基于CMM的注塑零件的尺寸和幾何誤差測量分析

南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文）PAGE51本科畢業(yè)設計(論文)題目:基于CMM的注塑零件的尺寸及幾何誤差測量與分析學院：機械電子工程學院專業(yè):機械設計制造及其自動化班級：學號:學生姓名：指導老師：職稱：二○一五年月日南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文）PAGEIII基于CMM的注塑零件的尺寸和幾何誤差測量分析摘要根據CMM的形狀誤差測量在工程應用中有著重要的價值。本次設計在利用CMM獲取測量數據的基礎上，根據國家標準中形狀誤差的定義和評定標準，充分分析了注塑零件的平面度、垂直度等一些形狀誤差，然后結合逆向工程技術，對注塑零件的三維重建進行了深入研究。首先，采用三坐標測量機對注塑零件測量零件的尺寸和位置以及分析形狀誤差，然后利用CATIA畫出注塑零件的三維圖。最后采用逆向工程技術處理對注塑零件的上表面以及側面進行閾值分割，并表面重建后生成點云文件。然后，采用CATIA軟件對點云文件進行降噪和過濾，獲得注塑零件表面的精簡點云，并經三角網格化和光順處理后生成注塑零件模型。結果表明，基于三坐標測量機的零件的形狀誤差分析更精準、更快速，在工程應用中占有重要的地位。關鍵詞：形狀誤差，CMM，誤差處理，逆向工程，注塑零件南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（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 134241.1.2三坐標測量機的應用 2119961.1.3逆向工程的應用與發(fā)展 252951.2國內外相關研究現狀 345681.2.1國內研究現狀 397661.2.2國外研究現狀 3160791.3本文的研究內容與結構 4187621.4本章小結 6278792三坐標測量機的介紹 7142252.1引言 7314892.2三坐標測量機的基本組成及結構 7149972.2.1基本組成 7168032.2.2結構形式 7288742.3活動橋式測量機的構成及功能 854522.4控制系統(tǒng)的功能 9217782.5測座、測頭系統(tǒng) 911042.6計算機和測量軟件 1019422.7測量機的工作環(huán)境 11298702.8操縱盒使用說明 1127742.9本章小結 12106243基于三坐標測量機的注塑零件的測量步驟 12322063.1引言 13135523.2注塑零件的介紹 13257543.3系統(tǒng)啟動 13171143.3.1測量機啟動前的準備 14233113.3.2測量機系統(tǒng)啟動 14188213.3.3測量機系統(tǒng)關閉 14105123.4進入PC-DMIS測量軟件 14228093.5測頭校驗 15119543.5.1測頭校驗的必要性 15183573.5.2測頭校驗的原理 1536993.5.3測頭校驗的步驟 16100723.5.4觀查校驗結果 21281593.6特征 2171633.6.1測量特征 21108503.6.2構造特征 2470523.7建立坐標系 266693.7.1建立坐標系的重要性 26119473.7.2建立坐標系的三個步驟 2751023.8尺寸的測量和形狀誤差的分析 29164663.8.1距離 2975013.8.2平面度的評價 33153193.8.3平行度的評價 34276343.8.4垂直度的評價 35296753.9本章小結 3684094逆向工程技術 36252044.1引言 37162914.2三維激光掃描儀的簡介 3742284.3CATIA的簡介 38146624.4注塑件三維模型重建的步驟 40119614.4.1獲取注塑件點云 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 4391605總結與展望 44214835.1總結 45172485.2展望 4526650致謝 462192參考文獻 47PAGE501緒論1.1課題的背景隨著科學技術的快速發(fā)展和生活水平的提高，產品的快速更新節(jié)奏，人們對產品的功能要求越來越高，進而對零件各項精度要求也在提高，而且隨著生產的快速發(fā)展和產品批量的增加，傳統(tǒng)的尺寸公差測量已經不能滿足產品裝備的互換性要求，把形狀和位置公差結合起來是必然的選擇。CMM是高效率的精密測量儀器，它是順應生產發(fā)展的需要和電子技術的發(fā)展而崛起的。目前它廣泛應用于機械，儀器，電子，國防和航空工業(yè)等各部門。20世紀60年代以來，隨著電子工業(yè)、航空航天業(yè)、機床、機械、汽車等的興起，各種復雜零件的生產急需先進科學的儀器進行檢測，并且隨著產品更新節(jié)奏的加快，生產率低下，生產成本高，對產品的檢測速度需求也提高，三坐標測量機正是集中了上述多種優(yōu)點，從而在測量領域得到廣泛應用，并發(fā)揮了其重要性。隨之產生的還有逆向工程技術，它利用三維激光掃描儀對零件實體進行掃描，生成零件的點云，并通過相關軟件對其進行三維重建，塑造出零件完整的三維模型用于生產，這種技術不僅快速高效而且生產出的產品質量好。逆向工程技術在生產制造中發(fā)揮了極大的作用，克服了早期生產中生產率低、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定生產零件的重要指標之一,現代坐標測量技術是伴隨著現代電子、航天、機械等工業(yè)興起的新的測量技術,基于三坐標測量機測量數據的形狀誤差評定方法的研究具有十分重要的價值與意義。根據國標GB1183-89的規(guī)定，形狀誤差包括:直線度、平面度、圓度、圓柱度，單一的形狀誤差測量已經滿足不了生產中檢測零件的精度要求，而形狀誤差評定又是位置誤差評定的基礎，所以必須把形狀誤差與位置誤差結合起來。幾何誤差的來源主要有兩方面:一是由產品制造過程中引起的;二是由產品檢測所引起的。無論是什么工件,只有通過對測量的數據進行誤差評定才能確定其形位誤差是否符合設計的要求，是否滿足生產。因此,只有對工件形位誤差進行準確評定,才能為產品驗收提供依據,而且可以提高零件的加工精度和裝配精度。多年來，我國大多數機械加工企業(yè)的幾何誤差檢測設備和方法改進不大,并且落后于快速發(fā)展的科學技術,這一現象嚴重制約了我國各工業(yè)的發(fā)展。因次,研究開發(fā)適合產品檢測的幾何誤差測量與分析方法是制造產品的需求,這不僅提高產品質量，而且降低了測量成本、提高了測量效率。幾何誤差是保證零件實現互換，滿足使用性能所提出的一項重要技術要求，是評定產品質量的一項重要指標。1.1.2三坐標測量機的應用三坐標測量機（CoordinateMeasuringMachining，簡稱CMM）是一種測量零件三維尺寸的精密測量儀器，主要用于檢測零件的尺寸、形狀和相互位置。