坐標(biāo)測量技術(shù)規(guī)范

1、坐標(biāo)測量技術(shù)規(guī)范三坐標(biāo)測量技術(shù)規(guī)范三坐標(biāo)測量技術(shù)規(guī)范1 測量準(zhǔn)備 21.1 基本原則 21.2 測量準(zhǔn)備 22 工件裝夾 22.1 產(chǎn)品形狀的保持 22.2 裝夾方位 22.3 裝夾技巧 23 測量 33.1 測量的內(nèi)容和次序 33.2 基準(zhǔn)點(diǎn)組的測量 33.3 線的測量 33.4 面的測量 43.5 對稱部分的測量 53.6 測量密度 53.7 測量可靠性 54 測量數(shù)據(jù)管理 54.1 數(shù)據(jù)分類與分割 64.2 數(shù)據(jù)文件命名 64.3 填寫測量報告 64.4 數(shù)據(jù)保存 72 數(shù)據(jù)處理 72.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 72.2 重定位整合 72.2.1 應(yīng)用背景 72.2.2 重定位整合原理 72.2.3

2、 重定位整合操作 92.3 對稱基準(zhǔn)重建 102.4 變形處理 103 設(shè)備維護(hù) 10附1 ：三坐標(biāo)測量報表 111 測量準(zhǔn)備1.1 基本原則產(chǎn)品測量遵循以下基本原則：所有零部件應(yīng)盡可能在裝配狀態(tài)下測量，在裝配狀態(tài)下無法測量的部分可分兩種情況處理：一是零件之間互相遮擋的部分，可采取逐層拆卸逐層測量的方法進(jìn)行。二是零件的反面，應(yīng)采用重定位的方法進(jìn)行。在拆卸任何零件之前均應(yīng)測量其重定位基準(zhǔn)（重定位基準(zhǔn)點(diǎn)或邊界線），并注意在拆卸過程中保證產(chǎn)品上的所有零件不發(fā)生變形。1.2 測量準(zhǔn)備為了方便測量，提高測量速度，在測量前應(yīng)對零件上不明顯的輪廓（倒圓）進(jìn)行描點(diǎn)。點(diǎn)應(yīng)描在輪廓的中心線上，并盡可能光順。可通過

3、觀察平行光（日光或日光燈）在輪廓上反射光線形成的條紋來輔助描點(diǎn)。2 工件裝夾2.1 產(chǎn)品形狀的保持確保裝配體及其每個零件在測量狀態(tài)下的形狀與使用狀態(tài)下一致，不得使產(chǎn)品在裝夾時發(fā)生變形。對于剛性較好的裝配體，應(yīng)在裝夾時自然放置在支架上，然后進(jìn)行加固。而對于柔性或已經(jīng)產(chǎn)生變形的工件，則應(yīng)用強(qiáng)行約束使其形狀恢復(fù)至使用狀態(tài)，然后再安裝到支架上固定。應(yīng)利用支架、墊塊等輔助工具保證每一個零件的各部分以及整個裝配體的剛性。特別注意在對裝配體逐層拆卸、逐層測量時，應(yīng)確保每一零件不發(fā)生變形。2.2 裝夾方位將工件放置在三坐標(biāo)測量機(jī)的測量范圍內(nèi)，如不能在一次裝夾位置下完成測量，則可進(jìn)行多次定位，稱為重定位。重定位

4、應(yīng)注意以下原則：（1）使每次定位所能達(dá)到的測量范圍最大化，以減少重定位次數(shù)。（2）每次定位應(yīng)與之前的某次定位有盡可能大的重合測量區(qū)域，以保證定位基準(zhǔn)的設(shè)置和重定位變換的精度。（3）應(yīng)盡可能減少重定位變換（即每次定位向第一次定位進(jìn)行坐標(biāo)位變換）的中間環(huán)節(jié)盡可能少（詳見數(shù)據(jù)處理部分有關(guān)“重定位”的敘述），以減少累積誤差。工件的放置應(yīng)便于測量人員的操作，將復(fù)雜部位放置在易于測量的位置。重要的測量面應(yīng)盡可能放置成水平或垂直狀態(tài)，工件的對稱面應(yīng)盡可能平行于測量機(jī)的坐標(biāo)平面。2.3 裝夾技巧（1）采用棉花堆積并澆502的方法可完成點(diǎn)接觸的加固。（2）大變形產(chǎn)品在拆卸前可用麻線繃緊并固定在易于變形的位置，產(chǎn)

