三坐標測量技術應用 課件 1.三坐標測量機基礎

三坐標測量機基礎知識一、坐標測量方法二、三坐標測量機的工作原理三、三坐標測量機的發(fā)展四、三坐標測量機的類型五、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)六、三坐標測量機的應用七、三坐標測量機工作環(huán)境主要內(nèi)容一、坐標測量方法坐標測量法是幾何量測量最基本最常用的測量方法，通過測量被測幾何要素上若干個點的位置坐標繼而求得被測參量。

包括采樣讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理兩個步驟。實現(xiàn)測量的關鍵是建立被測參量和采樣點在測量機坐標系中的坐標關系模型。

基于坐標測量原理，將被測物體置于坐標測量機的測量空間，獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據(jù)這些點的空間坐標值，經(jīng)過數(shù)學運算，求出被測的幾何尺寸、形狀和位置。一、坐標測量方法一維測量用于測量單方向的長度，實際上是單坐標測量機；一、坐標測量方法二維測量具有X和Y兩個方向移動的工作臺，用于測量平面上各點的坐標位置，即兩坐標測量機。一、坐標測量方法三維測量二、三坐標測量機工作原理要測量工件上兩孔的孔徑大小及孔心距O1O2，利用坐標測量原理，則應先測出P1、P2、P3三點坐標值，根據(jù)這三點坐標即可計算出孔心O1的坐標及孔徑。然后根據(jù)P4、P5、P6三點求出出孔心O2的坐標及孔徑，再利用O1、O2孔心坐標計算中心距。二、三坐標測量機工作原理三坐標測量機是由三個相互垂直的運動軸X，Y，Z建立起一個直角坐標系，測頭的一切運動都在這個坐標系中進行，測頭的運動軌跡由測球中心點來表示。測量時，把被測零件放在工作臺上，測頭與零件表面接觸，三坐標測量機的檢測系統(tǒng)可以隨時給出測球中心點在坐標系中的精確位置。當測球沿著工作的幾何面型面移動時，就可以得出被測幾何型面上各點的坐標值。將這些數(shù)據(jù)送入計算機，通過相應的軟件進行處理，就可以精確的計算出被測工件的幾何尺寸及其相關誤差。二、三坐標測量機工作原理三坐標測量機可定義為“采用觸發(fā)式、掃描式等形式的傳感器隨X、Y、Z三個相互垂直的導軌相對移動，與固定于工作臺上的被測件接觸或非接觸發(fā)訊、采樣，并通過數(shù)據(jù)處理器或計算機等計算出工件各點坐標及各項功能測量的儀器”。三、三坐標測量的發(fā)展1956年，英國Ferranti公司，第一臺坐標測量機出現(xiàn)(光柵的出現(xiàn))1963年，意大利DEA推出大型機(2500x1600x600mm)，第一臺龍

門式測量機ALPHA1972年，英國Renishaw推出接觸式觸發(fā)測頭，精度能達到0.01mm

以內(nèi)1973年，ZEISS、Leitz推出掃描測頭1974年，Brown&Sharpe推出CNC(Computernumericalcontrol)數(shù)

控測量機1989年，Brown&Sharpe推出基于CAD系統(tǒng)的測量軟件2001年，Wilcox推出DCI(DigitalCinemaInitiatives)、DCT(DiscreteCosineTransform)技術

2003年，Hexagon推出EMS概念及面向任務的測量解決方案2005年，Hexagon推出多尺寸測量范疇(大、中、微尺寸)概念第一個里程碑

第一臺坐標測量機的誕生,1956年英國Ferranti公司長度量的數(shù)字化-光柵的應用

為應用計算機處理及數(shù)控打下了基礎

光柵信號莫爾條紋第二個里程碑

觸發(fā)測頭和比例測頭的出現(xiàn)把測量機精度提到微米及亞微米級，并為應用計算機處理及數(shù)控打下了基礎。第三個里程碑

CNC(Computernumericalcontrol)測量機及其附件的出現(xiàn)，使測量機成為制造產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺少的一員。

第四個里程碑

形成了以CAD為核心的產(chǎn)品數(shù)字信息鏈。測量機不再是消極的GO/NOGO的作用，而被用作逆向設計、生產(chǎn)監(jiān)測、信息統(tǒng)計、反饋的重要手段。