三坐標測量機是目前測量工件獲得尺寸數據的最有效的方法之一，同時也是國內外應用最廣泛的方法之一，優(yōu)點在于它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規(guī)，并且大大減少了檢測的時間，提高效率的同時也提高了精度。三坐標測量機的功能是快速準確地評價尺寸數據和分析形位誤差，為操作者提供關于產品生產狀況的有用信息，這與所有的手動測量設備有很大的區(qū)別。將被測物體置于三坐標測量空間，自動進行數據采集，可獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經計算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和位置。三坐標測量機以通用性強、測量范圍大、精度高、效率好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接的優(yōu)點，被稱為“測量中心”。三坐標測量機應用相當廣泛，主要用于機械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業(yè)中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)中，可以對工件的尺寸、形狀和形位公差進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。它是一種設計開發(fā)、檢測、統(tǒng)計分析的現代化的智能工具。1.1.3逆向工程的應用與發(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、有效地對其進行仿制。一件產品傳統(tǒng)的制造過程主要經過"設計-加工-檢測",產品形成后對其進行檢驗,檢測是整個過程的最后一步也是最重要的一步，就如上述的三坐標測量機。而逆向工程技術是在已知零件實體的條件下先通過測量機(CMM)測量獲取零件表面離散得點,然后將零件的點云文件導入進行相關軟件中進行樣品的幾何造型設計,最后生成自動加工指令通過加工中心復制出樣品。整個過程為測量設計制造。與早期產品生產過程相反，因此稱為逆向制造。目前的模具制造、樣品復制、以及復雜零件的加工幾乎都采用逆向工程技術，因為其快速、精確、無圖紙的優(yōu)點，提高了效益。隨著世界科技水平的不斷提高,國際市場競爭越來越激烈?？焖匍_發(fā)及制造高質量、低成本的產品是提高企業(yè)競爭力的重要手段。采用逆向工程技術,不僅可以縮短產品開發(fā)周期,而且可以提高產品質量,提高生產率,降低產品成本,從而增強企業(yè)的競爭能力,使企業(yè)獲得最大的經濟效益。作為新技術,逆向工程必將在未來的制造中發(fā)揮重要作用。1.2國內外相關研究現狀零件的形位誤差對機械產品的質量有很大的影響，因此準確測得和評定零件的形位誤差一直是國內外普遍關注的問題。一直以來有關形位誤差的評定理論、評定方法等都備受國內外廣泛的關注。與長度測量、角度測量及其誤差評定相比，形位誤差測量和評定有較高的難度，我國開始著手研究的時間較短，但它已經對我國的工業(yè)生產和科學技術進步起到了很大的促進作用，關于形位誤差評定的理論方法、數學模型及解算方法的研究，已達到了國際先進水平。1.2.1國內研究現狀中國從1970年代末和1980年代初開始對形狀和位置誤差進行更系統(tǒng)的研究。形狀和位置公差自國家標準頒布以來,幾何誤差理論的測量和評價研究進展迅速,由第一個直線度、平面度、圓度和圓柱度評估漸漸擴展到對圓錐度,對稱度、平面孔的位置度和圓跳動誤差的項目的評定，針對不同類型,形式和位置誤差的測量方法、數據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,一個對象的數學模型逐步發(fā)展到多個對象的數學模型,建立一個線性模型的發(fā)展到建立一個非線性模型;評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價方法,從簡單應用優(yōu)化理論逐步發(fā)展到結合形式和位置誤差的特點改進現有算法來提高處理速度和精度,同時繼續(xù)提出一種具有實用價值的新的算法，在理論研究的基礎上，根據實際生產需要利用計算機控制系統(tǒng)開發(fā)幾何誤差測量裝置。雖然國內三坐標測量機發(fā)展迅速,但是仍有不足,主要有以下幾個方面:系列品種少；產品生產周期長,主要原因是元素和材料匹配困難導致加工周期長。產品的穩(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,軟件功能也相對較少,尤其是專有軟件,和計算機工作站和數控機床聯網存在問題,只有少數測量機得以應用,因此這項工作的大部分機器,都需要進一步發(fā)展。1.2.2國外研究現狀總的來說,國內對形位誤差的研究在短短二十多年里取得了驕人的成績,但與國際接軌還需要一段時間。在中國還沒有特別關注形位誤差時，國外一些國家就已經對其進行研究了，已有一百年的歷史了，從最初的直線度誤差,到對平面度、圓度、圓柱度、圓錐度、球度等越來越復雜的形位誤差的測量評定,都卓有成績。國外三坐標測量機起步較早，技術更為成熟，這也是其在國際市場上具有較強競爭力的原因。國外三坐標測量機制造商較多，因此系列品種也較多，大多數都有劃線功能。1.3本文的研究內容與結構本課題是基于三坐標測量機測量形狀誤差在工程中有著重要的價值與意義，對零件進行尺寸、距離等的測量，并對其平面度、垂直度等一些形狀誤差進行分析，最后利用逆向工程對其進行三維重建。本課題以注塑零件為例，對其進行基于三坐標測量機的特征測量與分析，然后利用三維激光掃描儀對其進行三維掃描，為工件的質量檢測奠定了基礎。課題研究內容包括：（1）利用三坐標測量機測量零件的尺寸并以報告的形式輸出注塑零件的一些形狀誤差。（2）根據CMM測量的數據利用CATIA軟件畫出三維實體圖并導入CAD進行幾何尺寸的標注，三坐標測量機會對其進行自動測量。（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體模型。（4）導入CATIA進行三維實體重建。隨著計算機技術和計量軟件技術的引入，三坐標測量機的應用領域愈加寬廣，己經越來越顯示出它的重要性和廣闊的發(fā)展前景。三坐標測量機對零件進行尺寸及幾何誤差的測量，根據報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，哪些不在，并對其原因進行分析。在利用相關軟件（如CATIA）畫出注塑零件的三維圖導入CAD中，將其數據導入計算機測量軟件，計算機測量軟件會對CAD模型進行自動測量。本研究將逆向工程技術與之相結合，通過三維激光掃描儀對零件進行掃描并在電腦中顯示出不完整的三維實體圖，并通過多次拼合獲得尺寸較完整的三維圖，最后再導入CATIA中對其不完整的地方進行修補。通過這種手段實現了對零件的精準快速檢測和模型三維重建，在工程中發(fā)揮著重要的作用。