5、品拆下后將其恢復(fù)至麻線繃緊的狀態(tài)即可作為對裝配狀態(tài)的近似模擬。3 測量3.1 測量的內(nèi)容和次序測量的內(nèi)容包括基準(zhǔn)點(diǎn)、分型（邊界）線、輪廓線、面、結(jié)構(gòu)等。測量的次序按如下原則制訂：（1）先難后易：即先測量難度較大的部分。（2）先重后輕：即先測量重要的部分。如基準(zhǔn)點(diǎn)、分型線等。（3）先配合后個體：即先測量裝配結(jié)合部分。（4）先整體后細(xì)節(jié)：即先完成主體的形位測量，再補(bǔ)充細(xì)節(jié)。當(dāng)然，在安排次序時，還要結(jié)合下面的具體情況靈活處理：（1）造型進(jìn)度的需要。（2）在同一次定位下完成盡可能多的數(shù)據(jù)測量。（3）測量器具的局限。如探針在同一方位下可測量盡可能多的數(shù)據(jù)，以減少探針的換位次數(shù)。3.2 基準(zhǔn)點(diǎn)組的測量基準(zhǔn)

6、點(diǎn)組由三個基準(zhǔn)點(diǎn)組成，是進(jìn)行重定位變換的依據(jù)。基準(zhǔn)點(diǎn)的生成及測量要求如下：（1）基準(zhǔn)點(diǎn)必須設(shè)定在重復(fù)定位后可以測量到的范圍內(nèi)，最好能用于多次重復(fù)定位。用針尖在產(chǎn)品表面（可貼紙）點(diǎn)出，要求點(diǎn)徑微?。ㄖ睆?.2mm以內(nèi)）并且醒目。（2）重復(fù)測量可靠性和精度要求高，兩次定位下的測量重復(fù)誤差（指三點(diǎn)之間的間距測量重復(fù)誤差）不超過0.2mm。為此可以采取多次測量取平均值的方法提高可靠性。（3）基準(zhǔn)點(diǎn)所形成的三角形面積要盡可能大，邊長應(yīng)有明顯差異（大于5mm）。3.3 線的測量當(dāng)測量人員直接對邊界線進(jìn)行測量時，由于難以將探針尖對準(zhǔn)邊界線，因此常常造成較大的測量誤差，效率也較低。為此，可采用如下方法改進(jìn)：在

7、邊界線某一側(cè)的面（面1）上、并且在距邊界線不遠(yuǎn)處（1mm以內(nèi)）采點(diǎn)（稱為邊界附近測量點(diǎn)），然后測量邊界線另一側(cè)面（面2）的完整數(shù)據(jù)。在造型時，先完成面2的制作，然后直接將邊界附近測量點(diǎn)投影在面2上即可作為邊界線測量結(jié)果。圖1中是兩個典型情況的示意。采用這一方法時有兩點(diǎn)需要特別注意：一是邊界附近測量點(diǎn)一定要在離邊界足夠近，以保證投影的準(zhǔn)確性；二是面2的測量數(shù)據(jù)一定要完整，否則一旦面2無法制作，則邊界線無法求出。本方法將邊界線的測量轉(zhuǎn)化為邊界線附近的面內(nèi)點(diǎn)的測量，避開了對邊界線的直接測量，不僅保證的測量精度，還有效提高了測量效率。(a)(b)圖13.4 面的測量平面的測量應(yīng)使測量點(diǎn)形成的多邊形面積

