的功能 9217782.5測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng) 911042.6計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件 1019422.7測(cè)量機(jī)的工作環(huán)境 11298702.8操縱盒使用說(shuō)明 1127742.9本章小結(jié) 12106243基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的注塑零件的測(cè)量步驟 12322063.1引言 13135523.2注塑零件的介紹 13257543.3系統(tǒng)啟動(dòng) 13171143.3.1測(cè)量機(jī)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備 14233113.3.2測(cè)量機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng) 14188213.3.3測(cè)量機(jī)系統(tǒng)關(guān)閉 14105123.4進(jìn)入PC-DMIS測(cè)量軟件 14228093.5測(cè)頭校驗(yàn) 15119543.5.1測(cè)頭校驗(yàn)的必要性 15183573.5.2測(cè)頭校驗(yàn)的原理 1536993.5.3測(cè)頭校驗(yàn)的步驟 16100723.5.4觀查校驗(yàn)結(jié)果 21281593.6特征 2171633.6.1測(cè)量特征 21108503.6.2構(gòu)造特征 2470523.7建立坐標(biāo)系 266693.7.1建立坐標(biāo)系的重要性 26119473.7.2建立坐標(biāo)系的三個(gè)步驟 2751023.8尺寸的測(cè)量和形狀誤差的分析 29164663.8.1距離 2975013.8.2平面度的評(píng)價(jià) 33153193.8.3平行度的評(píng)價(jià) 34276343.8.4垂直度的評(píng)價(jià) 35296753.9本章小結(jié) 3684094逆向工程技術(shù) 36252044.1引言 37162914.2三維激光掃描儀的簡(jiǎn)介 3742284.3CATIA的簡(jiǎn)介 38146624.4注塑件三維模型重建的步驟 40119614.4.1獲取注塑件點(diǎn)云 40310794.4.2CATIA曲面三維重建 41270674.5逆向工程的發(fā)展前景 43295214.6本章小結(jié) 4391605總結(jié)與展望 44214835.1總結(jié) 45172485.2展望 4526650致謝 462192參考文獻(xiàn) 47PAGE501緒論1.1課題的背景隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和生活水平的提高，產(chǎn)品的快速更新節(jié)奏，人們對(duì)產(chǎn)品的功能要求越來(lái)越高，進(jìn)而對(duì)零件各項(xiàng)精度要求也在提高，而且隨著生產(chǎn)的快速發(fā)展和產(chǎn)品批量的增加，傳統(tǒng)的尺寸公差測(cè)量已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品裝備的互換性要求，把形狀和位置公差結(jié)合起來(lái)是必然的選擇。CMM是高效率的精密測(cè)量?jī)x器，它是順應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要和電子技術(shù)的發(fā)展而崛起的。目前它廣泛應(yīng)用于機(jī)械，儀器，電子，國(guó)防和航空工業(yè)等各部門(mén)。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著電子工業(yè)、航空航天業(yè)、機(jī)床、機(jī)械、汽車(chē)等的興起，各種復(fù)雜零件的生產(chǎn)急需先進(jìn)科學(xué)的儀器進(jìn)行檢測(cè)，并且隨著產(chǎn)品更新節(jié)奏的加快，生產(chǎn)率低下，生產(chǎn)成本高，對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)速度需求也提高，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)正是集中了上述多種優(yōu)點(diǎn)，從而在測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮了其重要性。隨之產(chǎn)生的還有逆向工程技術(shù)，它利用三維激光掃描儀對(duì)零件實(shí)體進(jìn)行掃描，生成零件的點(diǎn)云，并通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行三維重建，塑造出零件完整的三維模型用于生產(chǎn)，這種技術(shù)不僅快速高效而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量好。逆向工程技術(shù)在生產(chǎn)制造中發(fā)揮了極大的作用，克服了早期生產(chǎn)中生產(chǎn)率低、成本高等缺陷。1.1.1幾何誤差的研究意義形狀和位置誤差是評(píng)定生產(chǎn)零件的重要指標(biāo)之一,現(xiàn)代坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)是伴隨著現(xiàn)代電子、航天、機(jī)械等工業(yè)興起的新的測(cè)量技術(shù),基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的形狀誤差評(píng)定方法的研究具有十分重要的價(jià)值與意義。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB1183-89的規(guī)定，形狀誤差包括:直線度、平面度、圓度、圓柱度，單一的形狀誤差測(cè)量已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)中檢測(cè)零件的精度要求，而形狀誤差評(píng)定又是位置誤差評(píng)定的基礎(chǔ)，所以必須把形狀誤差與位置誤差結(jié)合起來(lái)。幾何誤差的來(lái)源主要有兩方面:一是由產(chǎn)品制造過(guò)程中引起的;二是由產(chǎn)品檢測(cè)所引起的。無(wú)論是什么工件,只有通過(guò)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差評(píng)定才能確定其形位誤差是否符合設(shè)計(jì)的要求，是否滿足生產(chǎn)。因此,只有對(duì)工件形位誤差進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)定,才能為產(chǎn)品驗(yàn)收提供依據(jù),而且可以提高零件的加工精度和裝配精度。多年來(lái)，我國(guó)大多數(shù)機(jī)械加工企業(yè)的幾何誤差檢測(cè)設(shè)備和方法改進(jìn)不大,并且落后于快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù),這一現(xiàn)象嚴(yán)重制約了我國(guó)各工業(yè)的發(fā)展。因次,研究開(kāi)發(fā)適合產(chǎn)品檢測(cè)的幾何誤差測(cè)量與分析方法是制造產(chǎn)品的需求,這不僅提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且降低了測(cè)量成本、提高了測(cè)量效率。幾何誤差是保證零件實(shí)現(xiàn)互換，滿足使用性能所提出的一項(xiàng)重要技術(shù)要求，是評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。1.1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CoordinateMeasuringMachining，簡(jiǎn)稱CMM）是一種測(cè)量零件三維尺寸的精密測(cè)量?jī)x器，主要用于檢測(cè)零件的尺寸、形狀和相互位置。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是目前測(cè)量工件獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的方法之一，優(yōu)點(diǎn)在于它可以代替多種表面測(cè)量工具及昂貴的組合量規(guī)，并且大大減少了檢測(cè)的時(shí)間，提高效率的同時(shí)也提高了精度。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的功能是快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)尺寸數(shù)據(jù)和分析形位誤差，為操作者提供關(guān)于產(chǎn)品生產(chǎn)狀況的有用信息，這與所有的手動(dòng)測(cè)量設(shè)備有很大的區(qū)別。將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量空間，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算求出被測(cè)物體的幾何尺寸，形狀和位置。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以通用性強(qiáng)、測(cè)量范圍大、精度高、效率好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接的優(yōu)點(diǎn)，被稱為“測(cè)量中心”。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要用于機(jī)械、汽車(chē)、航空、軍工、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等行業(yè)中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測(cè)量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)中，可以對(duì)工件的尺寸、形狀和形位公差進(jìn)行精密檢測(cè)，從而完成零件檢測(cè)、外形測(cè)量、過(guò)程控制等任務(wù)。它是一種設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析的現(xiàn)代化的智能工具。1.1.3逆向工程的應(yīng)用與發(fā)展逆向工程(RE)也稱逆向制造,即接受用戶的樣品,然后迅速、有效地對(duì)其進(jìn)行仿制。一件產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造過(guò)程主要經(jīng)過(guò)"設(shè)計(jì)-加工-檢測(cè)",產(chǎn)品形成后對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),檢測(cè)是整個(gè)過(guò)程的最后一步也是最重要的一步，就如上述的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。而逆向工程技術(shù)是在已知零件實(shí)體的條件下先通過(guò)測(cè)量機(jī)(CMM)測(cè)量獲取零件表面離散得點(diǎn),然后將零件的點(diǎn)云文件導(dǎo)入進(jìn)行相關(guān)軟件中進(jìn)行樣品的幾何造型設(shè)計(jì),最后生成自動(dòng)加工指令通過(guò)加工中心復(fù)制出樣品。整個(gè)過(guò)程為測(cè)量設(shè)計(jì)制造。