依據上述研究內容，本文組織結構安排如圖1.3所示。第五章第五章總結與展望第四章逆向工程技術第三章基于三坐標測量機的測量步驟第二章坐標測量機的介紹緒論圖1.3論文組織結構圖第一章，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、三坐標測量機的運用、逆向工程的運用；另外，對國內外相關研究現狀進行了介紹與概述；對本文的研究內容、思路和布局做了大體的說明。第二章，主要介紹三坐標測量機的基本組成及結構、活動橋式測量機的構成及功能、控制系統(tǒng)的功能、測坐測頭系統(tǒng)、計算機和測量軟件、測量機的工作環(huán)境以及操作盒的使用，主要涉及到在三坐標測量機中的一些具體介紹，以便于更快速的掌握其使用方法。第三章，主要介紹三坐標測量機測量零件的具體步驟以及每一步驟的具體細節(jié)和注意事項，首先是系統(tǒng)的啟動、進入PC-DMIS測量軟件、測頭校驗，然后開始測量特征或者通過構造特征來建立坐標系，正式進入測量，并進行形狀誤差的分析，導入CAD，三坐標測量機對有CAD模型進行自動測量。第四章，主要是根據第三章的講解，針對注塑零件實體進行尺寸及幾何誤差測量與分析的實例測量與分析。第五章，主要是逆向工程技術，首先利用三維激光掃描儀對零件實體進行三維掃描，并在電腦中出現不完整的三維模型，通過多次不同角度的掃描獲得多個三維模型，通過拼合獲得近乎完整的三維模型，最后導入CATIA中進行三維重建。第六章，對全文進行總結，并對進一步研究作出展望。1.4本章小結本章主要概述了全文的整體框架結構，包括現在國內外相關的研究現狀，形狀誤差的研究意義，三坐標測量機的組成構造和工作原理和逆向工程技術的步驟。形位誤差的測量在幾何量精密測量中占有十分重要的地位，坐標測量機測量就是基于此而誕生的一種高精密測量儀器，在工程質量檢測中發(fā)揮了極大的作用，使生產的零件誤差更小，精度更高，使產品在國際上更具競爭力。逆向工程技術是從實物原型到三維數字模型的轉換,是反求工程技術實現的關鍵技術,它包括數據測量、數據處理、三維重建和模型評價四部分。逆向工程可以迅速、精確、方便地獲得實物的三維數據及模型,為產品提供先進的開發(fā)、設計及制造的技術支撐。2三坐標測量機的介紹2.1引言三坐標測量機是高效精密的儀器，在使用之前我們要詳細的了解的其組成結構、各部分功能、工作環(huán)境以及使用方法，這樣會避免很多盲目測量帶來的需許多弊端。了解三坐標測量機的三種結構形式及每個結構形式的構成和功能，能幫助我們快速決策針對某一零件采取哪種結構形式可以滿足零件的精度?？刂葡到y(tǒng)是三坐標測量機的中樞，要詳細了解其工作原理，方便我們使用。計算機和測量軟件是數據處理中心，主要功能是控制系統(tǒng)參數、進行測頭定義和校正、零件找正核對數據進行計算和統(tǒng)計。了解操作盒的使用可便于手動測量，避免測頭碰到工件。2.2三坐標測量機的基本組成及結構了解三坐標測量機的基本組成及結構形式是掌握其工作原理和動手實踐的基礎。根據零件的的幾何特征以及精度要求選擇合適的結構形式。本節(jié)著重介紹目前被廣泛應用的活動橋式測量機。2.2.1基本組成坐標測量機由測量機主機、控制系統(tǒng)、測頭測座系統(tǒng)、計算機（測量軟件）幾部分組成。如圖2.2.1所示。圖2.2.1基本組成2.2.2結構形式三坐標測量機有活動橋式、固定橋式、和單邊高架橋式三種結構形式。其中應用最多的就是活動橋式。如圖2.2.2所示.圖2.2.2活動橋式測量機2.3活動橋式測量機的構成及功能活動橋式測量機是目前應用最廣泛的。其優(yōu)點是結構簡單、視野開闊、開敞性好、上下零件方便。而且精度高運動速度快。如上圖2.2.2所示。1、工作臺，用于擺放零件支撐橋架；工作臺放置零件時，一般要根據零件的形狀特征和檢測要求，選擇適合的支撐或夾具。要求零件擺放要穩(wěn)固，不受外力變形而導致坐標系移動，影響測量精度。在工作臺上大零件可墊等高塊，小零件可以放在方箱上固定后測量即可。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、導軌，具有精度要求的運動導向軌道，是測量基準；5、導軌是氣浮塊運動的軌道，是測量機的基準之一?？諝庵械幕覊m和油污水分會污染導軌，使測量機的系統(tǒng)誤差增大，影響測量精度。因此要定期對導軌清潔，可采用工業(yè)酒精擦拭導軌。6、光柵系統(tǒng)（光柵、讀數頭、零位片），是測量基準；7、零位片的作用是使測量機找到機器零點。機器零點也就是機器坐標系的原點，既是測量機誤差補償的基準，也是測量機行程終控制的基準。8、驅動系統(tǒng)由直流伺服電機、減速器、傳動帶、帶輪等組成。9、空氣軸承氣路系統(tǒng)，由過濾器、開關、傳感器、氣浮塊、氣管組成；10、支承（架）、隨動帶。2.4控制系統(tǒng)的功能圖2.4控制系統(tǒng)圖2.4是測量機的控制中樞，主要功能：1、控制和驅動測量機的運動，三軸同步、速度、加速度控制；計算機指令通過系統(tǒng)控制單元，根據事先設置好的速度、加速度，驅動直流伺服電機轉動，并通過光柵和電機的反饋電路來控制運行速度和電機的轉速，使三軸同步平穩(wěn)的按指定軌跡運動。2、在有觸發(fā)信號時采集數據，對光柵讀數進行處理；當通過操縱盒控制運動的測頭與被測零件接觸時，測頭就會發(fā)出被觸發(fā)的信號,隨后傳送到控制單元，根據測頭保護功能立即令測量機停止運動，同時鎖存此刻的光柵讀數。這就獲得了所測的點的坐標。3、根據補償文件，對測量機進行21項誤差補償；測量機在制造組裝完成后，都要使用相關檢測工具對21項系統(tǒng)誤差如各軸的兩個直線度、兩個角擺誤差、自轉誤差、位置誤差，三軸之間的垂直度誤差等進行檢測，并用軟件進行補償，以保證測量機精度符合產品加工要求。4、采集溫度數據，進行溫度補償；2.5測座、測頭系統(tǒng)測座、測頭系統(tǒng)是數據采集的傳感器系統(tǒng)，測座分為手動和自動兩種，主要功能：圖2.5（1）測座測頭系統(tǒng)1、測座旋轉到指定角度；本研究采用手動控制，只能由人工手動方式旋轉測座調整到指定角度。本研究在程序運行過程中沒有更換過測針，只是在測量開始前選定合適的測針即可。并且根據需要可安裝加長桿。2、測頭工作方式轉換；測頭轉換工作方式是靠測頭控制器來實現的，測頭在測量機高速運動時處于不靈敏狀態(tài)，只有觸發(fā)時才能進入靈敏狀態(tài)。以操縱盒的“LOW”鍵進行控制狀態(tài)轉換，即低速運動時是測頭的靈敏狀態(tài)。3、測頭傳感器在探針接觸被測點時發(fā)出觸發(fā)信號；測頭根據其功能有：觸發(fā)式、掃描式、非接觸式等。觸發(fā)式測頭是本次研究采用的一種測頭，也是應用最廣泛的測頭，其工作原理是當測針與零件產生接觸時，發(fā)出一個開關信號，這個信號傳送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)鎖存此刻的光柵計數器中的數據，經處理后傳送給測量軟件PC-DMIS，及所測的點的坐標就得到了。