三坐標(biāo)測量機(jī)及其應(yīng)用.ppt

1、第八章 三坐標(biāo)測量機(jī)及其應(yīng)用,主 要 內(nèi) 容,1 概述 2 三坐標(biāo)測量機(jī)的類型和組成 3 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng) 4 測量數(shù)據(jù)處理 5 坐標(biāo)測量機(jī)的自動測量方法 6 三坐標(biāo)測量機(jī)的精度評定 7 測量機(jī)的特殊應(yīng)用與發(fā)展趨勢,1 概述,機(jī)械制造、儀器制造、電子工業(yè)、航空和國防工業(yè),特別適用于測量： 箱體類零件的孔距和面距、模具、精密鑄件、電子線路板、汽車外殼、發(fā)動機(jī)零件、凸輪、飛機(jī)型體等帶有空間曲面的工件。,出現(xiàn)時間: 20世紀(jì)60年代后期,出現(xiàn)條件：生產(chǎn)發(fā)展需要（ 檢測和加工技術(shù)） 電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和精密加工技術(shù)的發(fā)展 提供技術(shù)基礎(chǔ),應(yīng)用領(lǐng)域：,Chameleon 7107 三坐標(biāo)測量機(jī) 美

2、國布朗夏普公司制造 測量范圍: 6501000650,青島雷頓數(shù)控測量設(shè)備有限公司（Leader NC),三坐標(biāo)測量機(jī)的主要組成部件： 1.主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z三軸運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)）； 2.測量系統(tǒng) 測量頭和標(biāo)準(zhǔn)器（瞄準(zhǔn)定位、坐標(biāo)測量讀數(shù)）3.電氣控制硬件系統(tǒng)； 運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)； 4.測量軟件系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)處理 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用：,正向工程 產(chǎn)品設(shè)計-制造-檢驗（三坐標(biāo)測量機(jī)）,工件（模型）3維測量（三坐標(biāo)測量機(jī)）設(shè)計、制造,逆向工程,三坐標(biāo)測量機(jī)的基本功能,將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，根據(jù)測量任務(wù)采集被測對象的若干點的三維空間坐標(biāo)值，由這些點的空間坐標(biāo)值，通過計算求出被測物體的幾何尺寸、形狀

3、或幾何要素的空間位置。,逆向工程是利用從實體模型采集數(shù)據(jù)信息，并反饋到CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計制造的一個過程。 是將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。 逆向工程是解決直接從樣件實現(xiàn)再造、建立那些已經(jīng)遺失設(shè)計文件的工件設(shè)計文件以及結(jié)合現(xiàn)有CAD模型進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)的好方法。 通過利用坐標(biāo)測量機(jī)，探測所要實現(xiàn)逆向工程設(shè)計的零件表面，利用專業(yè)軟件對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成該零件直觀的圖形化表示，進(jìn)行有關(guān)設(shè)計更改，并經(jīng)過性能模擬測試。這樣，可大大縮短了設(shè)計時間，簡化了零件的調(diào)整和評估時間。,三坐標(biāo)測量機(jī)在現(xiàn)代設(shè)計制造流程中的應(yīng)用,逆向工程設(shè)備： 1.三坐標(biāo)測量機(jī)：

4、獲得產(chǎn)品三維數(shù)字化數(shù)據(jù)（點云/特征）； 2.曲面/實體反求軟件：對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)曲面重構(gòu)，甚至實體重構(gòu)； 3. CAD/CAM軟件； 4.數(shù)控機(jī)床（數(shù)控加工中心）； 逆向工程中的技術(shù)難點： 1.獲得產(chǎn)品的數(shù)字化點云（測量掃描系統(tǒng)）； 2.將點云數(shù)據(jù)構(gòu)建成曲面及邊界，甚至是實體（反求軟件）； 3.與CAD/CAM系統(tǒng)的集成；（通用CAD/CAM軟件） 4.為快速準(zhǔn)確地完成以上工作，需要經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程師。,逆向工程典型流程圖,激光掃描測量及軟件處理示意圖,掃描完成后的點云,全方位的截取物體的剖面線,利用三維CAD軟件繪制產(chǎn)品圖,2 三坐標(biāo)測量機(jī)的類型和組成,三坐標(biāo)測量機(jī)按技術(shù)水平可分為

5、以下幾個類型：,(1)數(shù)顯及打字型(N),(2)帶有小型電子計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(NC),(3)計算機(jī)數(shù)字控制(CNC),測量:手動或機(jī)動 數(shù)據(jù):計算機(jī),測量:按程序自動 數(shù)據(jù):計算機(jī),測量:手動 數(shù)據(jù):人工處理,單位：h,結(jié)構(gòu)類型和組成（主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)）,1、三坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)運(yùn)動,三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu),三坐標(biāo)測量機(jī)的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、X及Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件及測量系統(tǒng)（感應(yīng)同步器、激光干涉儀、精密光柵尺等）、計算機(jī)及軟件。,懸臂式,橋式,龍門式,臥式鏜床式 坐標(biāo)鏜床式,2、結(jié)構(gòu)類型,(2)橋式,(3)龍門式,(1)懸臂式,(4)鏜床式,部分三坐標(biāo)測量機(jī)的性能指