與早期產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程相反，因此稱為逆向制造。目前的模具制造、樣品復(fù)制、以及復(fù)雜零件的加工幾乎都采用逆向工程技術(shù)，因?yàn)槠淇焖?、精確、無(wú)圖紙的優(yōu)點(diǎn)，提高了效益。隨著世界科技水平的不斷提高,國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈?？焖匍_(kāi)發(fā)及制造高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。采用逆向工程技術(shù),不僅可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)率,降低產(chǎn)品成本,從而增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力,使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。作為新技術(shù),逆向工程必將在未來(lái)的制造中發(fā)揮重要作用。1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀零件的形位誤差對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響，因此準(zhǔn)確測(cè)得和評(píng)定零件的形位誤差一直是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的問(wèn)題。一直以來(lái)有關(guān)形位誤差的評(píng)定理論、評(píng)定方法等都備受?chē)?guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注。與長(zhǎng)度測(cè)量、角度測(cè)量及其誤差評(píng)定相比，形位誤差測(cè)量和評(píng)定有較高的難度，我國(guó)開(kāi)始著手研究的時(shí)間較短，但它已經(jīng)對(duì)我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步起到了很大的促進(jìn)作用，關(guān)于形位誤差評(píng)定的理論方法、數(shù)學(xué)模型及解算方法的研究，已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀中國(guó)從1970年代末和1980年代初開(kāi)始對(duì)形狀和位置誤差進(jìn)行更系統(tǒng)的研究。形狀和位置公差自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布以來(lái),幾何誤差理論的測(cè)量和評(píng)價(jià)研究進(jìn)展迅速,由第一個(gè)直線度、平面度、圓度和圓柱度評(píng)估漸漸擴(kuò)展到對(duì)圓錐度,對(duì)稱度、平面孔的位置度和圓跳動(dòng)誤差的項(xiàng)目的評(píng)定，針對(duì)不同類(lèi)型,形式和位置誤差的測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理方法的研究和發(fā)展也在向著不同的地方發(fā)展。理論上,一個(gè)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型逐步發(fā)展到多個(gè)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,建立一個(gè)線性模型的發(fā)展到建立一個(gè)非線性模型;評(píng)估算法中的最小二乘法從最初的發(fā)展到近似的最小條件評(píng)價(jià)方法,從簡(jiǎn)單應(yīng)用優(yōu)化理論逐步發(fā)展到結(jié)合形式和位置誤差的特點(diǎn)改進(jìn)現(xiàn)有算法來(lái)提高處理速度和精度,同時(shí)繼續(xù)提出一種具有實(shí)用價(jià)值的新的算法，在理論研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)幾何誤差測(cè)量裝置。雖然國(guó)內(nèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展迅速,但是仍有不足,主要有以下幾個(gè)方面:系列品種少；產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng),主要原因是元素和材料匹配困難導(dǎo)致加工周期長(zhǎng)。產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差,尤其是電子控制系統(tǒng)，不僅可靠性差,而且故障率較高。此外,軟件功能也相對(duì)較少,尤其是專有軟件,和計(jì)算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)存在問(wèn)題,只有少數(shù)測(cè)量機(jī)得以應(yīng)用,因此這項(xiàng)工作的大部分機(jī)器,都需要進(jìn)一步發(fā)展。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀總的來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)對(duì)形位誤差的研究在短短二十多年里取得了驕人的成績(jī),但與國(guó)際接軌還需要一段時(shí)間。在中國(guó)還沒(méi)有特別關(guān)注形位誤差時(shí)，國(guó)外一些國(guó)家就已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行研究了，已有一百年的歷史了，從最初的直線度誤差,到對(duì)平面度、圓度、圓柱度、圓錐度、球度等越來(lái)越復(fù)雜的形位誤差的測(cè)量評(píng)定,都卓有成績(jī)。國(guó)外三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)起步較早，技術(shù)更為成熟，這也是其在國(guó)際市場(chǎng)上具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的原因。國(guó)外三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)制造商較多，因此系列品種也較多，大多數(shù)都有劃線功能。1.3本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)本課題是基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量形狀誤差在工程中有著重要的價(jià)值與意義，對(duì)零件進(jìn)行尺寸、距離等的測(cè)量，并對(duì)其平面度、垂直度等一些形狀誤差進(jìn)行分析，最后利用逆向工程對(duì)其進(jìn)行三維重建。本課題以注塑零件為例，對(duì)其進(jìn)行基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的特征測(cè)量與分析，然后利用三維激光掃描儀對(duì)其進(jìn)行三維掃描，為工件的質(zhì)量檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。課題研究?jī)?nèi)容包括：（1）利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量零件的尺寸并以報(bào)告的形式輸出注塑零件的一些形狀誤差。（2）根據(jù)CMM測(cè)量的數(shù)據(jù)利用CATIA軟件畫(huà)出三維實(shí)體圖并導(dǎo)入CAD進(jìn)行幾何尺寸的標(biāo)注，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。（3）采用三維激光掃描儀掃描注塑零件，重建出精確的曲面和實(shí)體模型。（4）導(dǎo)入CATIA進(jìn)行三維實(shí)體重建。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)量軟件技術(shù)的引入，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域愈加寬廣，己經(jīng)越來(lái)越顯示出它的重要性和廣闊的發(fā)展前景。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)零件進(jìn)行尺寸及幾何誤差的測(cè)量，根據(jù)報(bào)告中每一欄顯示出的顏色可以判斷出哪些形狀誤差在精度范圍內(nèi)，哪些不在，并對(duì)其原因進(jìn)行分析。在利用相關(guān)軟件（如CATIA）畫(huà)出注塑零件的三維圖導(dǎo)入CAD中，將其數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)測(cè)量軟件，計(jì)算機(jī)測(cè)量軟件會(huì)對(duì)CAD模型進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。本研究將逆向工程技術(shù)與之相結(jié)合，通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)零件進(jìn)行掃描并在電腦中顯示出不完整的三維實(shí)體圖，并通過(guò)多次拼合獲得尺寸較完整的三維圖，最后再導(dǎo)入CATIA中對(duì)其不完整的地方進(jìn)行修補(bǔ)。通過(guò)這種手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)零件的精準(zhǔn)快速檢測(cè)和模型三維重建，在工程中發(fā)揮著重要的作用。依據(jù)上述研究?jī)?nèi)容，本文組織結(jié)構(gòu)安排如圖1.3所示。第五章第五章總結(jié)與展望第四章逆向工程技術(shù)第三章基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量步驟第二章坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的介紹緒論圖1.3論文組織結(jié)構(gòu)圖第一章，作為全文的緒論，主要介紹課題研究的背景與研究意義，包括形狀誤差的研究意義、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)用、逆向工程的運(yùn)用；另外，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹與概述；對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容、思路和布局做了大體的說(shuō)明。第二章，主要介紹三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本組成及結(jié)構(gòu)、活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)的構(gòu)成及功能、控制系統(tǒng)的功能、測(cè)坐測(cè)頭系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件、測(cè)量機(jī)的工作環(huán)境以及操作盒的使用，主要涉及到在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的一些具體介紹，以便于更快速的掌握其使用方法。