圖2.5（2）測頭2.6計算機和測量軟件計算機和測量軟件是數據處理中心，主要功能：1、對控制系統(tǒng)進行參數設置；2、進行測頭定義和測頭校正；不同的測頭角度所測得坐標值是不一樣的，而零件的尺寸是固定不動的，因此在測量前必須進行測頭校正，以使無論什么型號的測頭都能獲得相同的結果。此外，還可以進行測頭半徑補償，并把不同測頭角度所測點的坐標都轉換到基準測頭位置上。3、建立零件坐標系；為使測量能更方便的進行，測量軟件要以零件的基準建立坐標系，即零件找正，稱為零件坐標系。4、計算、統(tǒng)計和處理測量數據；測量軟件可以根據需要進行構造或擬合等計算，也可以對零件各項形位公差進行計算、評價，并生報告。5、輸出測量報告；在測量軟件中，操作員可以按照自己需要的格式設置模板，并生成檢測報告輸出。2.7測量機的工作環(huán)境本次研究是在學校的實驗室7D103，坐標測量機工作時所需要環(huán)境要求基本滿足。下面對此進行簡單介紹：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、電源除使用機型特殊要求，一般測量機使用電源為220V±10V50HZ；要求有穩(wěn)壓裝置。4、單獨接地線要求有單獨接地線，接地電阻≤5Ω；要求周圍沒有強電磁干擾。2.8操縱盒使用說明圖2.8操作盒上圖2.8為操作盒圖片，下面將詳細介紹其具體功能：1.SERVOPWRON：電機加電按鈕，按下后電機上電指示燈亮；2.Joystick：方向搖桿，左右為X軸方向，前后為Y軸方向，旋轉搖桿為Z軸方向；3.E-STOP：急停按鈕，按下后三軸電機掉電，順時針旋轉1/4圈，急停按鈕彈起；4.SERVOREADY：指示系統(tǒng)已準備進入自動模式；5.SERVOPWRON：指示所有的電機都已激活；6.RECORD：刪除測量點；7.DRIVE：添加移動點；8.XLOCK：燈亮時，指示X軸方向不能手動移動；9.YLOCK：燈亮時，指示Y軸方向不能手動移動；10.ZLOCK：燈亮時，指示Z軸方向不能手動移動；11.SLOW：移動速度切換鍵，燈亮，慢速，速度為19.05MM/S。12.PART：此按鍵燈亮時，測量機按工件坐標系移動；13.JOY：激活操縱盒搖桿，燈亮，搖桿可以使用；2分鐘不用，此指示燈自動熄滅；14.AUTO：自動測量模式鍵，測量機由軟件程序來控制；2.9本章小結（1）本節(jié)介紹了三坐標測量機的基本組成和三種常見結構形式，并且分別介紹了活動橋式、固定橋式和單邊高架橋式的各自的特點，其中活動橋式測量機是使用最廣泛的，結構簡單，開敞性比較好，視野開闊，上下零件方便。運動速度快，精度比較高，可使產品精度大大提高。（2）本節(jié)主要介紹了控制系統(tǒng)的三種主要功能：控制、驅動測量機的運動，三軸同步、速度、加速度控制；在有觸發(fā)信號時采集數據，對光柵讀數進行處理；根據補償文件，對測量機進行21項誤差補償；采集溫度數據，進行溫度補償。（3）本節(jié)介紹了三坐標測量機的測座測頭系統(tǒng)，測針的工作原理是一個高靈敏的開關式傳感器。（4）本章了解到測量機的工作環(huán)境要求，以及操作盒的使用。只有熟練的掌握了測量機的基礎知識才能為動手實踐奠定好的基礎。3基于三坐標測量機的注塑零件的測量步驟3.1引言在上一章節(jié)主要介紹了三坐標測量機的組成及結構和各部分功能，主要是理論知識，沒有結合實際測量，本章主要講解三坐標測量機的測量步驟，并詳細講解每一步驟的具體內容及注意事項。本課題的測量流程步驟如圖3.1所示。系統(tǒng)啟動測頭校驗系統(tǒng)啟動測頭校驗測量特征/構造特征建立坐標系尺寸測量和幾何誤差分析自動測量圖3.1測量流程3.2注塑零件的介紹隨著注塑成型技術的不斷發(fā)展,對制品的尺寸精度要求越來越高。但在生產實踐中,經常會因制品尺寸偏差給裝配造成困難,導致資源浪費。如何提高注塑制品的尺寸精度,是成型加工領域中非常重要的課題之一。本研究采用手機支架注塑件對其進行幾何誤差的測量與分析。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3.3.1測量機啟動前的準備測量機啟動前有以下幾項準備工作：1、檢查機器的外觀及機器導軌是否有障礙物，電纜及氣路是否連接正常；2、對導軌及工作臺面進行清潔；3、檢查溫度、氣壓、電壓、地線等是否符合要求，對前置過濾器、儲氣罐、除水機進行放水檢查；4、接通電源系統(tǒng)、除水機電源，打開氣源開關。3.3.2測量機系統(tǒng)啟動1、打開計算機電源，啟動計算機；2、打開控制系統(tǒng)電源，操縱盒所有指示燈全亮，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)；3、啟動PC-DMIS軟件系統(tǒng)；4、進行回機器零點的操作。5、回機器零點過程完成后，PC-DMIS進入正常工作界面，測量機進入正常工作狀態(tài)。3.3.3測量機系統(tǒng)關閉1、關閉系統(tǒng)時，首先將Z軸運動到安全的位置和高度，避免造成意外碰撞；2、退出PC-DMIS軟件，關閉控制系統(tǒng)電源和測座控制器電源；3、關閉計算機電源，除水機電源，關閉氣源開關。3.4進入PC-DMIS測量軟件啟動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”在彈出來的窗口輸入零件名“l(fā)iangbing”修訂號和序列都輸入liangbing。根據文件名就可方便的尋找到自己所測得零件。如果要調用以前的程序，在程序啟動時選擇相應已存在的文件名，之后程序進入工作狀態(tài)。3.5測頭校驗3.5.1測頭校驗的必要性1、三坐標測量機在測量零件時，是用測針前端的紅寶石球與被測零件表面輕輕接觸，盡管紅寶石很小，但是接觸點坐標與紅寶石球中心點的坐標還是相差一個紅寶石球的半徑。因此要通過測頭校驗，把這個半徑值準確的修正到測量點，保證測量的正確性。2、不同測頭角度、長度和直徑不同的測針測量零件得到的坐標值是不同的，因此必須經過測頭校驗來保證在不同型號的不同角度下的測量結果都是相同的。方式就是根據測頭校驗得出不同測頭位置之間的關系，以方便軟件系統(tǒng)能夠進行換算。圖3.5.1測針測量零件3.5.2測頭校驗的原理由上述介紹可知，測頭校驗是測量過程的第一個環(huán)節(jié)，也是必經的環(huán)節(jié)，它影響之后的測量精度，因此必須高度重視。測頭校驗首先主要是知道不同角度測頭測點的位置關系，好方便測量軟件能進行快速轉換，因此第一個校驗的測頭位置是所有測頭位置的參照基準，校驗測頭位置，實際上就是找到其他測頭與參照基準之間的關系。此外，校驗時測針和標準球都要保持清潔以避免誤差。測針、測頭、測座等包括標準球都要固定牢固，不能有絲毫間隙。測頭校驗的速度要與測量時的速度保持一致。每次在測座、測頭、測針的拆卸操作后都要重新對使用的所有測頭進行位置校驗。并定期進行檢查以減少環(huán)境變化對測頭的影響。