三坐标专业讲解

三坐标培训教程质量检查部杨书营2011-08-19•坐标测量基础知识•了解为什么并且如何进行测头校正•完全理解如何建立零件坐标系•学会如何编制零件的測量程式•从头到尾编制合理的有条理的工件测量程式课程目标六个良好测量实践的原则正确的测量：测量仅应当满足已经协议的并且进行了很好定义的要求。正确的工具：应当采用合适的设备和方法进行测量，这些都经过论证并适合于工作的目的。正确的人员：测量人员应当是能胜任工作的、合格的和了解所要做工作重要程度的。定期的回顾：应当既有内部的，亦有独立的部门对所有测量设施和过程的技术性能作出评估。论证的一致性：在一个地方测量应当与在其他地方进行测量一致。正确的过程：所有的测量的过程应当经深思熟虑并与国家或国际标准相一致。三坐标测量机系统的初步认识三坐标测量机是60年代后期发展起来的一种高效的新型精密测量设备，目前被广泛应用于机械、电子、汽车、飞机等工业部门，它不仅用于测量各种机械零件、模具等的形状尺寸、孔位、孔中心距以及各种形状的轮廓，特别适用于测量带有空间曲面的工件。由于三坐标测量机具有高准确度、高效率、测量范围大的优点，已成为几何量测量仪器的一个主要发展方向。三坐标测量机的测量过程,是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的，在测量范围内可到达任意一个测点。三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误差。另外，在测量工作台上，还可以配置绕Z轴旋转的分度转台和绕X轴旋转的带顶尖座的分度头，以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量。精密型万能测量机（UMM）：是一种计量型三坐标测量机，其精度可以达到1.5m+2L/1000，一般放在有恒温条件的计量室内，用于精密测量，分辨率为0.5m，1或2m，也有达0.2m或0.1m的。生产型测量机（CMM）：一般放在生产车间，用于生产过程的检测，并可进行末道工序的精加工，分辨率为5m或10m，小型生产型测量机也有1m或2m的。三坐标测量机按其精度分为两大类：三坐标测量机系统的硬件主要有三部分组成：⑴终端控制计算机和打印机：在三坐标测量机系统的硬件结构中，计算机是整个测量系统的管理者。计算机实现与操作者对话、控制程序的执行和结果处理、与外设的通讯等功能。⑵数控设备及其外设：数控设备是计算机和测量机的接口（I/O，工具信号，紧急情况等）。数控设备通过由计算机传来的数据计算出参考路径，不断地控制测量机的运动及与手提式控制盒的通讯。⑶三坐标测量机：三坐标测量机的主体主要由以下各部分组成：底座、测量工作台、立柱、X向支撑梁和导轨、Y向支撑梁和导轨、Z轴部件、测头、驱动电机及测长系统。其结构形式（总体布局形式）主要取决于三组坐标的相对运动方式，它对测量机的精度和适用性影响很大。图1-1列出了常见的几种结构形三坐标测量机系统的硬件构成和功能（a）,(b)悬臂式;(c),(d)桥式(e)，(f)龙门式;(g)坐标镗床式;(h)卧式镗床式三坐标测量机的结构形式分类通用元素几何定义多种几何量的测量掌握三坐标测量机的基本功能及相应的测量方法。1．坐标系变换⑴被测件的三个坐标不需要与测量机的X，Y，Z三个方向的坐标重合。如图1-2所示，被测件在测量前可以任意放置在工作台上，不需调整找正，即可测量。通过测量及数据处理可以找到参考基准，根据新基准转换坐标，并计算出测量结果。这一切计算都通过计算机进行，速度很快，与测量前人工调整被测件位置的操作相比，既方便又省时间。⑵根据被测工件的需要，将直角坐标转换为极坐标。确定形状、位置、中心和尺寸•测量复杂形状三坐标测量机可以测量圆柱面凸轮、端面凸轮、凸轮轴、螺纹、丝杠、齿轮及非渐开线齿形等。•周长、面积和体积测量。•特殊参数测量可以根据对被测件的测量计算出其重心、断面二次力矩及断面系数等参数。三坐标测量机是一种柔性的通用测量仪器，适于测量几乎是任何物体的几何参数，它的准确度（和精度）是衡量一台机器好坏的重要指标。