第三章，主要介紹三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量零件的具體步驟以及每一步驟的具體細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，首先是系統(tǒng)的啟動(dòng)、進(jìn)入PC-DMIS測(cè)量軟件、測(cè)頭校驗(yàn)，然后開(kāi)始測(cè)量特征或者通過(guò)構(gòu)造特征來(lái)建立坐標(biāo)系，正式進(jìn)入測(cè)量，并進(jìn)行形狀誤差的分析，導(dǎo)入CAD，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)有CAD模型進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。第四章，主要是根據(jù)第三章的講解，針對(duì)注塑零件實(shí)體進(jìn)行尺寸及幾何誤差測(cè)量與分析的實(shí)例測(cè)量與分析。第五章，主要是逆向工程技術(shù)，首先利用三維激光掃描儀對(duì)零件實(shí)體進(jìn)行三維掃描，并在電腦中出現(xiàn)不完整的三維模型，通過(guò)多次不同角度的掃描獲得多個(gè)三維模型，通過(guò)拼合獲得近乎完整的三維模型，最后導(dǎo)入CATIA中進(jìn)行三維重建。第六章，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)進(jìn)一步研究作出展望。1.4本章小結(jié)本章主要概述了全文的整體框架結(jié)構(gòu)，包括現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究現(xiàn)狀，形狀誤差的研究意義，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成構(gòu)造和工作原理和逆向工程技術(shù)的步驟。形位誤差的測(cè)量在幾何量精密測(cè)量中占有十分重要的地位，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量就是基于此而誕生的一種高精密測(cè)量?jī)x器，在工程質(zhì)量檢測(cè)中發(fā)揮了極大的作用，使生產(chǎn)的零件誤差更小，精度更高，使產(chǎn)品在國(guó)際上更具競(jìng)爭(zhēng)力。逆向工程技術(shù)是從實(shí)物原型到三維數(shù)字模型的轉(zhuǎn)換,是反求工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù),它包括數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、三維重建和模型評(píng)價(jià)四部分。逆向工程可以迅速、精確、方便地獲得實(shí)物的三維數(shù)據(jù)及模型,為產(chǎn)品提供先進(jìn)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)及制造的技術(shù)支撐。2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的介紹2.1引言三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是高效精密的儀器，在使用之前我們要詳細(xì)的了解的其組成結(jié)構(gòu)、各部分功能、工作環(huán)境以及使用方法，這樣會(huì)避免很多盲目測(cè)量帶來(lái)的需許多弊端。了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三種結(jié)構(gòu)形式及每個(gè)結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)成和功能，能幫助我們快速?zèng)Q策針對(duì)某一零件采取哪種結(jié)構(gòu)形式可以滿足零件的精度?？刂葡到y(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的中樞，要詳細(xì)了解其工作原理，方便我們使用。計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件是數(shù)據(jù)處理中心，主要功能是控制系統(tǒng)參數(shù)、進(jìn)行測(cè)頭定義和校正、零件找正核對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。了解操作盒的使用可便于手動(dòng)測(cè)量，避免測(cè)頭碰到工件。2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本組成及結(jié)構(gòu)了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本組成及結(jié)構(gòu)形式是掌握其工作原理和動(dòng)手實(shí)踐的基礎(chǔ)。根據(jù)零件的的幾何特征以及精度要求選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。本節(jié)著重介紹目前被廣泛應(yīng)用的活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)。2.2.1基本組成坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由測(cè)量機(jī)主機(jī)、控制系統(tǒng)、測(cè)頭測(cè)座系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)（測(cè)量軟件）幾部分組成。如圖2.2.1所示。圖2.2.1基本組成2.2.2結(jié)構(gòu)形式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有活動(dòng)橋式、固定橋式、和單邊高架橋式三種結(jié)構(gòu)形式。其中應(yīng)用最多的就是活動(dòng)橋式。如圖2.2.2所示.圖2.2.2活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)2.3活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)的構(gòu)成及功能活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、視野開(kāi)闊、開(kāi)敞性好、上下零件方便。而且精度高運(yùn)動(dòng)速度快。如上圖2.2.2所示。1、工作臺(tái)，用于擺放零件支撐橋架；工作臺(tái)放置零件時(shí)，一般要根據(jù)零件的形狀特征和檢測(cè)要求，選擇適合的支撐或夾具。要求零件擺放要穩(wěn)固，不受外力變形而導(dǎo)致坐標(biāo)系移動(dòng)，影響測(cè)量精度。在工作臺(tái)上大零件可墊等高塊，小零件可以放在方箱上固定后測(cè)量即可。2、橋架，支撐Z滑架，形成互相垂直的三軸；3、滑架，使橫梁與有平衡裝置的Z軸連接；4、導(dǎo)軌，具有精度要求的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向軌道，是測(cè)量基準(zhǔn)；5、導(dǎo)軌是氣浮塊運(yùn)動(dòng)的軌道，是測(cè)量機(jī)的基準(zhǔn)之一?？諝庵械幕覊m和油污水分會(huì)污染導(dǎo)軌，使測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差增大，影響測(cè)量精度。因此要定期對(duì)導(dǎo)軌清潔，可采用工業(yè)酒精擦拭導(dǎo)軌。6、光柵系統(tǒng)（光柵、讀數(shù)頭、零位片），是測(cè)量基準(zhǔn)；7、零位片的作用是使測(cè)量機(jī)找到機(jī)器零點(diǎn)。機(jī)器零點(diǎn)也就是機(jī)器坐標(biāo)系的原點(diǎn)，既是測(cè)量機(jī)誤差補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)，也是測(cè)量機(jī)行程終控制的基準(zhǔn)。8、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)、減速器、傳動(dòng)帶、帶輪等組成。9、空氣軸承氣路系統(tǒng)，由過(guò)濾器、開(kāi)關(guān)、傳感器、氣浮塊、氣管組成；10、支承（架）、隨動(dòng)帶。2.4控制系統(tǒng)的功能圖2.4控制系統(tǒng)圖2.4是測(cè)量機(jī)的控制中樞，主要功能：1、控制和驅(qū)動(dòng)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)，三軸同步、速度、加速度控制；計(jì)算機(jī)指令通過(guò)系統(tǒng)控制單元，根據(jù)事先設(shè)置好的速度、加速度，驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)光柵和電機(jī)的反饋電路來(lái)控制運(yùn)行速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使三軸同步平穩(wěn)的按指定軌跡運(yùn)動(dòng)。2、在有觸發(fā)信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù)，對(duì)光柵讀數(shù)進(jìn)行處理；當(dāng)通過(guò)操縱盒控制運(yùn)動(dòng)的測(cè)頭與被測(cè)零件接觸時(shí)，測(cè)頭就會(huì)發(fā)出被觸發(fā)的信號(hào),隨后傳送到控制單元，根據(jù)測(cè)頭保護(hù)功能立即令測(cè)量機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鎖存此刻的光柵讀數(shù)。這就獲得了所測(cè)的點(diǎn)的坐標(biāo)。3、根據(jù)補(bǔ)償文件，對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行21項(xiàng)誤差補(bǔ)償；測(cè)量機(jī)在制造組裝完成后，都要使用相關(guān)檢測(cè)工具對(duì)21項(xiàng)系統(tǒng)誤差如各軸的兩個(gè)直線度、兩個(gè)角擺誤差、自轉(zhuǎn)誤差、位置誤差，三軸之間的垂直度誤差等進(jìn)行檢測(cè)，并用軟件進(jìn)行補(bǔ)償，以保證測(cè)量機(jī)精度符合產(chǎn)品加工要求。4、采集溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償；2.5測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集的傳感器系統(tǒng)，測(cè)座分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，主要功能：圖2.5（1）測(cè)座測(cè)頭系統(tǒng)1、測(cè)座旋轉(zhuǎn)到指定角度；本研究采用手動(dòng)控制，只能由人工手動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)測(cè)座調(diào)整到指定角度。本研究在程序運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有更換過(guò)測(cè)針，只是在測(cè)量開(kāi)始前選定合適的測(cè)針即可。并且根據(jù)需要可安裝加長(zhǎng)桿。2、測(cè)頭工作方式轉(zhuǎn)換；測(cè)頭轉(zhuǎn)換工作方式是靠測(cè)頭控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，測(cè)頭在測(cè)量機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于不靈敏狀態(tài)，只有觸發(fā)時(shí)才能進(jìn)入靈敏狀態(tài)。以操縱盒的“LOW”鍵進(jìn)行控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即低速運(yùn)動(dòng)時(shí)是測(cè)頭的靈敏狀態(tài)。