3.5.3測頭校驗的步驟在測量零件時，進入PC-DMIS軟件后，軟件會自動彈出測頭功能的窗口。在進行測頭定義前，首先要根據零件外形特征以及測量特征要求選擇好配置測頭、測針，并規(guī)劃好測座的所有使用角度。然后按照實際配置定義測頭系統(tǒng)。一、定義測頭文件名PC-DMIS的測頭以文件的形式管理，每進行一次測頭配置，都要用一個測頭文件來區(qū)別。文件名在測頭功能窗口選擇以前已使用過的測頭文件進行測頭校驗。本次測頭文件名為TEASTAR1。圖3.5.3(一)測頭功能二、定義測座將光標點擊“未定義測頭”的提示語句，在測頭說明的下拉菜單中選擇使用的測座型號，在右側窗口中會顯示該型號的測座圖形。本次研究選用測座型號如下圖所示。圖3.5.3（二）選擇測座型號三、定義測座與測頭的轉接測座定義后，繼續(xù)從下拉菜單中選擇測座與測頭之間的轉接件。四、定義加長桿和測頭如果在轉接件后面有加長桿，則要在下拉菜單中選擇相應長度和型號后，再選擇相應測頭。如圖3.5.3（三）所示。圖3.5.3（三）定義測座與測頭的轉接五、定義測針在下拉菜單中按照測針的紅寶石球直徑和測針長度選擇相應的測針。如果在測頭與測針間有加長桿，則要先定義加長桿后再定義測針。提示：配置測針和加長桿，要根據測頭的承載能力。如果測針和加長桿的重量超出測頭承載能力，會造成誤觸發(fā)或縮短測頭壽命及精度。測針定義后，會在測頭角度窗口中自動顯示A0，B0角度位置。圖3.5.3（四)定義測針六、添加測頭角度如需要添加測頭角度，在測頭功能窗口中點擊添加角度的按鍵，即出現添加新角度的窗口。圖3.5.3(五）添加測頭角度在C區(qū)的矩陣表中，縱坐標是A角，橫坐標是B角，其間隔是當前定義測座可以旋轉的最小角度。該注塑零件選擇A90B90、A0B0、A0B90、A90B0、A0B180、A180B0、A45B45。這些角度的測頭位置定義后，將使用其A角B角的角度值來命名。在使用這些測頭位置時，只要按照其角度值選擇調用即可。七、測頭校驗測頭定義后，要在標準球上進行直徑和位置的校驗。點擊測頭功能――測量，彈出校驗測頭窗口。輸入校驗測頭的點數和速度測量點數：校驗時測量標準球的采點數設置為9，缺省設置為5點。逼近/回退距離：測頭觸測或回退時速度轉換點的位置，可以根據情況設置，一般為2～5mm，本次設定值為2.54mm。移動速度：測量時位置間運動速度為20mm/s。觸測速度：測頭接觸標準球時速度2mm/s?？刂品绞剑阂话悴捎肈OC方式。操作類型：選擇“校驗測尖”。校驗模式：一般應采用用戶定義，在采點數為9點時，層數應選擇3層。起始角和終止角可以根據情況選擇。一般起始角為0℃，終止角為90℃。柱測尖標定：對柱測針校驗時設置的參數，偏置是指在測量時使用的柱測針的位置。參數設置：用戶可以把校驗測頭窗口的設置，用文件的方式保存，需要時直接選擇調用?？捎霉ぞ吡斜恚菏切ｒ灉y頭時使用的校驗工具的定義。點擊左下角“添加工具”，彈出添加工具窗口。在工具標識窗口添加“標識”，在支撐矢量窗口輸入標準球的支撐矢量（指向標準球，如：0，0，1），在直徑長度窗口輸入標準球檢定證書上標注的實際直徑值，按下確定鍵后，就可準備測頭校驗。圖3.5.3（六）測頭校驗實施校驗在校驗測頭窗口設置完成后，進入測量。如果按下測量鍵前沒有選擇要校驗的測針時，PC-DMIS軟件會出現提示窗口，選擇校驗全部測針，點擊“是”。如圖a所示。圖aPC-DMIS在操作者選擇了要校驗的測針后，彈出提示窗口，警告操作者將測座旋轉到A0、B0角度，這時操作者應檢查測頭旋轉后是否與零件或其它物體相干涉，如有請及時采取措施。同時要確認標準球是否被移動。如果點擊“否”，PCDMIS會根據最后一次記憶的標準球位置自動進行所有測頭位置的校驗。如圖b所示。圖b如果點擊“是”，PC-DMIS會彈出另一窗口，提示操作者如果校驗的測針與前面校驗的測針相關，應該用前面標準球位置校驗過的一號測針T1A0B0，以使它們互相關聯。選擇“確定”后，操作者要使用操縱桿控制測量機用測針在標準球與測針正對的最高點處觸測一點，測量機會自動按照設置進行全部測針的校驗。如圖c所示。圖c若操作者需要指定測針校驗順序，在測頭功能窗口中選中“用戶定義的校驗順序”選框，點擊第一個要校驗的測針，然后在按下“CTRL”鍵的情況下順序點擊其它測針，在定義的測針前面就會出現順序編號，系統(tǒng)會自動按照操作者指定的順序校驗測針。3.5.4觀查校驗結果測頭校驗后，點擊測頭功能——結果鍵，會彈出校驗結果窗口。在校驗結果窗口中，理論值是在測頭定義時輸入的值，測定值是校驗后得出的校驗結果。其中“X、Y、Z”是測針的實際位置，由于這些位置與測座的旋轉中心有關，所以它們與理論值的差別不影響測量精度?！癉”是測針校驗后的等效直徑，由于測點延遲的原因，這個值要比理論值小，由于它與測量速度、測針的長度、測桿的彎曲變形等有關，在不同情況下會有區(qū)別，但在同等條件下，相對穩(wěn)定?！癝tdDev”是本次校驗的形狀誤差，從某種意義上反映了校驗的精度，這個誤差應越小越好。如圖3.5.4所示。圖3.5.4校驗結果3.6特征3.6.1測量特征點空間點的特征是：X、Y、Z坐標值，測頭回退的矢量空間點的特征是：X、Y、Z坐標值，測頭回退的矢量平面面的特征是：表示面所在位置的特征點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X、Y、Z值和與面垂直的法向矢量。(面最少測3個點)圖3.6.1測量點的過程無論是測量平面還是測量圓柱圓錐等都是要先手動測量多個點，因此掌握測點的過程很重要。手動測量特征使用手動方式即操縱桿測量零件時，要注意以下幾個方面問題：1、要盡量測量零件的最大范圍，合理分布測點位置和測量適當的點數。2、測點時的方向要盡量沿著測量點的法向，避免測頭“打滑”。3、測點的速度要控制好，測各點時的速度要一致，不可太快避免撞壞測針。4、測量時要選擇好相應的工作平面或坐標平面。1）手動測量點使用手操盒驅動測頭緩慢移動到要采集點的位置上方，盡量保持測點的方向垂直于工件表面。如圖（1）所示。圖（1）測量點2）手動測量平面使用手操盒驅動測頭逼近接觸平面。測量平面的最少點數為3點。為使測量的結果真實反映零件的形狀和位置，應選取適當的點數，并盡量使測點位置分布均勻，點數和位置分布對面的形位誤差都有影響。如圖（2）所示。圖（2）測量平面3）手動測量圓使用手操盒測量圓時，PC-DMIS將保存在圓上采集的點，因此采集時的精確性及測點均勻間隔非常重要。測量圓的最少點數為3點，多于3點可以計算圓度。如圖（3）所示。圖(3)測量圓如果要重新采集測點，點擊手操盒上的DELPNT鍵，刪除測點重新采集。一旦所有點數被采集，點擊手操盒上Done鍵即可。通過測量特征，注塑零件測得了平面1、2、7、10、11。下圖為所測量的特征。圖3.6.1（2）特征名稱3.6.2構造特征當測量面太窄，所測圓弧太小，會由于誤差測出來一條直線或一個圓，這時可根據測出來的點來構造相應的特征。注塑零件的凹槽部分和四周內圓角測針不好測量，此時需要構造特征。