第五個里程碑

面向?qū)ο蠛腿蝿盏腅MS(電子制造服務)系統(tǒng)：整個企業(yè)的幾何量測量均有坐標測量的共同特性，軟件可以通用、共享、互補，利用計算機數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術把產(chǎn)品的設計、加工和評價無縫連接起來。

第六個里程碑

多尺寸測量的機念：幾何量的測量無所不在，不僅存在于傳統(tǒng)的構(gòu)架式測量機，還包括大至宇宙、地球、城市小至醫(yī)學、微電子納米的測量，而坐標測量的概念、軟件的處理方法和探測系統(tǒng)均有它的通用性或相似性。

大尺寸地球山脈城市建筑中等尺寸

飛機汽車貨車火車小尺寸

工業(yè)零件電子零件納米生物電子構(gòu)造宇宙空間行星星際銀河系<1000Km<10m<100um<20um<0.3um垂直軸│測量流程和手段水平軸--測量范圍和精度探測系統(tǒng)硬件軟件及服務核心載體信息采集用戶?？怂箍店P于尺寸測量的規(guī)劃中國測量機行業(yè)的發(fā)展中國坐標測量機行業(yè)；70年代的先行者：天大、新天、上機等；80年代許可證生產(chǎn)：

303，新天、上機；90年代形成基地：前哨、303。4傳統(tǒng)測量技術三坐標測量技術對工件要進行人工的精確及時的調(diào)整不需要對工件進行特殊調(diào)整專用測量儀和多工位測量很難適應測量任務的改變簡單的調(diào)用所對應的軟件完成測量任務與實體標準或運動標準進行測量比較與數(shù)學的或數(shù)字模型進行測量比較尺寸、形狀和位置測量在不同的儀器上進行尺寸、形狀和位置的評定在一次安裝中即可完成不相干的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生完整的數(shù)字信息，完成報告輸出手工記錄測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和CAD設計三坐標測量技術與傳統(tǒng)測量技術比較三、三坐標測量的發(fā)展世界坐標測量機行業(yè)的特點面向市場的普及型測量機,特別是汽車工業(yè)的需求軟件測量機的行業(yè)化特點,鈑金件，曲面，難測零件；改造測量機市場的形成；應用由產(chǎn)品測量到研發(fā)產(chǎn)品,CＡＤ的結(jié)合，逆向工程的應用；5三坐標測量機的發(fā)展趨勢（1）普及高速測量采用非接觸測頭，可避免頻繁加速、減速、碰撞等，大大提高測量速度。（2）新材料和新技術的應用在傳統(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼基礎上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料，采用了重量輕、剛性好、導熱性強的合金材料，來制造測量機上的運動機構(gòu)部件，將由溫度變化所產(chǎn)生的熱變形減至最低。（３）控制系統(tǒng)的改進利用批量生產(chǎn)的價廉而性能高的計算機模板來設計專用測量機數(shù)字控制系統(tǒng)。（4）測量機測頭的發(fā)展采用非接觸測頭，發(fā)展光學三坐標測量機，發(fā)展具有高精度、較大量程、能用于掃描測量的模擬測頭，以及能伸入小孔、用于測量微型零件的專門測頭（5）軟件技術的革新包括能進行自動編程、按測量任務對測量機進行優(yōu)化、故障自動診斷等方面的內(nèi)容。三、三坐標測量的發(fā)展四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)機械系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)1—工作臺2—移動橋架3—中央滑架4—Z軸1、機械系統(tǒng)傳動部件四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)2、測量系統(tǒng)光柵系統(tǒng)測頭系統(tǒng)四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)光柵系統(tǒng)四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)按運動形式分：直線型---主光柵為直尺形→直線移動旋轉(zhuǎn)型---主光柵為圓盤形→旋轉(zhuǎn)運動四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)測頭系統(tǒng)四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)測座手動測座MH8、MH20i、MIP、TESA-STAR自動測座PH10T、PH10M、PH10MQ測座控制器PHC10、PHC10-2四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)測頭觸發(fā)測頭TP20、TP200、TP6、TP2接觸掃描測頭SP600、SP25、LSP-X5光學掃描測頭METRIS、NEXTEC、OTM3M四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)測針和加長桿四、三坐標測量機的結(jié)構(gòu)3、電氣系統(tǒng)五、三坐標測量機的分類(1)數(shù)字顯示及打印型：主要用于幾何尺寸測量，技術水平低，目前已基本被淘汰。(2)帶有計算機進行數(shù)據(jù)處理型：目前應用較多。測量仍為手動或機動，用計算機處理測量數(shù)據(jù)，可完成諸如工件安裝傾斜的自動校正計算、坐標變換、孔心距計算、偏差值計算等數(shù)據(jù)處理工作。(3)計算機數(shù)字控制型：技術水平較高，可像數(shù)控機床一樣，按照編制好的程序自動測量1、按CMM的技術水平分類五、三坐標測量機的分類按最長一個坐標軸方向上的測量范圍分小型坐標測量機：測量范圍＜500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的測量。(2)中型坐標測量機：測量范圍：500～2000mm，應用最多的機型，主要用于箱體、模具類零件測量(3)大型坐標測量機：測量范圍＞2000mm，主要用于汽車與發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機葉片等大型零件的測量。2、按CMM的測量范圍分類五、三坐標測量機的分類五、三坐標測量機的分類優(yōu)點：承重好，開敞性好，受地基影響小;缺點：精度中等，適于中小尺寸。移動橋式Global移動橋式固定橋式優(yōu)點：精度高，穩(wěn)定性高;缺點承重低，占地面積大，適于中小尺寸。L型橋式（中心門移動式）ZOO3LZOO3L/251010ZOO3L/201210ZOO3L/30107龍門式（高架橋式）優(yōu)點：適于大尺寸：缺點：對地基要求高，精度中等，不適用于汽車內(nèi)飾件測量。LAMBDA(XXL)空間精度自U3=7+9L/1000水平臂式（橫臂立柱式）優(yōu)點：適于大尺寸，特別是高度較高的于汽車總體及內(nèi)飾件測量，可以兩臺或三臺組合;缺點：對地基要求高，精度一般。