3、測(cè)頭傳感器在探針接觸被測(cè)點(diǎn)時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；測(cè)頭根據(jù)其功能有：觸發(fā)式、掃描式、非接觸式等。觸發(fā)式測(cè)頭是本次研究采用的一種測(cè)頭，也是應(yīng)用最廣泛的測(cè)頭，其工作原理是當(dāng)測(cè)針與零件產(chǎn)生接觸時(shí)，發(fā)出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)鎖存此刻的光柵計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后傳送給測(cè)量軟件PC-DMIS，及所測(cè)的點(diǎn)的坐標(biāo)就得到了。圖2.5（2）測(cè)頭2.6計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件計(jì)算機(jī)和測(cè)量軟件是數(shù)據(jù)處理中心，主要功能：1、對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；2、進(jìn)行測(cè)頭定義和測(cè)頭校正；不同的測(cè)頭角度所測(cè)得坐標(biāo)值是不一樣的，而零件的尺寸是固定不動(dòng)的，因此在測(cè)量前必須進(jìn)行測(cè)頭校正，以使無(wú)論什么型號(hào)的測(cè)頭都能獲得相同的結(jié)果。此外，還可以進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償，并把不同測(cè)頭角度所測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)都轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)測(cè)頭位置上。3、建立零件坐標(biāo)系；為使測(cè)量能更方便的進(jìn)行，測(cè)量軟件要以零件的基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，即零件找正，稱為零件坐標(biāo)系。4、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和處理測(cè)量數(shù)據(jù)；測(cè)量軟件可以根據(jù)需要進(jìn)行構(gòu)造或擬合等計(jì)算，也可以對(duì)零件各項(xiàng)形位公差進(jìn)行計(jì)算、評(píng)價(jià)，并生報(bào)告。5、輸出測(cè)量報(bào)告；在測(cè)量軟件中，操作員可以按照自己需要的格式設(shè)置模板，并生成檢測(cè)報(bào)告輸出。2.7測(cè)量機(jī)的工作環(huán)境本次研究是在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室7D103，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作時(shí)所需要環(huán)境要求基本滿足。下面對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：1、環(huán)境溫度環(huán)境溫度：20℃±2℃2、環(huán)境濕度一般要求：40％～60％為最好。3、電源除使用機(jī)型特殊要求，一般測(cè)量機(jī)使用電源為220V±10V50HZ；要求有穩(wěn)壓裝置。4、單獨(dú)接地線要求有單獨(dú)接地線，接地電阻≤5Ω；要求周?chē)鷽](méi)有強(qiáng)電磁干擾。2.8操縱盒使用說(shuō)明圖2.8操作盒上圖2.8為操作盒圖片，下面將詳細(xì)介紹其具體功能：1.SERVOPWRON：電機(jī)加電按鈕，按下后電機(jī)上電指示燈亮；2.Joystick：方向搖桿，左右為X軸方向，前后為Y軸方向，旋轉(zhuǎn)搖桿為Z軸方向；3.E-STOP：急停按鈕，按下后三軸電機(jī)掉電，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1/4圈，急停按鈕彈起；4.SERVOREADY：指示系統(tǒng)已準(zhǔn)備進(jìn)入自動(dòng)模式；5.SERVOPWRON：指示所有的電機(jī)都已激活；6.RECORD：刪除測(cè)量點(diǎn)；7.DRIVE：添加移動(dòng)點(diǎn)；8.XLOCK：燈亮?xí)r，指示X軸方向不能手動(dòng)移動(dòng)；9.YLOCK：燈亮?xí)r，指示Y軸方向不能手動(dòng)移動(dòng)；10.ZLOCK：燈亮?xí)r，指示Z軸方向不能手動(dòng)移動(dòng)；11.SLOW：移動(dòng)速度切換鍵，燈亮，慢速，速度為19.05MM/S。12.PART：此按鍵燈亮?xí)r，測(cè)量機(jī)按工件坐標(biāo)系移動(dòng)；13.JOY：激活操縱盒搖桿，燈亮，搖桿可以使用；2分鐘不用，此指示燈自動(dòng)熄滅；14.AUTO：自動(dòng)測(cè)量模式鍵，測(cè)量機(jī)由軟件程序來(lái)控制；2.9本章小結(jié)（1）本節(jié)介紹了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本組成和三種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式，并且分別介紹了活動(dòng)橋式、固定橋式和單邊高架橋式的各自的特點(diǎn)，其中活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)是使用最廣泛的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)敞性比較好，視野開(kāi)闊，上下零件方便。運(yùn)動(dòng)速度快，精度比較高，可使產(chǎn)品精度大大提高。（2）本節(jié)主要介紹了控制系統(tǒng)的三種主要功能：控制、驅(qū)動(dòng)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)，三軸同步、速度、加速度控制；在有觸發(fā)信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù)，對(duì)光柵讀數(shù)進(jìn)行處理；根據(jù)補(bǔ)償文件，對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行21項(xiàng)誤差補(bǔ)償；采集溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（3）本節(jié)介紹了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)座測(cè)頭系統(tǒng)，測(cè)針的工作原理是一個(gè)高靈敏的開(kāi)關(guān)式傳感器。（4）本章了解到測(cè)量機(jī)的工作環(huán)境要求，以及操作盒的使用。只有熟練的掌握了測(cè)量機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)才能為動(dòng)手實(shí)踐奠定好的基礎(chǔ)。3基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的注塑零件的測(cè)量步驟3.1引言在上一章節(jié)主要介紹了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)和各部分功能，主要是理論知識(shí)，沒(méi)有結(jié)合實(shí)際測(cè)量，本章主要講解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量步驟，并詳細(xì)講解每一步驟的具體內(nèi)容及注意事項(xiàng)。本課題的測(cè)量流程步驟如圖3.1所示。系統(tǒng)啟動(dòng)測(cè)頭校驗(yàn)系統(tǒng)啟動(dòng)測(cè)頭校驗(yàn)測(cè)量特征/構(gòu)造特征建立坐標(biāo)系尺寸測(cè)量和幾何誤差分析自動(dòng)測(cè)量圖3.1測(cè)量流程3.2注塑零件的介紹隨著注塑成型技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)制品的尺寸精度要求越來(lái)越高。但在生產(chǎn)實(shí)踐中,經(jīng)常會(huì)因制品尺寸偏差給裝配造成困難,導(dǎo)致資源浪費(fèi)。如何提高注塑制品的尺寸精度,是成型加工領(lǐng)域中非常重要的課題之一。本研究采用手機(jī)支架注塑件對(duì)其進(jìn)行幾何誤差的測(cè)量與分析。其三維圖如圖3.2所示。圖3.2注塑件的三維圖3.3系統(tǒng)啟動(dòng)3.3.1測(cè)量機(jī)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備測(cè)量機(jī)啟動(dòng)前有以下幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作：1、檢查機(jī)器的外觀及機(jī)器導(dǎo)軌是否有障礙物，電纜及氣路是否連接正常；2、對(duì)導(dǎo)軌及工作臺(tái)面進(jìn)行清潔；3、檢查溫度、氣壓、電壓、地線等是否符合要求，對(duì)前置過(guò)濾器、儲(chǔ)氣罐、除水機(jī)進(jìn)行放水檢查；4、接通電源系統(tǒng)、除水機(jī)電源，打開(kāi)氣源開(kāi)關(guān)。3.3.2測(cè)量機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)1、打開(kāi)計(jì)算機(jī)電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)；2、打開(kāi)控制系統(tǒng)電源，操縱盒所有指示燈全亮，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)；3、啟動(dòng)PC-DMIS軟件系統(tǒng)；4、進(jìn)行回機(jī)器零點(diǎn)的操作。5、回機(jī)器零點(diǎn)過(guò)程完成后，PC-DMIS進(jìn)入正常工作界面，測(cè)量機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。3.3.3測(cè)量機(jī)系統(tǒng)關(guān)閉1、關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，首先將Z軸運(yùn)動(dòng)到安全的位置和高度，避免造成意外碰撞；2、退出PC-DMIS軟件，關(guān)閉控制系統(tǒng)電源和測(cè)座控制器電源；3、關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，除水機(jī)電源，關(guān)閉氣源開(kāi)關(guān)。3.4進(jìn)入PC-DMIS測(cè)量軟件啟動(dòng)PC-DMIS軟件，建立零件程序名。如圖3.4所示。圖3.4選擇“文件新建建立零件程序名”在彈出來(lái)的窗口輸入零件名“l(fā)iangbing”修訂號(hào)和序列都輸入liangbing。根據(jù)文件名就可方便的尋找到自己所測(cè)得零件。如果要調(diào)用以前的程序，在程序啟動(dòng)時(shí)選擇相應(yīng)已存在的文件名，之后程序進(jìn)入工作狀態(tài)。3.5測(cè)頭校驗(yàn)3.5.1測(cè)頭校驗(yàn)的必要性1、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在測(cè)量零件時(shí)，是用測(cè)針前端的紅寶石球與被測(cè)零件表面輕輕接觸，盡管紅寶石很小，但是接觸點(diǎn)坐標(biāo)與紅寶石球中心點(diǎn)的坐標(biāo)還是相差一個(gè)紅寶石球的半徑。