命令形式均為：“插入——特征——構造——點/線/圓/面”1）構造平面12圖3.6.2（1）平面12如上圖3.6.2（1）所示，測針移動范圍小，直接手動測量得到平面是不可能的，因此需要構造特征，但是仍要測到三個以上的點，才可以構造出平面。為后續(xù)測平面度和距離做好準備。2）構造圓圖3.6.2（2）圓角如上圖3.6.2（2）所示，該零件的四個角的部位都是以圓角相連接，且內圓角非常小，測針能測量點的范圍極小，每次測出來都是一條直線，因此通過構造特征來達到測量圓半徑的目的。通過上述測量特征和構造特征，得到下圖3.6.2。圖3.6.2各特征名稱3.7建立坐標系3.7.1建立坐標系的重要性當上述內容一切準備完善之后，接下來就是測量零件了，然而要想最終得到正確的檢測報告，在測量之前就必須建立一個正確的零件坐標系來獲得測量尺寸的參考方向。零件在檢驗前必須要有正確的裝夾固定住、足夠的檢測空間。坐標系的建立是后續(xù)測量零件尺寸的基礎，若坐標系建立的有差錯，將直接導致零件所有尺寸和幾何誤差分析的錯誤，那測量任務就無法完成，因此，要了解如何建立一個正確的坐標系。圖3.7.1三軸關系圖選擇“插入——坐標系——新建”，此刻彈出坐標系功能框。圖3.7.1系統(tǒng)用功能框3.7.2建立坐標系的三個步驟建立坐標系要按以下三個步驟進行：零件找正旋轉軸設置原點。下面詳細介紹。一、零件找正第一步：測量平面，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器坐標軸的平面。要保證所選平面干凈無灰塵且放置水平、牢固，這樣可避免帶來誤差。一般情況下，均選擇測量平面比較好的平面，使測點能夠均勻分布到整個平面上，這樣精度較高，測量一個平面至少要測三個點，測得的平面在計算中顯示出的是一個三角形。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正找正到平面標識=平面1”，如下圖3.7.2（一）b所示。圖3.7.2（一）b二、旋轉軸根據已有的第一軸線和參考平面，然后繼續(xù)進行建立坐標系的第二步：旋轉軸，即確定第二軸向Y軸。在剛才討論的坐標系下，要將機器的軸向與零件的一個軸向聯系起來，這就是要做的，但是要告訴軟件怎么去聯系起來。針對注塑零件，用平面8的方向矢量來確定第二軸向，在軟件中，利用這條線進行旋轉，這將引起測量機坐標軸的旋轉，旋轉到平面7，與零件坐標系的方向一致。由此確定Y軸正方向。如圖3.7.2（二）a。圖3.7.2（二）a旋轉軸因為X、Y、Z三個軸線是互相垂直的，因此一旦確定了兩個軸線，第三軸線也就是唯一不變的。也就沒有必要再確定第三個軸線了。雖然坐標系的三個軸都確定了，但是在計算機中可以看到三條坐標軸的交點在一直晃動，沒有固定下來，因此我們還要對其進行原點設定。如圖3.7.2（二）b。圖3.7.2（二）b三、設定原點將原點定位在平面1上。在計算機中原點處于紅色標記處，它的坐標值為X=0，Y=0和Z=0。如圖3.7.2（二）b所示。圖3.7.2(二）b設定原點設置了零件的正確的三個軸向和原點后一個零件坐標系就建好了。接下來就進入測量特征。3.8尺寸的測量和形狀誤差的分析3.8.1距離測量機中最為常用的一項功能就是測量元素之間的距離，可以快速的知道零件的尺寸。測量距離分為二維（2D）距離和三維(3D)距離。根據圖紙要求可設置距離公差大小，根據具體情況選擇距離的關系，是按特征測量還是某一軸，根據不同元素確定不同的關系，是垂直于還是平行于，下面將進行詳細的介紹。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，所以距離的測量不是那么直觀，因而也容易出現明顯的錯誤。因此，注意到二維三維的關系將非常重要，因為大多數的計算錯誤基本都跟選擇參數時忽略了二維、三維的判斷有關系。下面將具體詳細的介紹它們的含義，首先了解總體的步驟：一、使用“距離”選項標注距離1、從子菜單中選擇插入――尺寸――距離，此時將彈出距離對話框；2、在特征列表框中選要計算距離的特征元素，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，注意正負號，如平面5到平面6的距離上公差為0.00，下公差為-0.40；4、指定距離類型，選擇2維或3維選項，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、報告、兩者或無選項；7、選擇按特征、按X軸、按Y軸或按Z軸選項，以確定用于定義距離的關系；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，請選中可選的顯示復選框；10、在分析選項中選擇文本復選框或圖形復選框。如選擇了圖形復選框，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方向輸入正負公差帶。其中距離尺寸的理論值并不都是基于CAD數據或測量數據。有時候數據來自于硬拷貝，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、距離類型如果一個元素是平面而另一個元素是點，PC-DMIS將提供點和平面之間的最短距離；如果兩個元素都是平面，PC-DMIS將提供第一個平面的特征點到第二個平面的最短距離。如圖b所示。圖b距離類型框圖二、關系對話框關系區(qū)域中的復選框用于指定在兩個特征之間測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或者第三個所選特征。圖c距離關系框圖當選擇按“特征”復選框垂直于或平行于選項在方位區(qū)域中就可以選擇了。例如在列表中僅僅選擇了二個特征，PC-DMIS計算的是特征1和特征2之間的平行于或垂直于的關系，基準為特征2。三、方向對話框關系區(qū)域中的復選框用于指定在兩個特征之間測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或者第三個所選特征。如圖d所示。圖d距離方向框圖?測量第一個元素特征平行或垂直于第二個元素特征的距離。?測量第一個元素特征和第二個元素特征之間平行或垂直于特定軸的距離。根據上述知識，基于注塑件的三坐標測量的多個距離得到如下結論。如表格1所示。表1公差類型關系方向平面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13到平面120.23維按特征垂直最后生成的報告形式如下圖3.8.1（2)所示。圖3.8.1(2)各距離報告七、圓弧半徑該注塑零件的四周圓角太小，測針移動范圍小，如前面所述，采用構造特征，可計算出圓的直徑。下面左圖為電腦中顯示的構造出的圓。圖3.8.1(3)構造圓由此可知內圓角半徑大約為5mm。根據所測得的平面之間的距離、點到平面的距離以及圓弧直徑的大小就可以知道零件的長寬尺寸，凸臺的定位，面與面之間的連接圓角，為我們分析零件結構、畫零件的三維圖提供了便利。3.8.2平面度的評價計算一個平面的平面度，測針至少應測3點或者更多，點數越多越能反映其真實的平面度。