8、盡可能大，以保證測量精度。曲面的測量應(yīng)注意使掃描方向與曲面的長度方向垂直如圖2（a）。當(dāng)曲面長度與寬度基本相同時，應(yīng)考慮采用網(wǎng)格掃描，如圖2（b）。（a）(b)圖2當(dāng)然，一些簡單曲面如直紋面只需要測量上、下兩條邊界線即可。對于特殊曲面的測量需要與造型人員協(xié)商確定。3.5 對稱部分的測量對稱的曲面一般只需要測量一半。輪廓線和結(jié)構(gòu)除了完整測量其中一半之外，還需要對另外一半進(jìn)行部分測量，以取得足以進(jìn)行對稱基準(zhǔn)重建的數(shù)據(jù)。在選擇另一半用于對稱基準(zhǔn)重建的輪廓線進(jìn)行測量時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）輪廓線的范圍要足夠大，最好在對稱部分的全范圍內(nèi)分布。（2）要選擇足夠清晰、變形小、重要的輪廓線進(jìn)行測量，一般采用

9、分型線。（3）輪廓線可以分段測量，測量密度也可適當(dāng)減小。3.6 測量密度測量密度應(yīng)掌握兩個基本原則：（1）最少增半：即按需要的最小測量密度的1.5倍進(jìn)行測量，以確保數(shù)據(jù)的完備性。如圓弧線的測量至少需要三點(diǎn)，實(shí)際測量4到5個點(diǎn)。（2）急密緩疏/疏密有致：在曲率較大處測量密度高，曲率較小處測量密度低。在多個面的交會處、變化較多的細(xì)節(jié)部分等需要增加密度，以確保測量的完備性。3.7 測量可靠性確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)保存可靠的幾個措施：（1）為防止測量設(shè)備精度飄移，必須在一定的時間間隔內(nèi)（建議為半小時）進(jìn)行零點(diǎn)復(fù)校。如出現(xiàn)零點(diǎn)超差（一般為0.2mm），則該時間間隔內(nèi)的測量數(shù)據(jù)全部報廢。（2）同一次零點(diǎn)校

10、驗(yàn)的操作應(yīng)做兩次，并進(jìn)行對比以防止操作失誤。（3）在多名測量人員進(jìn)行配合測量時，應(yīng)按零件、測量屬性進(jìn)行明確的分工，以防止漏測及重復(fù)測量。即使增加了零點(diǎn)校驗(yàn)的次數(shù)，總體上還是提高 了效率。（4）重要的工件應(yīng)制作并測量重定位基準(zhǔn)，以備補(bǔ)測數(shù)據(jù)。4 測量數(shù)據(jù)管理2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)和要求：（1）將測量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為CAD軟件可識別的IGES格式，合并后以產(chǎn)品名稱或用戶指定的名稱分類保存。（2）不同產(chǎn)品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在不同的文件中，并在IGES文件中分層分色。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使用三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成，操作方法見軟件用戶手冊。2.2 重定位整合2.2.1 應(yīng)用背景在產(chǎn)

11、品的測繪過程中，往往不能在同一坐標(biāo)系將產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)一次測出。其原因一是產(chǎn)品尺寸超出測量機(jī)的行程，二是測量探頭不能觸及產(chǎn)品的反面，三是在工件拆下后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失，需要補(bǔ)測。這時就需要在不同的定位狀態(tài)（即不同的坐標(biāo)系）下測量產(chǎn)品的各個部分，稱為產(chǎn)品的重定位測量。而在造型時則應(yīng)將這些不同坐標(biāo)系下的重定位數(shù)據(jù)變換到同一坐標(biāo)系中，這個過程稱為重定位數(shù)據(jù)的整合。對于復(fù)雜或較大的模型，測量過程中常需要多次定位測量，最終的測量數(shù)據(jù)就必需依據(jù)一定的轉(zhuǎn)換路徑進(jìn)行多次重定位整合，把各次定位中測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個公共定位基準(zhǔn)下的測量數(shù)據(jù)。2.2.2 重定位整合原理工件移動（重定位）后的測量數(shù)據(jù)與移動前的測量數(shù)據(jù)存在著