因此要通過(guò)測(cè)頭校驗(yàn)，把這個(gè)半徑值準(zhǔn)確的修正到測(cè)量點(diǎn)，保證測(cè)量的正確性。2、不同測(cè)頭角度、長(zhǎng)度和直徑不同的測(cè)針測(cè)量零件得到的坐標(biāo)值是不同的，因此必須經(jīng)過(guò)測(cè)頭校驗(yàn)來(lái)保證在不同型號(hào)的不同角度下的測(cè)量結(jié)果都是相同的。方式就是根據(jù)測(cè)頭校驗(yàn)得出不同測(cè)頭位置之間的關(guān)系，以方便軟件系統(tǒng)能夠進(jìn)行換算。圖3.5.1測(cè)針測(cè)量零件3.5.2測(cè)頭校驗(yàn)的原理由上述介紹可知，測(cè)頭校驗(yàn)是測(cè)量過(guò)程的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是必經(jīng)的環(huán)節(jié)，它影響之后的測(cè)量精度，因此必須高度重視。測(cè)頭校驗(yàn)首先主要是知道不同角度測(cè)頭測(cè)點(diǎn)的位置關(guān)系，好方便測(cè)量軟件能進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，因此第一個(gè)校驗(yàn)的測(cè)頭位置是所有測(cè)頭位置的參照基準(zhǔn)，校驗(yàn)測(cè)頭位置，實(shí)際上就是找到其他測(cè)頭與參照基準(zhǔn)之間的關(guān)系。此外，校驗(yàn)時(shí)測(cè)針和標(biāo)準(zhǔn)球都要保持清潔以避免誤差。測(cè)針、測(cè)頭、測(cè)座等包括標(biāo)準(zhǔn)球都要固定牢固，不能有絲毫間隙。測(cè)頭校驗(yàn)的速度要與測(cè)量時(shí)的速度保持一致。每次在測(cè)座、測(cè)頭、測(cè)針的拆卸操作后都要重新對(duì)使用的所有測(cè)頭進(jìn)行位置校驗(yàn)。并定期進(jìn)行檢查以減少環(huán)境變化對(duì)測(cè)頭的影響。3.5.3測(cè)頭校驗(yàn)的步驟在測(cè)量零件時(shí)，進(jìn)入PC-DMIS軟件后，軟件會(huì)自動(dòng)彈出測(cè)頭功能的窗口。在進(jìn)行測(cè)頭定義前，首先要根據(jù)零件外形特征以及測(cè)量特征要求選擇好配置測(cè)頭、測(cè)針，并規(guī)劃好測(cè)座的所有使用角度。然后按照實(shí)際配置定義測(cè)頭系統(tǒng)。一、定義測(cè)頭文件名PC-DMIS的測(cè)頭以文件的形式管理，每進(jìn)行一次測(cè)頭配置，都要用一個(gè)測(cè)頭文件來(lái)區(qū)別。文件名在測(cè)頭功能窗口選擇以前已使用過(guò)的測(cè)頭文件進(jìn)行測(cè)頭校驗(yàn)。本次測(cè)頭文件名為T(mén)EASTAR1。圖3.5.3(一)測(cè)頭功能二、定義測(cè)座將光標(biāo)點(diǎn)擊“未定義測(cè)頭”的提示語(yǔ)句，在測(cè)頭說(shuō)明的下拉菜單中選擇使用的測(cè)座型號(hào)，在右側(cè)窗口中會(huì)顯示該型號(hào)的測(cè)座圖形。本次研究選用測(cè)座型號(hào)如下圖所示。圖3.5.3（二）選擇測(cè)座型號(hào)三、定義測(cè)座與測(cè)頭的轉(zhuǎn)接測(cè)座定義后，繼續(xù)從下拉菜單中選擇測(cè)座與測(cè)頭之間的轉(zhuǎn)接件。四、定義加長(zhǎng)桿和測(cè)頭如果在轉(zhuǎn)接件后面有加長(zhǎng)桿，則要在下拉菜單中選擇相應(yīng)長(zhǎng)度和型號(hào)后，再選擇相應(yīng)測(cè)頭。如圖3.5.3（三）所示。圖3.5.3（三）定義測(cè)座與測(cè)頭的轉(zhuǎn)接五、定義測(cè)針在下拉菜單中按照測(cè)針的紅寶石球直徑和測(cè)針長(zhǎng)度選擇相應(yīng)的測(cè)針。如果在測(cè)頭與測(cè)針間有加長(zhǎng)桿，則要先定義加長(zhǎng)桿后再定義測(cè)針。提示：配置測(cè)針和加長(zhǎng)桿，要根據(jù)測(cè)頭的承載能力。如果測(cè)針和加長(zhǎng)桿的重量超出測(cè)頭承載能力，會(huì)造成誤觸發(fā)或縮短測(cè)頭壽命及精度。測(cè)針定義后，會(huì)在測(cè)頭角度窗口中自動(dòng)顯示A0，B0角度位置。圖3.5.3（四)定義測(cè)針六、添加測(cè)頭角度如需要添加測(cè)頭角度，在測(cè)頭功能窗口中點(diǎn)擊添加角度的按鍵，即出現(xiàn)添加新角度的窗口。圖3.5.3(五）添加測(cè)頭角度在C區(qū)的矩陣表中，縱坐標(biāo)是A角，橫坐標(biāo)是B角，其間隔是當(dāng)前定義測(cè)座可以旋轉(zhuǎn)的最小角度。該注塑零件選擇A90B90、A0B0、A0B90、A90B0、A0B180、A180B0、A45B45。這些角度的測(cè)頭位置定義后，將使用其A角B角的角度值來(lái)命名。在使用這些測(cè)頭位置時(shí)，只要按照其角度值選擇調(diào)用即可。七、測(cè)頭校驗(yàn)測(cè)頭定義后，要在標(biāo)準(zhǔn)球上進(jìn)行直徑和位置的校驗(yàn)。點(diǎn)擊測(cè)頭功能――測(cè)量，彈出校驗(yàn)測(cè)頭窗口。輸入校驗(yàn)測(cè)頭的點(diǎn)數(shù)和速度測(cè)量點(diǎn)數(shù)：校驗(yàn)時(shí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球的采點(diǎn)數(shù)設(shè)置為9，缺省設(shè)置為5點(diǎn)。逼近/回退距離：測(cè)頭觸測(cè)或回退時(shí)速度轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置，可以根據(jù)情況設(shè)置，一般為2～5mm，本次設(shè)定值為2.54mm。移動(dòng)速度：測(cè)量時(shí)位置間運(yùn)動(dòng)速度為20mm/s。觸測(cè)速度：測(cè)頭接觸標(biāo)準(zhǔn)球時(shí)速度2mm/s?？刂品绞剑阂话悴捎肈OC方式。操作類(lèi)型：選擇“校驗(yàn)測(cè)尖”。校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑阂话銘?yīng)采用用戶定義，在采點(diǎn)數(shù)為9點(diǎn)時(shí)，層數(shù)應(yīng)選擇3層。起始角和終止角可以根據(jù)情況選擇。一般起始角為0℃，終止角為90℃。柱測(cè)尖標(biāo)定：對(duì)柱測(cè)針校驗(yàn)時(shí)設(shè)置的參數(shù)，偏置是指在測(cè)量時(shí)使用的柱測(cè)針的位置。參數(shù)設(shè)置：用戶可以把校驗(yàn)測(cè)頭窗口的設(shè)置，用文件的方式保存，需要時(shí)直接選擇調(diào)用?？捎霉ぞ吡斜恚菏切ｒ?yàn)測(cè)頭時(shí)使用的校驗(yàn)工具的定義。點(diǎn)擊左下角“添加工具”，彈出添加工具窗口。在工具標(biāo)識(shí)窗口添加“標(biāo)識(shí)”，在支撐矢量窗口輸入標(biāo)準(zhǔn)球的支撐矢量（指向標(biāo)準(zhǔn)球，如：0，0，1），在直徑長(zhǎng)度窗口輸入標(biāo)準(zhǔn)球檢定證書(shū)上標(biāo)注的實(shí)際直徑值，按下確定鍵后，就可準(zhǔn)備測(cè)頭校驗(yàn)。圖3.5.3（六）測(cè)頭校驗(yàn)實(shí)施校驗(yàn)在校驗(yàn)測(cè)頭窗口設(shè)置完成后，進(jìn)入測(cè)量。如果按下測(cè)量鍵前沒(méi)有選擇要校驗(yàn)的測(cè)針時(shí)，PC-DMIS軟件會(huì)出現(xiàn)提示窗口，選擇校驗(yàn)全部測(cè)針，點(diǎn)擊“是”。如圖a所示。圖aPC-DMIS在操作者選擇了要校驗(yàn)的測(cè)針后，彈出提示窗口，警告操作者將測(cè)座旋轉(zhuǎn)到A0、B0角度，這時(shí)操作者應(yīng)檢查測(cè)頭旋轉(zhuǎn)后是否與零件或其它物體相干涉，如有請(qǐng)及時(shí)采取措施。同時(shí)要確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)球是否被移動(dòng)。如果點(diǎn)擊“否”，PCDMIS會(huì)根據(jù)最后一次記憶的標(biāo)準(zhǔn)球位置自動(dòng)進(jìn)行所有測(cè)頭位置的校驗(yàn)。如圖b所示。圖b如果點(diǎn)擊“是”，PC-DMIS會(huì)彈出另一窗口，提示操作者如果校驗(yàn)的測(cè)針與前面校驗(yàn)的測(cè)針相關(guān)，應(yīng)該用前面標(biāo)準(zhǔn)球位置校驗(yàn)過(guò)的一號(hào)測(cè)針T1A0B0，以使它們互相關(guān)聯(lián)。選擇“確定”后，操作者要使用操縱桿控制測(cè)量機(jī)用測(cè)針在標(biāo)準(zhǔn)球與測(cè)針正對(duì)的最高點(diǎn)處觸測(cè)一點(diǎn)，測(cè)量機(jī)會(huì)自動(dòng)按照設(shè)置進(jìn)行全部測(cè)針的校驗(yàn)。如圖c所示。圖c若操作者需要指定測(cè)針校驗(yàn)順序，在測(cè)頭功能窗口中選中“用戶定義的校驗(yàn)順序”選框，點(diǎn)擊第一個(gè)要校驗(yàn)的測(cè)針，然后在按下“CTRL”鍵的情況下順序點(diǎn)擊其它測(cè)針，在定義的測(cè)針前面就會(huì)出現(xiàn)順序編號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按照操作者指定的順序校驗(yàn)測(cè)針。3.5.4觀查校驗(yàn)結(jié)果測(cè)頭校驗(yàn)后，點(diǎn)擊測(cè)頭功能——結(jié)果鍵，會(huì)彈出校驗(yàn)結(jié)果窗口。在校驗(yàn)結(jié)果窗口中，理論值是在測(cè)頭定義時(shí)輸入的值，測(cè)定值是校驗(yàn)后得出的校驗(yàn)結(jié)果。其中“X、Y、Z”是測(cè)針的實(shí)際位置，由于這些位置與測(cè)座的旋轉(zhuǎn)中心有關(guān)，所以它們與理論值的差別不影響測(cè)量精度?！癉”是測(cè)針校驗(yàn)后的等效直徑，由于測(cè)點(diǎn)延遲的原因，這個(gè)值要比理論值小，由于它與測(cè)量速度、測(cè)針的長(zhǎng)度、測(cè)桿的彎曲變形等有關(guān)，在不同情況下會(huì)有區(qū)別，但在同等條件下，相對(duì)穩(wěn)定?！癝tdDev”是本次校驗(yàn)的形狀誤差，從某種意義上反映了校驗(yàn)的精度，這個(gè)誤差應(yīng)越小越好。如圖3.5.4所示。圖3.5.4校驗(yàn)結(jié)果3.6特征3.6.1測(cè)量特征點(diǎn)空間點(diǎn)的特征是：X、Y、Z坐標(biāo)值，測(cè)頭回退的矢量空間點(diǎn)的特征是：X、Y、Z坐標(biāo)值，測(cè)頭回退的矢量平面面的特征是：表示面所在位置的特征點(diǎn)X、Y、Z值和與面垂直的法向矢量。面的特征是：表示面所在位置的特征點(diǎn)X、Y、Z值和與面垂直的法向矢量。(面最少測(cè)3個(gè)點(diǎn))圖3.6.1測(cè)量點(diǎn)的過(guò)程無(wú)論是測(cè)量平面還是測(cè)量圓柱圓錐等都是要先手動(dòng)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)，因此掌握測(cè)點(diǎn)的過(guò)程很重要。手動(dòng)測(cè)量特征使用手動(dòng)方式即操縱桿測(cè)量零件時(shí)，要注意以下幾個(gè)方面問(wèn)題：1、要盡量測(cè)量零件的最大范圍，合理分布測(cè)點(diǎn)位置和測(cè)量適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)數(shù)。2、測(cè)點(diǎn)時(shí)的方向要盡量沿著測(cè)量點(diǎn)的法向，避免測(cè)頭“打滑”。