公差只給出一個值，此值表示兩個包容測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”，此時將顯示平面度對話框：2、在特征列表中選擇測量過的特征進行評價（注意：在程序中把光標的位置放在程序的最后才可以顯示所有測量過的特征，如果選錯想要評價的特征，點擊清除所有可以刪除選擇的特征，點擊重置可以重新選擇想要評價的特征）；3、在公差框中鍵入公差值；（如果需要在這個測量平面上選擇一個小的單元進行評價，選擇特征控制框選項特征控制框選項中的每個單元選項，在特征控制編輯器窗口會出現一個小的平面范圍供選擇輸入）4、在選擇高級特征控制框單位部分中選擇毫米。5、選擇輸出設備。選擇高級特征控制框中統(tǒng)計、報告、兩者都或無選項；6、如果想在圖形顯示窗口中瀏覽尺寸信息請選擇尺寸信息框；7、選中文本復選框或圖形復選框，以選擇所需的分析選項，以便在報告或圖形窗口進行分析。如果選中圖形復選框，請在倍率框中輸入增益值。如果需要，選中尺寸信息區(qū)域中的顯示復選框，點擊編輯以選擇在“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）是所測的平面4的平面度的報告。圖3.8.2（二）平面度報告報告中顯示平面4的平面度誤差為紅色，說明其誤差大于設定的公差值，其誤差主要來源于塑料注塑成型加工過程中，由于模具承受著各種外界因素的復雜影響,常常導致模塑產品的畸變,這種畸變最常見的表現形式即為塑料材料溢流產生的飛邊。既有模具受力變形工藝條件如溫度等外因,也有材料流動、收縮等內因。原因分析歸納如下:(1)注射工藝參數的選擇不當;(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）注塑件成型加工過程3.8.3平行度的評價評價平面之間、面線之間、線線之間的平行狀態(tài)。一平面（邊）相對于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值。平行度評價選項計算兩個平面的平行情況，必須有一個平面作為基準。平面被限制在3D的視平面，而不需要參考坐標系。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A，來考量平面6其平行度是否在公差范圍內，公差為0.15。圖3.8.3平行度報告報告顯示平面5和平面6的平行度誤差在公差范圍內，說明在產品制造過程中所造成的誤差較小，滿足加工精度，提高了產品質量，滿足裝配的互換性。3.8.4垂直度的評價垂直度可以應用在線，平面，圓柱，圓錐，或任一種槽元素。適合的基準元素可以是另一個線，平面，圓柱，圓錐，槽，或標準參考平面元素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B，來考量平面2與其垂直度是否在公差范圍內，公差為0.2。圖3.8.4（一）垂直度報告報告顯示平面1和平面2的垂直度誤差在公差范圍內，說明在相互參照下平面比較平整，滿足產品的互換性，產品質量較高。下圖3.8.4（二）為計算機中顯示的報告結果。圖3.8.4（二）計算機顯示報告圖3.9本章小結本章詳細的簡述了三坐標測量機的測量步驟，包括系統(tǒng)啟動前后應注意的事項、測座測針的選擇、控制系統(tǒng)的功能、特征測量、構造特征、建立坐標系和誤差分析的過程。根據不同的零件選擇合適的測針以便測量，并且根據需要可安裝加長桿達到更好測量特征的目的。本研究主要是采用手動測量多個點（3個以上）來達到測量平面、圓半徑的目的，其中有個別平面太窄，圓弧太小，難以測出真實的特征，這時就可用構造特征命令來克服此困難，三坐標測量機不僅是方便的，而且高效準確。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)中零件檢測的時間，提高了產品質量，增強了市場競爭力，現代三坐標測量機應用范圍最廣泛，制造業(yè)，機床、電子業(yè)等方面都發(fā)揮了極大地作用，是現代產品檢測最先進的儀器，其快速高效的優(yōu)點提高了國際競爭力。4逆向工程技術4.1引言逆向工程也稱逆向制造，是在沒有設計圖紙以及沒有CAD的情況下對現有零件實體進行迅速、有效的仿制。傳統(tǒng)的產品制造過程主要是“設計加工檢測”，其中檢測是整個制造過程的最后一步，就如上述三坐標測量機測量零件一樣。而逆向工程是在已知零件實體的情況下，通過特定設備對其進行掃描，獲取零件表面離散點，在經過多次拼合，呈現出大概完整的三維點云，再倒入CATIA中，對其進行修補，得到近乎完整的三維實體圖，最后進行加工。逆向工程技術大大縮短了產品開發(fā)周期，從根本上改善了傳統(tǒng)的產品制造模式，以反求的方式實現了以實體模型為出發(fā)點，通過對零件原形的測量，生成設計圖紙和三維模型，進而加工零件。逆向工程技術近年來發(fā)展非常迅速，它是消化,吸收和提高先進技術的一系列分析方法及應用技術的組合，它的出現改善了技術水平，提高了生產率進而提高了經濟效益，增強了在國際上的地位。世界各國在經濟技術發(fā)展中，應用逆向工程消化吸收先進技術經驗，給世界帶來了很大的影響。本研究還是以上述注塑件為例，對其進行三維模型重建。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零件進行多視角的掃描，以獲取多個不同角度不完整的圖像，接下來就是對這些三維圖像進行處理，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，最后將拼合后的點云文件導入到CATIA中，進行漏洞修補，得到近似完整的三維圖。4.2三維激光掃描儀的簡介隨著數字化技術的迅速發(fā)展，各種不同領域對于獲取原始數據信息的需求也日益增多。其它相關技術如計算機、機械制造等的進步和發(fā)展，使人們獲取信息的方法和技術變得多種多樣。三維激光掃描技術是其中一種利用激光脈沖對物體表面進行掃描從而獲取其表面特征信息的技術，它適用于中近距離的寬場景、大物體的快速高精度掃描，為建立場景的三維模型提供了必要而且準確的工具。通過與計算機的連接，三維激光掃描的后處理技術可以使掃描結果得到更為廣泛的應用。激光掃描儀的基本結構包含有激光光源及掃描器、受光感測器、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。本研究是非接觸式的。非接觸式主要基于計算機視覺原理,從攝像機拍攝的圖像中獲取目標的三維信息。三維激光掃描儀的優(yōu)勢：三維測量：已經逐漸的代替二維，三維激光掃描儀每次獲取的測量的數據既包含X,Y,Z點的信息，也包括R,G,B顏色信息，同時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再現的感覺，是傳統(tǒng)測量手段無法做到的?？焖賿呙?三維激光掃描儀的誕生改變了在傳統(tǒng)測量手段里測量每一個點耗時長的缺點，滿足了測量的需求，符合快速發(fā)展的時代。采用三維激光掃描技術可大大縮短產品設計和生產周期，提高產品質量，降低成本。從飛機、汽車、輪船到大型鋼結構。三維激光掃描儀在工業(yè)中的應用：一、工業(yè)逆向建模