影响测量机准确度（和精度）的因素主要有两个方面，一是测量机本身系统，二是外部环境影响，由此产生的误差有系统误差和随机误差，针对误差的补偿方法也有系统和随机两种。分析和研究误差补偿方法不但可保证三坐标测量机的现有精度而且可使之提高。三坐标测量的基础知识坐标值为根据坐标轴上某一点对应该轴的位置测得的代数值，数值可以为正值，也可以为负值。物理意义：用来描述物体在某一方向上的长度值。同样的，二维坐标轴由两条一维坐标轴正交而来，是解析一维坐标轴（基础）简称数轴y=-2y=-1y=0y=+1y=+2-2-1012y坐标测量的基础知识什么是三坐标？三坐标参照系是由空间三维坐标系标准正交而来（3个矢量XYZ两两垂直并等长）点M的三坐标值是向量OM在该坐标系每一个轴上的投影。点M的坐标为（X1、Y1、Z1）。M的偏差值=实测值-理论值常见的三坐标测量设备介绍介绍：1、按测量方式分类（测头）•分接触式测量•非接触式测量2、按测量机的结构分类（机械坐标系统）悬臂式、台式、桥式、龙门式、关节臂式悬臂式、台式、桥式、龙门式均采用直线光栅进行测量，结构上均有3个明显的轴向运动部件。可手动也可自动进行测量。关节臂式（便携式）采用圆形光栅进行测量。结构上类似人类的手臂，具有3个（或更多）“关节”。因其结构小巧，只能手动测量。车身坐标系ISO4130-1978道路车辆三维基准系统和基准符号定义测量机在现代汽车工业中的应用常见元素的测量及坐标系的建立常见元素的测量元素的构造：是通过间接的方法得到一些我们需要却无法直接测量的特征元素。构造在测量之后进行，是对测量的延伸。元素的评价：评价元素包含：距离、角度、几何公差、文本值、坐标信息。坐标系的原理与使用软件给我们提供了7种建立坐标系的方法，运用得当，会让我们测量起来事半功1、3-2-1法2、几何法3、三个中心点法3-2-1法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标系方法，如下图所示建立坐标系：1、在零件上平面测量3个点拟合一平面找正。2、在零件前端面上测量2个点拟合一直线旋转轴。3、在零件左端面测量1个点设定原点。3-2-1法建立坐标系测量报告的分析注意事宜1、三坐标测量机的精度•省市级计量院精度检测报告•有效期内的合格证书•一般三坐标测量机精度为测量元素公差的三分之一至十分之一•简易的验证方法：测量标准球，偏差值在合适范围（公差的三分之一至十分之一）2、检具的制造精度（加工精度）•检具标定报告•可以要求出具最新精度报告3、检具的重复性精度（CMC）CMC是指用1个标准样件按照相同的装夹顺序在检具上重复测量5次，将测量数值填入专用的表格中，根据自动生成的标准偏差值与IT/16进行比较，如果所有点的偏差值≤IT/16，则认为重复性精度（CMC）合格，否则，则认为重复性精度（CMC）不合格。矢量和余弦误差矢量矢量可以被看做一个单位长的直线，并指向矢量方向。相对于三个轴的方向矢量。I方向在X轴，J方向在Y轴，K方向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和-1之间，分别表示与X、Y、Z夹角的余弦。IKJXZY+I+J+K矢量方向矢量用一条末端带箭头的直线表示，箭头表示了它的方向。X、Y、Z表示三坐标测量机的坐标位置，矢量I、J、K表示了三坐标测量机三轴正确的测量方向。在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的方向，即测头触测后的回退方向。