3、測(cè)點(diǎn)的速度要控制好，測(cè)各點(diǎn)時(shí)的速度要一致，不可太快避免撞壞測(cè)針。4、測(cè)量時(shí)要選擇好相應(yīng)的工作平面或坐標(biāo)平面。1）手動(dòng)測(cè)量點(diǎn)使用手操盒驅(qū)動(dòng)測(cè)頭緩慢移動(dòng)到要采集點(diǎn)的位置上方，盡量保持測(cè)點(diǎn)的方向垂直于工件表面。如圖（1）所示。圖（1）測(cè)量點(diǎn)2）手動(dòng)測(cè)量平面使用手操盒驅(qū)動(dòng)測(cè)頭逼近接觸平面。測(cè)量平面的最少點(diǎn)數(shù)為3點(diǎn)。為使測(cè)量的結(jié)果真實(shí)反映零件的形狀和位置，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)數(shù)，并盡量使測(cè)點(diǎn)位置分布均勻，點(diǎn)數(shù)和位置分布對(duì)面的形位誤差都有影響。如圖（2）所示。圖（2）測(cè)量平面3）手動(dòng)測(cè)量圓使用手操盒測(cè)量圓時(shí)，PC-DMIS將保存在圓上采集的點(diǎn)，因此采集時(shí)的精確性及測(cè)點(diǎn)均勻間隔非常重要。測(cè)量圓的最少點(diǎn)數(shù)為3點(diǎn)，多于3點(diǎn)可以計(jì)算圓度。如圖（3）所示。圖(3)測(cè)量圓如果要重新采集測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)擊手操盒上的DELPNT鍵，刪除測(cè)點(diǎn)重新采集。一旦所有點(diǎn)數(shù)被采集，點(diǎn)擊手操盒上Done鍵即可。通過(guò)測(cè)量特征，注塑零件測(cè)得了平面1、2、7、10、11。下圖為所測(cè)量的特征。圖3.6.1（2）特征名稱3.6.2構(gòu)造特征當(dāng)測(cè)量面太窄，所測(cè)圓弧太小，會(huì)由于誤差測(cè)出來(lái)一條直線或一個(gè)圓，這時(shí)可根據(jù)測(cè)出來(lái)的點(diǎn)來(lái)構(gòu)造相應(yīng)的特征。注塑零件的凹槽部分和四周內(nèi)圓角測(cè)針不好測(cè)量，此時(shí)需要構(gòu)造特征。命令形式均為：“插入——特征——構(gòu)造——點(diǎn)/線/圓/面”1）構(gòu)造平面12圖3.6.2（1）平面12如上圖3.6.2（1）所示，測(cè)針移動(dòng)范圍小，直接手動(dòng)測(cè)量得到平面是不可能的，因此需要構(gòu)造特征，但是仍要測(cè)到三個(gè)以上的點(diǎn)，才可以構(gòu)造出平面。為后續(xù)測(cè)平面度和距離做好準(zhǔn)備。2）構(gòu)造圓圖3.6.2（2）圓角如上圖3.6.2（2）所示，該零件的四個(gè)角的部位都是以圓角相連接，且內(nèi)圓角非常小，測(cè)針能測(cè)量點(diǎn)的范圍極小，每次測(cè)出來(lái)都是一條直線，因此通過(guò)構(gòu)造特征來(lái)達(dá)到測(cè)量圓半徑的目的。通過(guò)上述測(cè)量特征和構(gòu)造特征，得到下圖3.6.2。圖3.6.2各特征名稱3.7建立坐標(biāo)系3.7.1建立坐標(biāo)系的重要性當(dāng)上述內(nèi)容一切準(zhǔn)備完善之后，接下來(lái)就是測(cè)量零件了，然而要想最終得到正確的檢測(cè)報(bào)告，在測(cè)量之前就必須建立一個(gè)正確的零件坐標(biāo)系來(lái)獲得測(cè)量尺寸的參考方向。零件在檢驗(yàn)前必須要有正確的裝夾固定住、足夠的檢測(cè)空間。坐標(biāo)系的建立是后續(xù)測(cè)量零件尺寸的基礎(chǔ)，若坐標(biāo)系建立的有差錯(cuò)，將直接導(dǎo)致零件所有尺寸和幾何誤差分析的錯(cuò)誤，那測(cè)量任務(wù)就無(wú)法完成，因此，要了解如何建立一個(gè)正確的坐標(biāo)系。圖3.7.1三軸關(guān)系圖選擇“插入——坐標(biāo)系——新建”，此刻彈出坐標(biāo)系功能框。圖3.7.1系統(tǒng)用功能框3.7.2建立坐標(biāo)系的三個(gè)步驟建立坐標(biāo)系要按以下三個(gè)步驟進(jìn)行：零件找正旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置原點(diǎn)。下面詳細(xì)介紹。一、零件找正第一步：測(cè)量平面，找正零件，即確定第一軸線。選擇垂直于零件軸線的平面而不是選擇垂直于機(jī)器坐標(biāo)軸的平面。要保證所選平面干凈無(wú)灰塵且放置水平、牢固，這樣可避免帶來(lái)誤差。一般情況下，均選擇測(cè)量平面比較好的平面，使測(cè)點(diǎn)能夠均勻分布到整個(gè)平面上，這樣精度較高，測(cè)量一個(gè)平面至少要測(cè)三個(gè)點(diǎn)，測(cè)得的平面在計(jì)算中顯示出的是一個(gè)三角形。該注塑零件以平面1的法向作為Z軸。選中“平面1Z正找正”即可。如圖3.7.2（一)a所示。圖3.7.2（一）aZ軸找正框圖PC-DMIS軟件將用在零件上測(cè)量出的平面1的曲面矢量方向作為Z軸的正方向。在程序左上角的窗口里顯示“Z正找正到平面標(biāo)識(shí)=平面1”，如下圖3.7.2（一）b所示。圖3.7.2（一）b二、旋轉(zhuǎn)軸根據(jù)已有的第一軸線和參考平面，然后繼續(xù)進(jìn)行建立坐標(biāo)系的第二步：旋轉(zhuǎn)軸，即確定第二軸向Y軸。在剛才討論的坐標(biāo)系下，要將機(jī)器的軸向與零件的一個(gè)軸向聯(lián)系起來(lái)，這就是要做的，但是要告訴軟件怎么去聯(lián)系起來(lái)。針對(duì)注塑零件，用平面8的方向矢量來(lái)確定第二軸向，在軟件中，利用這條線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這將引起測(cè)量機(jī)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到平面7，與零件坐標(biāo)系的方向一致。由此確定Y軸正方向。如圖3.7.2（二）a。圖3.7.2（二）a旋轉(zhuǎn)軸因?yàn)閄、Y、Z三個(gè)軸線是互相垂直的，因此一旦確定了兩個(gè)軸線，第三軸線也就是唯一不變的。也就沒(méi)有必要再確定第三個(gè)軸線了。雖然坐標(biāo)系的三個(gè)軸都確定了，但是在計(jì)算機(jī)中可以看到三條坐標(biāo)軸的交點(diǎn)在一直晃動(dòng)，沒(méi)有固定下來(lái)，因此我們還要對(duì)其進(jìn)行原點(diǎn)設(shè)定。如圖3.7.2（二）b。圖3.7.2（二）b三、設(shè)定原點(diǎn)將原點(diǎn)定位在平面1上。在計(jì)算機(jī)中原點(diǎn)處于紅色標(biāo)記處，它的坐標(biāo)值為X=0，Y=0和Z=0。如圖3.7.2（二）b所示。圖3.7.2(二）b設(shè)定原點(diǎn)設(shè)置了零件的正確的三個(gè)軸向和原點(diǎn)后一個(gè)零件坐標(biāo)系就建好了。接下來(lái)就進(jìn)入測(cè)量特征。3.8尺寸的測(cè)量和形狀誤差的分析3.8.1距離測(cè)量機(jī)中最為常用的一項(xiàng)功能就是測(cè)量元素之間的距離，可以快速的知道零件的尺寸。測(cè)量距離分為二維（2D）距離和三維(3D)距離。根據(jù)圖紙要求可設(shè)置距離公差大小，根據(jù)具體情況選擇距離的關(guān)系，是按特征測(cè)量還是某一軸，根據(jù)不同元素確定不同的關(guān)系，是垂直于還是平行于，下面將進(jìn)行詳細(xì)的介紹。如圖3.8.1（1）所示。圖3.8.1(1)距離框圖二維距離的方向總是平行于工作平面，三維距離是元素間的空間距離，所以距離的測(cè)量不是那么直觀，因而也容易出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤。因此，注意到二維三維的關(guān)系將非常重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的計(jì)算錯(cuò)誤基本都跟選擇參數(shù)時(shí)忽略了二維、三維的判斷有關(guān)系。下面將具體詳細(xì)的介紹它們的含義，首先了解總體的步驟：一、使用“距離”選項(xiàng)標(biāo)注距離1、從子菜單中選擇插入――尺寸――距離，此時(shí)將彈出距離對(duì)話框；2、在特征列表框中選要計(jì)算距離的特征元素，如平面5和平面6；3、在上公差框中輸入上公差值，在下公差框中輸入下公差值，注意正負(fù)號(hào)，如平面5到平面6的距離上公差為0.00，下公差為-0.40；4、指定距離類(lèi)型，選擇2維或3維選項(xiàng)，例如平面5和平面6的距離是3維；5、在單位區(qū)域選擇毫米mm；6、選擇要將尺寸信息輸出到何處，選擇統(tǒng)計(jì)、報(bào)告、兩者或無(wú)選項(xiàng)；7、選擇按特征、按X軸、按Y軸或按Z軸選項(xiàng)，以確定用于定義距離的關(guān)系；8、選擇垂直于或平行于單選按鈕；9、如果要在“圖形顯示”窗口中查看尺寸信息，請(qǐng)選中可選的顯示復(fù)選框；10、在分析選項(xiàng)中選擇文本復(fù)選框或圖形復(fù)選框。如選擇了圖形復(fù)選框，在倍率框中輸入增益值；11、如果需要，選中尺寸信息區(qū)域中的顯示復(fù)選框并單擊編輯，以選擇希望在“圖形顯示”窗口中顯示的尺寸信息格式；12、單擊創(chuàng)建按鈕。二、距離的公差公差區(qū)域允許操作者沿著正負(fù)方向輸入正負(fù)公差帶。其中距離尺寸的理論值并不都是基于CAD數(shù)據(jù)或測(cè)量數(shù)據(jù)。有時(shí)候數(shù)據(jù)來(lái)自于硬拷貝，可以使用理論值框輸入理論距離。如圖a所示。圖a距離公差框圖一、距離類(lèi)型如果一個(gè)元素是平面而另一個(gè)元素是點(diǎn)，PC-DMIS將提供點(diǎn)和平面之間的最短距離；如果兩個(gè)元素都是平面，PC-DMIS將提供第一個(gè)平面的特征點(diǎn)到第二個(gè)平面的最短距離。如圖b所示。圖b距離類(lèi)型框圖二、關(guān)系對(duì)話框關(guān)系區(qū)域中的復(fù)選框用于指定在兩個(gè)特征之間測(cè)量的距離是垂直于或平行于特定軸，還是垂直于或平行于第二個(gè)或者第三個(gè)所選特征。圖c距離關(guān)系框圖當(dāng)選擇按“特征”復(fù)選框垂直于或平行于選項(xiàng)在方位區(qū)域中就可以選擇了。例如在列表中僅僅選擇了二個(gè)特征，PC-DMIS計(jì)算的是特征1和特征2之間的平行于或垂直于的關(guān)系，基準(zhǔn)為特征2。三、方向?qū)υ捒蜿P(guān)系區(qū)域中的復(fù)選框用于指定在兩個(gè)特征之間測(cè)量的距離是垂直于或平行于特定軸，還是垂直于或平行于第二個(gè)或者第三個(gè)所選特征。如圖d所示。圖d距離方向框圖?測(cè)量第一個(gè)元素特征平行或垂直于第二個(gè)元素特征的距離。?測(cè)量第一個(gè)元素特征和第二個(gè)元素特征之間平行或垂直于特定軸的距離。根據(jù)上述知識(shí)，基于注塑件的三坐標(biāo)測(cè)量的多個(gè)距離得到如下結(jié)論。如表格1所示。表1公差類(lèi)型關(guān)系方向平面5到平面60.43維按特征垂直平面7到平面80.353維按特征垂直平面9到平面100.23維按特征垂直平面11到平面70.23維按特征垂直點(diǎn)13到平面120.23維按特征垂直最后生成的報(bào)告形式如下圖3.8.1（2)所示。圖3.8.1(2)各距離報(bào)告七、圓弧半徑該注塑零件的四周圓角太小，測(cè)針移動(dòng)范圍小，如前面所述，采用構(gòu)造特征，可計(jì)算出圓的直徑。下面左圖為電腦中顯示的構(gòu)造出的圓。圖3.8.1(3)構(gòu)造圓由此可知內(nèi)圓角半徑大約為5mm。