通過三維激光掃描儀可以快速完成機械零件的仿制和結構研究。通過高精度掃描獲取完整準確的外形數據，經過處理直接生成三維模型，可快速完成模具設計或機械加工方案，實現復制。對已有零部件的掃描，也可以精確獲取曲面、特征，用于汽車、輪船、飛機等復雜形狀和結構的研究。二、零部件外形檢測

鑄造或機加工的零件，以及裝配完成好的部件，可以通過三維激光掃描儀進行完整的外形檢測，可以關心到每一處細節(jié)，進行詳細的誤差統(tǒng)計，全面判斷加工或裝配的質量，并可以據此調整加工或裝配工藝。三、裝配和搭接控制

對預裝配部件進行掃錨，可實現計算機中的虛擬裝配，進行裝配部件的尺寸調整及驗證。通過對裝配前的基礎進行掃描，可基于真實三維空間進行虛擬搭接設計，保證設計質量，縮短工期，降低成本。4.3CATIA的簡介CATIA在世界行業(yè)領域中處于主導地位。無論V4和V5，CATIA在曲面造型方面相對來說比較精準。其中，創(chuàng)成式曲面設計（GenerativeShapeDesign，GSD）模塊幫助設計者在線架、多種曲面特征的基礎上進行強大、多功能的曲面造型設計，V5中的數字化曲面編輯（DigitizedShapeEditor，DSE）和快速曲面重構（QuickSurfaceReconstruction，QSR）模塊是逆向工程的專用模塊，可以提供多種格式的點云輸入和輸出數據，除了具有對點云數據進行處理的功能外，還提供了強大的曲面、曲線直接擬合功能。另外，CATIA對于曲面與測量的點的偏差大于0.1mm的CLASSA曲面完全可以勝任，因此，通過CATIA軟件進行曲面重構可以滿足醫(yī)學建模的精度要求，并可在處理效率上提供改進的新思路。模塊化的CATIA系列產品提供產品的風格和機械設計、外型設計、管理數字樣機、設備與系統(tǒng)工程、分析和模擬、機械加工。CATIA產品基于開放式可擴展的V5架構。通過使企業(yè)能夠重用產品設計知識，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產品開發(fā)系統(tǒng)。CATIA系列產品在八大領域里提供3D設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設計、建筑、電力與電子、消費品和通用機械制造。本研究中使用的CATIA版本為V5R20。作為世界領先的CAD/CAM軟件，CATIA在過去的二十多年中一直保持著驕人的業(yè)績，并繼續(xù)保持其強勁的發(fā)展趨勢。CATIA在汽車、航空航天領域的統(tǒng)治地位不斷增強。同時,CATIA也大量地進入了其他如機車、摩托車、家電、通用機械等行業(yè)。國際上一些著名的公司如波音、空中客車等制造公司，奔馳、奧迪等汽車制造公司都將CATIA作為他們的主流軟件。國內十幾家大的飛機制造廠和飛機研究所選用了CATIA，上海大眾集團、一汽集團、二汽集團等十多家汽車制造公司都選用CATIA作為創(chuàng)新的開發(fā)平臺。在以往的研究中，大部分是采用先將每層CT圖像轉化為線條圖，再按照CT的掃描層厚將每層以線條連接起來，其光滑程度受到層厚的限制。尤其牙齒根部分叉區(qū)是由多個復雜曲面間的光滑連接構成，其結構難以用簡單的線來進行表現和描述，造成連接區(qū)域失真。本研究采用的方式為點云輸出，即將初步建立的模型外表面以關鍵點的方式輸出為密集的點云。然后使用CATIA對點云按照選定的精度進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，簡稱DSE，數字曲面編輯器，根據輸入的點云數據，進行采樣，編輯，裁剪已達到最接近產品外形的要求，可生成高質量的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個工具按鈕，包括云處理對象顯示設置，編輯云對象，導入云對象，操作云對象，創(chuàng)建初始云對象，排列云對象，云對象生成網格，創(chuàng)建曲線，創(chuàng)建scan對象。QuickSurfaceReconstruction，快速曲面重構，根據輸入的點云數據或者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，云對象分段。4.4注塑件三維模型重建的步驟隨著計算機軟硬件和圖像處理設備精度的提高，使圖像原始數據保存更加完整，細化了掃描時的參數，提高了圖像處理技術和方法。因此，三維重建技術應用更加廣泛。對三維激光掃描儀系統(tǒng)進行了理論研究和技術實現,重點研究了三維信息獲取和逆向工程中的幾個關鍵技術:系統(tǒng)定標、數據修補、點云壓縮、三維重建、網格簡化等。其建模流程大致如下圖4.4所示。獲取注塑件點云獲取注塑件點云曲面三維重建點云處理三維實體原型加工圖4.4建模流程圖4.4.1獲取注塑件點云三維激光掃描儀的原理：三維激光掃描儀是對零件實體的整體或局部進行完整的三維坐標數據測量,這就意味著激光測量單元必須進行從左到右,從上到下的全自動高精度掃描測量,進而得到完整的、全面的、連續(xù)的、關聯的全景點坐標數據。因此零件在工作臺的擺放位置至關重要，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，因此必須對零件進行多角度的測量，且每次旋轉角度要盡可能小。因此在掃描過程中一定要注意轉換視角來進行觀察。將掃描得到的零件數據是離散的點，需要在電腦軟件中進行處理，有的圖像旁邊會有多出來的無用的部分需要刪除，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行拼合，獲得最后的零件的三維圖像。下圖就是對此拼合后的零件三維圖像。圖4.4.1注塑件點云由上圖可以看出，通過拼合過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，這些問題要由CATIA來解決，因此將該點云文件導入到CATIA中，進行建模。4.4.2CATIA曲面三維重建首先進行網格面修補，選中需要修補的網格面，系統(tǒng)將自動尋找網格面的缺口，根據孔洞周圍環(huán)境并結合指定的曲率進行擬合修補，控制其表面光順度。補洞的過程盡量多補幾次，以減少空洞。如圖4.4.2（一）所示。圖4.4.2（一）漏洞修補修補工作完成后，如圖4.4.2所示，修補前后的曲面對比還是很明顯的，再利用點云過濾將過于密集導致扭曲或是清除不干凈的部分噪點移除一定的比例，控制有效點的數量，確保曲面的順利擬合。圖4.4.2（二）漏洞修補前后對比在補洞完成后可以通過CATIA的MeshSmoothing命令對已經補好洞的曲面進行光滑處理，得到的曲面光滑程度以及擬合程度更高，但是此樹不要過多，否則將導致處理的表面失真。填補完之后，其實是一個三維的視圖，并不是真正意義上的一個曲面，所以進行的三維建模是曲面上的一個建模，必須生成一個曲面模型