12、移動錯位，如果我們在工件上確定一個在重定位前后都能測到的形體（稱為重定位基準(zhǔn)），那么只要在測量結(jié)束后，通過一系列變換使重定位后對該形體的測量結(jié)果與重定位前的測量結(jié)果重合，即可將重定位后的測量數(shù)據(jù)整合到重合前的數(shù)據(jù)中。重定位基準(zhǔn)在重定位整合中起到了紐帶的作用，如圖4所示。圖4圖5給出了因被測量物體的尺寸超出了測量范圍而必須進(jìn)行兩次定位的示意。其中，圖5(a)和圖5(b)分別為第一次定位和第二次定位的情況。在被測物體上選取不共線且在兩次定位狀態(tài)下均可測量的三個點(diǎn)A、B和C，稱為重定位基準(zhǔn)點(diǎn)。設(shè)在第一次定位狀態(tài)下測得A、B、C的坐標(biāo)值分別為(x1,y1,z1) 、(x2,y2,z2)和(x3,y3,

13、z3)。在第二次定位狀態(tài)下測得的坐標(biāo)值分別為(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)。由于工件發(fā)生過移動，如果不進(jìn)行重定位整合，直接將兩次定位下的測量數(shù)據(jù)合并， 就會產(chǎn)生如圖5（c）的結(jié)果。如果我們利用一系列變換，將第二次定位下測量得到的A、B、C三點(diǎn)“拖動”至與第一次定位下的測量結(jié)果重合，同時第二次定位下的其它測量數(shù)據(jù)也跟著進(jìn)行同樣的變換，則可將第二次定位下的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到第一次定位下的坐標(biāo)系中，從而完成兩次定位下的數(shù)據(jù)整合，如圖5（d）。除了利用基準(zhǔn)點(diǎn)外，還常常采用基準(zhǔn)線進(jìn)行重定位整合，即在兩次定位中分別測量產(chǎn)品上的同一條邊界線或輪廓線（稱為重定位基準(zhǔn)線，如圖5中標(biāo)

14、出的兩條粗線段），然后將第二次定位下的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列變換，使兩次定位下的重定位基準(zhǔn)線重合，即可將第二次定位測量數(shù)據(jù)整合到第一次定位中。(a)第一次定位(b) 第二次定位（c）直接合并的結(jié)果(d) 重定位整合的結(jié)果圖42.2.3 重定位整合操作首先，重定位基準(zhǔn)（無論是基準(zhǔn)點(diǎn)還是基準(zhǔn)線）必須設(shè)置在兩次定位下都能進(jìn)行精確測量的位置。當(dāng)需要進(jìn)行兩次以上的重定位時，應(yīng)將所有重定位下的測量數(shù)據(jù)整合到第一次定位中。如果在第N次定位與第一次定位之間不能設(shè)置重定位基準(zhǔn)，則它不能直接與第一次定位進(jìn)行整合，需要通過另外的定位間接地整合到第一次定位中。例如，在某次測量中做了5次定位，其中第5次定位與第3次定位之間

15、設(shè)置了重定位基準(zhǔn)，而第3次定位與第一次定位之間存在重定位基準(zhǔn)，則可先將第5次定位下的測量數(shù)據(jù)整合到第3次定位中，然后再與第3次定位一起整合到第一次定位中。這一整合過程稱為重定位整合路徑，簡寫為5-3-1。顯然，重定位整合路徑必須以1為結(jié)束，即最終整合到第一次定位中。而且該路徑越短越好，以減少中間過程的累積誤差。這就要求測量人員合理地規(guī)劃重定位，使每次定位都能以最短的路徑整合到第一次定位中。三個重定位基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成一個重定位基準(zhǔn)，稱為一個重定位基準(zhǔn)點(diǎn)組（簡稱基準(zhǔn)點(diǎn)組），并以組號區(qū)分不同的基準(zhǔn)點(diǎn)組。在測量文件的命名規(guī)則中，基準(zhǔn)點(diǎn)的屬性以字母b表示，其后的數(shù)字表示基準(zhǔn)點(diǎn)組號。例如3-2b1和3-3b1分