根據(jù)所測(cè)得的平面之間的距離、點(diǎn)到平面的距離以及圓弧直徑的大小就可以知道零件的長(zhǎng)寬尺寸，凸臺(tái)的定位，面與面之間的連接圓角，為我們分析零件結(jié)構(gòu)、畫(huà)零件的三維圖提供了便利。3.8.2平面度的評(píng)價(jià)計(jì)算一個(gè)平面的平面度，測(cè)針至少應(yīng)測(cè)3點(diǎn)或者更多，點(diǎn)數(shù)越多越能反映其真實(shí)的平面度。公差只給出一個(gè)值，此值表示兩個(gè)包容測(cè)量平面的平行平面間的最大距離值。如圖3.8.2（一）平面度特征控制框。圖3.8.2（一）平面度特征控制框1、選擇“插入――尺寸――平面度”，此時(shí)將顯示平面度對(duì)話框：2、在特征列表中選擇測(cè)量過(guò)的特征進(jìn)行評(píng)價(jià)（注意：在程序中把光標(biāo)的位置放在程序的最后才可以顯示所有測(cè)量過(guò)的特征，如果選錯(cuò)想要評(píng)價(jià)的特征，點(diǎn)擊清除所有可以刪除選擇的特征，點(diǎn)擊重置可以重新選擇想要評(píng)價(jià)的特征）；3、在公差框中鍵入公差值；（如果需要在這個(gè)測(cè)量平面上選擇一個(gè)小的單元進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇特征控制框選項(xiàng)特征控制框選項(xiàng)中的每個(gè)單元選項(xiàng)，在特征控制編輯器窗口會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的平面范圍供選擇輸入）4、在選擇高級(jí)特征控制框單位部分中選擇毫米。5、選擇輸出設(shè)備。選擇高級(jí)特征控制框中統(tǒng)計(jì)、報(bào)告、兩者都或無(wú)選項(xiàng)；6、如果想在圖形顯示窗口中瀏覽尺寸信息請(qǐng)選擇尺寸信息框；7、選中文本復(fù)選框或圖形復(fù)選框，以選擇所需的分析選項(xiàng)，以便在報(bào)告或圖形窗口進(jìn)行分析。如果選中圖形復(fù)選框，請(qǐng)?jiān)诒堵士蛑休斎朐鲆嬷?。如果需要，選中尺寸信息區(qū)域中的顯示復(fù)選框，點(diǎn)擊編輯以選擇在“圖形顯示”窗口中顯示的尺寸信息格式；8、點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕，可以得到需要的平面度尺寸信息。下圖3.8.2（二）是所測(cè)的平面4的平面度的報(bào)告。圖3.8.2（二）平面度報(bào)告報(bào)告中顯示平面4的平面度誤差為紅色，說(shuō)明其誤差大于設(shè)定的公差值，其誤差主要來(lái)源于塑料注塑成型加工過(guò)程中，由于模具承受著各種外界因素的復(fù)雜影響,常常導(dǎo)致模塑產(chǎn)品的畸變,這種畸變最常見(jiàn)的表現(xiàn)形式即為塑料材料溢流產(chǎn)生的飛邊。既有模具受力變形工藝條件如溫度等外因,也有材料流動(dòng)、收縮等內(nèi)因。原因分析歸納如下:(1)注射工藝參數(shù)的選擇不當(dāng);(2)模具分析面的制造缺陷;(3)模具自身承受變形的能力不足。圖3.8.2（三）注塑件成型加工過(guò)程3.8.3平行度的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)平面之間、面線之間、線線之間的平行狀態(tài)。一平面（邊）相對(duì)于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值。平行度評(píng)價(jià)選項(xiàng)計(jì)算兩個(gè)平面的平行情況，必須有一個(gè)平面作為基準(zhǔn)。平面被限制在3D的視平面，而不需要參考坐標(biāo)系。本章節(jié)研究面與面之間的平行度。菜單：插入――尺寸――平行度該注塑零件以平面5為基準(zhǔn)A，來(lái)考量平面6其平行度是否在公差范圍內(nèi)，公差為0.15。圖3.8.3平行度報(bào)告報(bào)告顯示平面5和平面6的平行度誤差在公差范圍內(nèi)，說(shuō)明在產(chǎn)品制造過(guò)程中所造成的誤差較小，滿足加工精度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足裝配的互換性。3.8.4垂直度的評(píng)價(jià)垂直度可以應(yīng)用在線，平面，圓柱，圓錐，或任一種槽元素。適合的基準(zhǔn)元素可以是另一個(gè)線，平面，圓柱，圓錐，槽，或標(biāo)準(zhǔn)參考平面元素XA,YA,ZA,XY,YZ和ZX平面。平面被限制在3D的視平面，而不需要參考坐標(biāo)系。本章節(jié)主要研究面和面的垂直度。該注塑零件以平面1為基準(zhǔn)B，來(lái)考量平面2與其垂直度是否在公差范圍內(nèi)，公差為0.2。圖3.8.4（一）垂直度報(bào)告報(bào)告顯示平面1和平面2的垂直度誤差在公差范圍內(nèi)，說(shuō)明在相互參照下平面比較平整，滿足產(chǎn)品的互換性，產(chǎn)品質(zhì)量較高。下圖3.8.4（二）為計(jì)算機(jī)中顯示的報(bào)告結(jié)果。圖3.8.4（二）計(jì)算機(jī)顯示報(bào)告圖3.9本章小結(jié)本章詳細(xì)的簡(jiǎn)述了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量步驟，包括系統(tǒng)啟動(dòng)前后應(yīng)注意的事項(xiàng)、測(cè)座測(cè)針的選擇、控制系統(tǒng)的功能、特征測(cè)量、構(gòu)造特征、建立坐標(biāo)系和誤差分析的過(guò)程。根據(jù)不同的零件選擇合適的測(cè)針以便測(cè)量，并且根據(jù)需要可安裝加長(zhǎng)桿達(dá)到更好測(cè)量特征的目的。本研究主要是采用手動(dòng)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)（3個(gè)以上）來(lái)達(dá)到測(cè)量平面、圓半徑的目的，其中有個(gè)別平面太窄，圓弧太小，難以測(cè)出真實(shí)的特征，這時(shí)就可用構(gòu)造特征命令來(lái)克服此困難，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)不僅是方便的，而且高效準(zhǔn)確。我們能快速的知道零件的尺寸，以及幾何誤差的大小，能夠在短時(shí)間判斷出零件是否滿足精度要求，縮短了工業(yè)中零件檢測(cè)的時(shí)間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，現(xiàn)代三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用范圍最廣泛，制造業(yè)，機(jī)床、電子業(yè)等方面都發(fā)揮了極大地作用，是現(xiàn)代產(chǎn)品檢測(cè)最先進(jìn)的儀器，其快速高效的優(yōu)點(diǎn)提高了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。4逆向工程技術(shù)4.1引言逆向工程也稱逆向制造，是在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙以及沒(méi)有CAD的情況下對(duì)現(xiàn)有零件實(shí)體進(jìn)行迅速、有效的仿制。傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造過(guò)程主要是“設(shè)計(jì)加工檢測(cè)”，其中檢測(cè)是整個(gè)制造過(guò)程的最后一步，就如上述三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量零件一樣。而逆向工程是在已知零件實(shí)體的情況下，通過(guò)特定設(shè)備對(duì)其進(jìn)行掃描，獲取零件表面離散點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)多次拼合，呈現(xiàn)出大概完整的三維點(diǎn)云，再倒入CATIA中，對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，得到近乎完整的三維實(shí)體圖，最后進(jìn)行加工。逆向工程技術(shù)大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，從根本上改善了傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造模式，以反求的方式實(shí)現(xiàn)了以實(shí)體模型為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)零件原形的測(cè)量，生成設(shè)計(jì)圖紙和三維模型，進(jìn)而加工零件。逆向工程技術(shù)近年來(lái)發(fā)展非常迅速，它是消化,吸收和提高先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法及應(yīng)用技術(shù)的組合，它的出現(xiàn)改善了技術(shù)水平，提高了生產(chǎn)率進(jìn)而提高了經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了在國(guó)際上的地位。世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用逆向工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，給世界帶來(lái)了很大的影響。本研究還是以上述注塑件為例，對(duì)其進(jìn)行三維模型重建。首先，將零件固定在光線盡可能好的位置，尋求盡可能將零件實(shí)體全部掃描到且越接近完整越好，然后用三維激光掃描儀對(duì)零件進(jìn)行多視角的掃描，以獲取多個(gè)不同角度不完整的圖像，接下來(lái)就是對(duì)這些三維圖像進(jìn)行處理，全部拼合完最后得到的三維圖像仍就是不完整的，存在漏洞，最后將拼合后的點(diǎn)云文件導(dǎo)入到CATIA中，進(jìn)行漏洞修補(bǔ)，得到近似完整的三維圖。4.2三維激光掃描儀的簡(jiǎn)介隨著數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展，各種不同領(lǐng)域?qū)τ讷@取原始數(shù)據(jù)信息的需求也日益增多。其它相關(guān)技術(shù)如計(jì)算機(jī)、機(jī)械制造等的進(jìn)步和發(fā)展，使人們獲取信息的方法和技術(shù)變得多種多樣。三維激光掃描技術(shù)是其中一種利用激光脈沖對(duì)物體表面進(jìn)行掃描從而獲取其表面特征信息的技術(shù)，它適用于中近距離的寬場(chǎng)景、大物體的快速高精度掃描，為建立場(chǎng)景的三維模型提供了必要而且準(zhǔn)確的工具。通過(guò)與計(jì)算機(jī)的連接，三維激光掃描的后處理技術(shù)可以使掃描結(jié)果得到更為廣泛的應(yīng)用。激光掃描儀的基本結(jié)構(gòu)包含有激光光源及掃描器、受光感測(cè)器、控制單元等部分。三維掃描儀按照信息獲取方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。本研究是非接觸式的。非接觸式主要基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理,從攝像機(jī)拍攝的圖像中獲取目標(biāo)的三維信息。三維激光掃描儀的優(yōu)勢(shì)：三維測(cè)量：已經(jīng)逐漸的代替二維，三維激光掃描儀每次獲取的測(cè)量的數(shù)據(jù)既包含X,Y,Z點(diǎn)的信息，也包括R,G,B顏色信息，同時(shí)還有物體反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺(jué)，是傳統(tǒng)測(cè)量手段無(wú)法做到的?？焖賿呙?三維激光掃描儀的誕生改變了在傳統(tǒng)測(cè)量手段里測(cè)量每一個(gè)點(diǎn)耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，滿足了測(cè)量的需求，符合快速發(fā)展的時(shí)代。采用三維激光掃描技術(shù)可大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。從飛機(jī)、汽車(chē)、輪船到大型鋼結(jié)構(gòu)。三維激光掃描儀在工業(yè)中的應(yīng)用：一、工業(yè)逆向建模