6、標(biāo)見表82所示,206207頁,3 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng),三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng)的主要部件：,測量頭： 瞄準(zhǔn)定位 標(biāo)準(zhǔn)器： 坐標(biāo)測量讀數(shù),(1)機(jī)械接觸式測頭,點 測 頭,V測 形頭 塊,直測 角頭,圓錐形,圓柱形,球形,回轉(zhuǎn)式半圓,回轉(zhuǎn)式1/4柱面,盤形,內(nèi)圓錐,觸發(fā)式測頭,觸發(fā)式測頭,當(dāng)觸發(fā)式測頭的測端觸碰到被測工件時，測頭發(fā)出觸發(fā)信號。其核心是判斷接觸與否，類似電子開關(guān)的工作性質(zhì)，故又稱開關(guān)測頭。實現(xiàn)此功能的方法有電子機(jī)械開關(guān)的通斷、壓電晶體的壓電效應(yīng)和應(yīng)變片的形變等。 1.機(jī)械觸發(fā)機(jī)構(gòu) 2.感應(yīng)接觸形變的應(yīng)變片 3.壓電傳感器,( 2)光學(xué)非接觸測頭,通過對大量采集數(shù)據(jù)的平均處理功能

7、而獲得較高的精度。,操作者可將檢測工件表面放大50倍以上，采用標(biāo)準(zhǔn)的或可變換的鏡頭實現(xiàn)對細(xì)小工件的測量。,主要用于實現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進(jìn)行非接觸測量。,測頭在距離檢測工件一定距離(比如50mm)，在其聚焦點 一定范圍內(nèi)進(jìn)行測量，采點速率在200點/秒以上。,視頻測頭進(jìn)一步提高了測量機(jī)的應(yīng)用，使得許多過去采用 非接觸測量無法完成的任務(wù)得以完成。,例如：印刷線路板、觸發(fā)器、墊片或直徑小于0.1mm的孔。,激光掃描測頭,視頻測頭,光學(xué)點位測量頭,光學(xué)非接觸測頭,光學(xué)點位測量頭,在成像光路中插入一遮光片，其位置正好擋住激光器光束的半個光斑，此時，若被測面仍位于物平面A處，則光電檢測器的差動輸出仍

8、然為零，而當(dāng)被測面離焦位于A1位置時，在光電檢測器上的像為半圓形光斑，如圖1中的B1所示，而當(dāng)被測面離焦位于A2位置時，在光電檢測器上的像如圖1中的B2所示。由圖可知，離焦方向不同時，光電檢測器上的光斑或位于光軸的上方或下方，半光斑的直徑隨離焦量的增大而增大，此時光電檢測器的差動輸出不再為零，輸出信號的極性決定于離焦的方向，輸信號的大小決定于離焦量的大小。由此可見，可根據(jù)光電檢測器的差動輸出判斷被測表面的位置，光電檢測器差動輸出的過零點即為測量瞄準(zhǔn)位置。,圖86 光學(xué)點位測量頭,測量精度13um，測量表面可傾斜70度。,適合于測量不規(guī)則空間型面(蝸輪葉片、軟質(zhì)表面等)。,WIZProbe激光掃

9、描測頭,LC系列光學(xué)掃描測頭,能夠以每秒鐘數(shù)以百計的點進(jìn)行工件表面點數(shù)據(jù)的采集。測量軟件可憑借這些點進(jìn)行特征形狀的評價，同時計算出其尺寸和位置。掃描測頭還可以用類似觸發(fā)式測頭的方法進(jìn)行分離點數(shù)據(jù)的采集。,三坐標(biāo)測量機(jī)配 激光掃描測頭 構(gòu)成一臺三維激光掃描測量機(jī)， 可以進(jìn)行高速高精度激光掃描與測量,激光掃描測頭,(3)電氣接觸式測量頭電感位移傳感器,可用于箱體類和復(fù)雜形狀工件高速輪廓數(shù)據(jù)采集(掃描)。,對工件表面進(jìn)行離散點數(shù)據(jù)的采集，掃描系統(tǒng)能夠連續(xù)采集大量表面點的數(shù)據(jù)，從而給出關(guān)于工件表面形狀清晰描述。,在掃描測量時應(yīng)使測頭與工件保持可靠接觸，并由電感測量頭確定被測點的三維坐標(biāo)。,三 向 電