16、別表示在第2、3次定位下測得的零件3上的第1組基準(zhǔn)點(diǎn)，即在兩次定位下對同一組基準(zhǔn)點(diǎn)的測量結(jié)果。這一組基準(zhǔn)點(diǎn)也就是第2次和第3次定位之間的重定位基準(zhǔn)。中以組號要求三點(diǎn)形成的三角形面積盡可能大。同樣，重定位基準(zhǔn)線要求最大限度地覆蓋測量范圍，以減少重定位誤差。利用基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行重定位整合可通過三坐標(biāo)測量輔助處理系統(tǒng)自動完成（操作方法見軟件用戶手冊）。而利用基準(zhǔn)線進(jìn)行重定位整合則需要手工完成。在實(shí)際應(yīng)用中，往往將兩種重定位基準(zhǔn)結(jié)合使用，即先用重定位點(diǎn)進(jìn)行快速的初步整合，然后再利用基準(zhǔn)線進(jìn)行更細(xì)致的調(diào)整。 2.3 對稱基準(zhǔn)重建對稱的產(chǎn)品在造型前必須確定其對稱面（對稱基準(zhǔn)），稱為對稱基準(zhǔn)重建。具體方法是對產(chǎn)品

17、進(jìn)行一系列變換，使XZ坐標(biāo)平面成為其對稱基準(zhǔn)。在變換的過程中，不斷將產(chǎn)品關(guān)于XZ平面作鏡像，判斷其在XZ平面的左右兩部分在鏡像后是否重合，若重合則表面產(chǎn)品所處的位置已經(jīng)關(guān)于XZ平面對稱，于是完成對稱基準(zhǔn)重建。在造型時，只需要完成XZ平面一側(cè)的建模，然后關(guān)于XZ平面鏡像即得到另一側(cè)的造型結(jié)果，從而保證產(chǎn)品的對稱特征，并提高了效率。對稱基準(zhǔn)重建可利用三坐標(biāo)測量輔助處理系統(tǒng)快速完成，操作方法見軟件用戶手冊。2.4 變形處理在產(chǎn)品發(fā)生變形的情況下，可采取以下措施減少變形的影響：（1）重定位必須采用基準(zhǔn)線整合，由于產(chǎn)品的變形，兩次定位下的基準(zhǔn)線無法完全重合。但是，對于一個范圍很小的區(qū)域，我們可以近似地認(rèn)

18、為沒有變形，因此可利用該范圍內(nèi)的基準(zhǔn)線對其附近的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。因此，我們可以將整個產(chǎn)品分割為若干小區(qū)域，分別進(jìn)行整合即可。（2）可將產(chǎn)品分割為若干小區(qū)域，對每一個區(qū)域的數(shù)據(jù)根據(jù)產(chǎn)品整體變形的情況進(jìn)行位置調(diào)整，使整體變形得到修正。這一方法會使各個區(qū)域在銜接處發(fā)生錯位，區(qū)域分割越細(xì)，錯位越小。4.1 數(shù)據(jù)分類與分割測量數(shù)據(jù)按屬性可分為：基準(zhǔn)點(diǎn)、輪廓線、掃描線、邊界線、平面、結(jié)構(gòu)等。測量數(shù)據(jù)應(yīng)按測量屬性、測量區(qū)域分割為不同的數(shù)據(jù)文件。分割基本原則為：（1）不同屬性的測量數(shù)據(jù)應(yīng)分為不同的文件。（2）需要單獨(dú)處理的數(shù)據(jù)（如用于對稱基準(zhǔn)重建的邊界線、用于重定位整合的基準(zhǔn)點(diǎn)或線等等）應(yīng)單獨(dú)存放在文件中。（3）重要的數(shù)據(jù)應(yīng)單獨(dú)存放。（4）容易混淆的測量數(shù)據(jù)（如兩條相近的線）應(yīng)分開存放。4.2 數(shù)據(jù)文件命名標(biāo)準(zhǔn)的測量文件命名由五個部分組成，總共不允許超過8個字符，如圖3示例。圖3零件號用于在裝配體中區(qū)分不同的零件。定位序號表示該文件所包含的測量數(shù)據(jù)是在第幾次定位下的測量結(jié)果。測量屬性符標(biāo)明了測量數(shù)據(jù)的屬性，其中字母B表示定位基準(zhǔn)，L表示輪廓線，M表示掃描線，E表示邊界線，P表示平面，O表示結(jié)構(gòu)線。一般情況下，文件序號用于區(qū)分對同一零件、在同一次定位下、具有相同測量屬性的不同區(qū)域的測量數(shù)據(jù)。顯然，在不同的定位下，即使相