通過(guò)三維激光掃描儀可以快速完成機(jī)械零件的仿制和結(jié)構(gòu)研究。通過(guò)高精度掃描獲取完整準(zhǔn)確的外形數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理直接生成三維模型，可快速完成模具設(shè)計(jì)或機(jī)械加工方案，實(shí)現(xiàn)復(fù)制。對(duì)已有零部件的掃描，也可以精確獲取曲面、特征，用于汽車(chē)、輪船、飛機(jī)等復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的研究。二、零部件外形檢測(cè)

鑄造或機(jī)加工的零件，以及裝配完成好的部件，可以通過(guò)三維激光掃描儀進(jìn)行完整的外形檢測(cè)，可以關(guān)心到每一處細(xì)節(jié)，進(jìn)行詳細(xì)的誤差統(tǒng)計(jì)，全面判斷加工或裝配的質(zhì)量，并可以據(jù)此調(diào)整加工或裝配工藝。三、裝配和搭接控制

對(duì)預(yù)裝配部件進(jìn)行掃錨，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中的虛擬裝配，進(jìn)行裝配部件的尺寸調(diào)整及驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)裝配前的基礎(chǔ)進(jìn)行掃描，可基于真實(shí)三維空間進(jìn)行虛擬搭接設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短工期，降低成本。4.3CATIA的簡(jiǎn)介CATIA在世界行業(yè)領(lǐng)域中處于主導(dǎo)地位。無(wú)論V4和V5，CATIA在曲面造型方面相對(duì)來(lái)說(shuō)比較精準(zhǔn)。其中，創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)（GenerativeShapeDesign，GSD）模塊幫助設(shè)計(jì)者在線架、多種曲面特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)大、多功能的曲面造型設(shè)計(jì)，V5中的數(shù)字化曲面編輯（DigitizedShapeEditor，DSE）和快速曲面重構(gòu)（QuickSurfaceReconstruction，QSR）模塊是逆向工程的專用模塊，可以提供多種格式的點(diǎn)云輸入和輸出數(shù)據(jù)，除了具有對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的功能外，還提供了強(qiáng)大的曲面、曲線直接擬合功能。另外，CATIA對(duì)于曲面與測(cè)量的點(diǎn)的偏差大于0.1mm的CLASSA曲面完全可以勝任，因此，通過(guò)CATIA軟件進(jìn)行曲面重構(gòu)可以滿足醫(yī)學(xué)建模的精度要求，并可在處理效率上提供改進(jìn)的新思路。模塊化的CATIA系列產(chǎn)品提供產(chǎn)品的風(fēng)格和機(jī)械設(shè)計(jì)、外型設(shè)計(jì)、管理數(shù)字樣機(jī)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、分析和模擬、機(jī)械加工。CATIA產(chǎn)品基于開(kāi)放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)。通過(guò)使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開(kāi)發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反應(yīng)。自1999年以來(lái)，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。CATIA系列產(chǎn)品在八大領(lǐng)域里提供3D設(shè)計(jì)和模擬解決方案：汽車(chē)、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、建筑、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。本研究中使用的CATIA版本為V5R20。作為世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件，CATIA在過(guò)去的二十多年中一直保持著驕人的業(yè)績(jī)，并繼續(xù)保持其強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)。CATIA在汽車(chē)、航空航天領(lǐng)域的統(tǒng)治地位不斷增強(qiáng)。同時(shí),CATIA也大量地進(jìn)入了其他如機(jī)車(chē)、摩托車(chē)、家電、通用機(jī)械等行業(yè)。國(guó)際上一些著名的公司如波音、空中客車(chē)等制造公司，奔馳、奧迪等汽車(chē)制造公司都將CATIA作為他們的主流軟件。國(guó)內(nèi)十幾家大的飛機(jī)制造廠和飛機(jī)研究所選用了CATIA，上海大眾集團(tuán)、一汽集團(tuán)、二汽集團(tuán)等十多家汽車(chē)制造公司都選用CATIA作為創(chuàng)新的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。在以往的研究中，大部分是采用先將每層CT圖像轉(zhuǎn)化為線條圖，再按照CT的掃描層厚將每層以線條連接起來(lái)，其光滑程度受到層厚的限制。尤其牙齒根部分叉區(qū)是由多個(gè)復(fù)雜曲面間的光滑連接構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)難以用簡(jiǎn)單的線來(lái)進(jìn)行表現(xiàn)和描述，造成連接區(qū)域失真。本研究采用的方式為點(diǎn)云輸出，即將初步建立的模型外表面以關(guān)鍵點(diǎn)的方式輸出為密集的點(diǎn)云。然后使用CATIA對(duì)點(diǎn)云按照選定的精度進(jìn)行擬合為多條曲線定義的曲面。CATIA的主要功能模塊（介紹本文使用的模塊）：DigitizedShapeEditor，簡(jiǎn)稱DSE，數(shù)字曲面編輯器，根據(jù)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行采樣，編輯，裁剪已達(dá)到最接近產(chǎn)品外形的要求，可生成高質(zhì)量的mesh小三角片體。完全非參。除了一些必備的工作條之外，還包含了9個(gè)工具按鈕，包括云處理對(duì)象顯示設(shè)置，編輯云對(duì)象，導(dǎo)入云對(duì)象，操作云對(duì)象，創(chuàng)建初始云對(duì)象，排列云對(duì)象，云對(duì)象生成網(wǎng)格，創(chuàng)建曲線，創(chuàng)建scan對(duì)象。QuickSurfaceReconstruction，快速曲面重構(gòu)，根據(jù)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)或者mesh以后的小三角片體，提供各種方式生成曲線，以供曲面造型，完全非參。其中包括創(chuàng)建輪廓，云對(duì)象分段。4.4注塑件三維模型重建的步驟隨著計(jì)算機(jī)軟硬件和圖像處理設(shè)備精度的提高，使圖像原始數(shù)據(jù)保存更加完整，細(xì)化了掃描時(shí)的參數(shù)，提高了圖像處理技術(shù)和方法。因此，三維重建技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。對(duì)三維激光掃描儀系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究和技術(shù)實(shí)現(xiàn),重點(diǎn)研究了三維信息獲取和逆向工程中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù):系統(tǒng)定標(biāo)、數(shù)據(jù)修補(bǔ)、點(diǎn)云壓縮、三維重建、網(wǎng)格簡(jiǎn)化等。其建模流程大致如下圖4.4所示。獲取注塑件點(diǎn)云獲取注塑件點(diǎn)云曲面三維重建點(diǎn)云處理三維實(shí)體原型加工圖4.4建模流程圖4.4.1獲取注塑件點(diǎn)云三維激光掃描儀的原理：三維激光掃描儀是對(duì)零件實(shí)體的整體或局部進(jìn)行完整的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)量,這就意味著激光測(cè)量單元必須進(jìn)行從左到右,從上到下的全自動(dòng)高精度掃描測(cè)量,進(jìn)而得到完整的、全面的、連續(xù)的、關(guān)聯(lián)的全景點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此零件在工作臺(tái)的擺放位置至關(guān)重要，盡可能保證零件的幾何特征被激光掃描完全，獲得清晰完整的三維圖像。由于該注塑零件較復(fù)雜，每次掃描出的圖像非常不完整，且很多面都掃不到，甚至掃描出的三維圖像在零件的相同位置找不到同一點(diǎn)，因此必須對(duì)零件進(jìn)行多角度的測(cè)量，且每次旋轉(zhuǎn)角度要盡可能小。因此在掃描過(guò)程中一定要注意轉(zhuǎn)換視角來(lái)進(jìn)行觀察。將掃描得到的零件數(shù)據(jù)是離散的點(diǎn)，需要在電腦軟件中進(jìn)行處理，有的圖像旁邊會(huì)有多出來(lái)的無(wú)用的部分需要?jiǎng)h除，但更多的是有很多漏洞不完整的面，需要將有咬合的地方進(jìn)行拼合，獲得最后的零件的三維圖像。下圖就是對(duì)此拼合后的零件三維圖像。圖4.4.1注塑件點(diǎn)云由上圖可以看出，通過(guò)拼合過(guò)的零件三維圖仍舊有很多漏洞以及尖角，不能滿足我們的要求，這些問(wèn)題要由CATIA來(lái)解決，因此將該點(diǎn)云文件導(dǎo)入到CATIA中，進(jìn)行建模。4.4.2CATIA曲面三維重建首先進(jìn)行網(wǎng)格面修補(bǔ)，選中需要修補(bǔ)的網(wǎng)格面，系統(tǒng)將自動(dòng)尋找網(wǎng)格面的缺口，根據(jù)孔洞周?chē)h(huán)境并結(jié)合指定的曲率進(jìn)行擬合修補(bǔ)，控制其表面光順度。補(bǔ)洞的過(guò)程盡量多補(bǔ)幾次，以減少空洞。如圖4.4.2（一）所示。圖4.4.2（一）漏洞修補(bǔ)修補(bǔ)工作完成后，如圖4.4.2所示，修補(bǔ)前后的曲面對(duì)比還是很明顯的，再利用點(diǎn)云過(guò)濾將過(guò)于密集導(dǎo)致扭曲或是清除不干凈的部分噪點(diǎn)移除一定的比例，控制有效點(diǎn)的數(shù)量，確保曲面的順利擬合。圖4.4.2（二）漏洞修補(bǔ)前后對(duì)比在補(bǔ)洞完成后可以通過(guò)CATIA的MeshSmoothing命令對(duì)已經(jīng)補(bǔ)好洞的曲面進(jìn)行光滑處理，得到的曲面光滑程度以及擬合程度更高，但是此樹(shù)不要過(guò)多，否則將導(dǎo)致處理的表面失真。填補(bǔ)完之后，其實(shí)是一個(gè)三維的視圖，并不是真正意義上的一個(gè)曲面，所以進(jìn)行的三維建模是曲面上的一個(gè)建模，必須生成一個(gè)曲面模型