10、感 測 量 頭 星 形 測 頭,三層片簧導(dǎo)軌機(jī)構(gòu),每層片簧導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)中間測頭部件,傳感器 部件,零位鎖緊 部件,阻尼 裝置,坐標(biāo)測量機(jī)其它部件,1、測座,PH10M是功能強(qiáng)大的分度機(jī)動測座，能夠攜帶長加長桿和各種測頭。具備高度可重復(fù)性的動態(tài)連接，允許測頭或加長桿的快速更換而不需要重新校正。,PH10M特點：- 自動關(guān)節(jié)固定，可重復(fù)測頭定位- 對于手動輸入可自動轉(zhuǎn)換- 7.5度進(jìn)位- 具有720個可重復(fù)定位- 能夠攜帶長達(dá)300mm的加長桿,探針：為完成各種形狀工件的測量，有各種形狀探針適應(yīng)不同的測量需求。,加長桿：加長桿允許測頭進(jìn)行加長，從而完成一些難以觸及特征的檢測，而不會有損精度。,探針更換

11、支架：探針更換支架允許自動使用各種探針配置，而不需要對探針進(jìn)行重新修正。,2、測頭附件,3、夾具系統(tǒng),為檢測薄壁件提供了柔性裝夾方案，例如：汽車車身蓋板的裝夾。 自動夾具系統(tǒng)，采用模塊化夾具組件，并由與系統(tǒng)聯(lián)機(jī)坐標(biāo)測量機(jī)控制，自動生成夾具組合。,工件由位于坐標(biāo)測量機(jī)基面上，氣動可調(diào)節(jié)高度的一組立柱支撐組成。,4、測量軟件,PC-DMIS通用測量軟件,利用其一體化的圖形功能，能夠?qū)z測數(shù)據(jù)生成可視化的圖形報告；,具備強(qiáng)大CAD功能的通用測量軟件；,測量對象：從簡單的箱體類工件 一直到復(fù)雜的輪廓和曲面；,實現(xiàn)高速、高效率和高精度測量。,簡捷用戶界面，引導(dǎo)使用者進(jìn)行 零件編程、參數(shù)設(shè)置和工件檢測；,

12、特點：,三坐標(biāo)測量機(jī)中測量系統(tǒng)的特性綜合比較,見210頁表8-3,4 測量數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容：,10、其他數(shù)據(jù)處理內(nèi)容,由測量軟件完成,1、x、y平面內(nèi)工件傾斜的修正,機(jī)器坐標(biāo)系,零件坐標(biāo)系,2、原點的偏移,1)、工件上沒有基準(zhǔn)點，或者 基準(zhǔn)點處在測量范圍以外,2)、原點處于工件不便測量的 部位,出現(xiàn)偏移的情況：,方法：,3、坐標(biāo)系的平移和回轉(zhuǎn),4、直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成圓柱坐標(biāo),5、直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成球坐標(biāo),6、兩點間距離的測量,l,7、圓的內(nèi)、外徑及圓心的測量,需考慮測頭半徑補(bǔ)償,8、求直線方向,9、求兩直線交點和夾角,10、其他數(shù)據(jù)處理內(nèi)容,5 坐標(biāo)測量機(jī)的自動測量方法,自動測量的過程一般

13、由3個階段組成，即準(zhǔn)備階段、實際測量階段和計值階段。通常，后兩個階段是同時進(jìn)行的。,一、點位測量法,二、連續(xù)掃描法,點位測量法是從點到點的重復(fù)測量方法。多用于孔的中心位置、孔心距、加工面的位置以及曲線、曲面輪廓上基準(zhǔn)點的坐標(biāo)檢驗和測量。,測量頭在被測工件的外形輪廓上進(jìn)行掃描測量.,一、點位測量法,二、連續(xù)掃描法,6 三坐標(biāo)測量機(jī)的精度評定,指測量值與真值之差。 包括所選用的測量方法、測量頭、工件狀態(tài)(測量定位面、測量表面等)以及溫度影響等因素。,指測量機(jī)本身的精度，即測量頭中心在測量空間內(nèi) 任意位置的位置精度。主要為點位精度。,按狀態(tài),按性質(zhì),一、三坐標(biāo)測量機(jī)的分向誤差,1、標(biāo)尺誤差、溫度誤差；,影響因素：,2、三軸導(dǎo)軌直線度誤差；,3、三軸導(dǎo)軌垂直度誤差；,點誤差空間矢量型,y 軸導(dǎo)軌直線度對 x向的影響,y 軸對 x 軸垂直度的影響,二、重復(fù)性精度,重復(fù)測量某一尺寸時，測量結(jié)果的變動范圍。,一般測56次。,反映測量中的隨機(jī)誤差。,三、動態(tài)誤差,動態(tài)誤差主要來源于測量部件運(yùn)動過程中由于加速度造成的變形。,將動態(tài)誤差控制到比靜態(tài)誤差大l0一30之內(nèi)。,四、測量精度,影響測量精度的因素：?,五、三坐標(biāo)機(jī)的精度評定及檢定