Z(+K)XY(+J)45°(+I)I=0.707J=0.707K=045度方向矢量余弦误差不正确的矢量测量产生余弦误差ProbeDia0.51.002.003.004.006.00AngleErrorMagnitudeoferrorintroducedbynotprobingnormaltosurface1.0°0.00000.00010.00020.00020.00030.00055.0°0.00100.00190.00380.00570.00760.011510.0°0.00390.00770.01540.02310.03090.046315.0°0.00880.01760.03530.05290.07090.105820.0°0.01600.03210.06420.09630.12840.1925期望接触点导致的误差法向矢量理论接触点逼近方向角度直角坐标系坐标系类型◆直角坐标系YXZ◆柱坐标系◆球坐标系zxoQrZY),,(rPxz),,(zPyQOZZY直角坐标系原点测量机的空间范围可用一个立方体表示。立方体的每条边是测量机的一个轴向。三条边的交点为机器的原点。X直角坐标系每個軸被分成許多相同的分割來表示測量單位。測量空間的任意一點可被期間的唯一一組X、Y、Z值來定義。XZ1005Y105||||||||510直角坐标系实例1测量点的坐标分别是:X=10Y=5Z=5XZY1051050510||||||||直角坐标系X=0Y=0Z=5105XZY||||||||1050510实例2测量点的坐标分别是:直角坐标系X=10Y=10Z=0XZ0Y||||||||105105510实例3测量点的坐标分别是:校正坐标系校正坐标系是建立零件坐标系的过程。通过数学计算将机器坐标系和零件坐标系联系起来。1、零件找正找正元素控制了工作平面的方向。2、旋转轴旋转元素需垂直于已找正的元素，这控制着轴线相对于工作平面的旋转定位。3、原点定义坐标系X、Y、Z零点的元素。测座和触发测头关节旋转测座测座的A角以7.5°分度从0°旋转到105°A角旋转关节旋转测座B角从-180°到180°以7.5°的分度(按顺时针、逆时针)旋转B角旋转关节旋转测座正如TP20这样的机械测头，包括3个电子接触器，当测杆接触物体使测杆偏斜时，至少有一个接触器断开，此时机器的X、Y、Z光柵被讀出。這組數值表示此時的測杆球心位置。接触器断开测头校正测头校正已知直径并且可以溯源到国家基准的标准器。测头校正对所定义测头的有效直径及位置参数进行测量的过程。为了完成这一任务，需要用被校正的测头对一个校验标准进行测量。未知直径和位置的测头测头校正在实物基准的每个测量点的球心坐标同它的已知道直径比较。有效的测头直径是通过计算每个测量点所组成的直径与已知直径的差值有效测头半径运行PcDmis运行PcDmisPcDmis文件管理器界面选择这一图标可以产生一个新文件夹运行PcDmis这个新文件夹可以改名为用户名或操作员姓名运行PcDmis建立一个新文件。打开一个已生成的文件。运行PcDmis设置所需的测量单位非常重要。（公、英制）输入你要建立的文件名输入相应的测量信息产生测头文件产生测头文件输入测头文件名，然后按回车键，这时测头没被定义显示为高亮度。第一步从清单中选择测座类型第二步从这里用鼠标单击下拉菜单产生测头文件从清单中选择测头附件第三步从清单中选择相应的传感器如：Tp20,Tp200等第四步产生测头文件从测头清单中选择所用的测杆，如：4*20（直径、长度）第五步产生测头文件定义结束时测头系统的配置完全图示化显示出来。第六步从加入测头角度按钮输入测头度。产生测头文件需要追加其它角度，可通过输入每一个A、B角，然后对其进行校验测量。第七步如果需要多组复合角度，可以通过A、B角的起始角，它们的增量和终止角的输入来实现。产生测头文件第八步当所需的测头位置全部输入后，选择“测量”。产生测头文件选择手动或自动校验测头。第九步输入测量标准球的点数。单击“测量”按钮进行测头校验。PcDmis的工作平面PC-DMIS的工作平面在PC-DMIS中,当计算2D距离时，和其它软件一样，工作平面的选择非常重要。有效的工作平面是:Z+Z-X+X-Y+Y-什么是工作平面n工作平面是我们当前所看的方向。例如：当你想去测量工件的上平面时，工作平面是Z+,如果测量元素在前平面时,工作平面为Y-。这一选择对于极坐标系非常重要，PC-DMKIS将决定当前工作平面的0度。n例：平面元素做工作平面测量圆PC-DMIS的工作平面n*在Z+平面，0度在X+，90度在Y+向。*