BRAVO、MAESTRO、VENTO水平臂測量機

滿足現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)實時監(jiān)控的需要水平臂測量機立柱式（坐標鏜式）移動工作臺懸臂測量機（單柱固定式）固定工作臺懸臂測量機（單柱移動式）圖7關節(jié)臂式坐標測量機六、三坐標測量機的應用1、箱體類零件檢測采用傳統(tǒng)的檢測手段對復雜箱體類零件（如齒輪箱，發(fā)動機箱體或者是由簡單的自由形狀曲面組成的沖壓模、鑄模、玻殼工件等）進行測量時，存在很多困難，如零件基準建立困難，數(shù)據(jù)處理復雜，有些關聯(lián)要素還需經(jīng)過組合測量才能得到等。六、三坐標測量機的應用2、復雜幾何形狀零件檢測復雜幾何形狀零件主要由具有明確數(shù)學定義的復雜曲線、曲面構(gòu)成，如各種類型的齒輪、齒輪加工刀具、凸輪軸、配對螺旋壓縮機轉(zhuǎn)子部件、蝸桿蝸輪以及拉刀等。六、三坐標測量機的應用3、自由形狀輪廓曲面檢測自由形狀輪廓曲面（如模具、沖壓件、塑料件和一些家電產(chǎn)品，如電話、手機、計算機鍵盤）和大型的自由曲面（如汽車車身、飛機的構(gòu)件以及船體等）六、三坐標測量機的應用4、自由曲面形狀工件的逆向設計七、三坐標測量機的工作環(huán)境七、三坐標測量機的工作環(huán)境七、三坐標測量機的工作環(huán)境氣源要求供氣壓力： 0.55-0.8MPa耗氣量（最?。?0.14立方米/分鐘含水： <6克/立方米含油： <0.49克/立方米微粒大?。? <15微米微粒濃度： <0.81克/立方米 七、三坐標測量機的工作環(huán)境電源要求輸入電壓 220V±10%最大電流 約6A（控制系統(tǒng)） 約6A（標配計算機） 功率 控制柜＋計算機＋打印機（2000W左右） 不同的配置，最大功率不同附

錄精度是表示觀測值與真值的接近程度。每一種物理量精度是表示觀

測值與真值的接近程度。每一種物理量要用數(shù)值表示時，必須先要制定

一種標準，并選定一種單位

(unit)。幾何量檢測通常以國際標準ISO及與

之對應的國家標準GB/T中關于《產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范（GPS）》的若干標準為依據(jù)。在機械加工中常規(guī)理解的精度與檢測如下表1。精度等級尺寸精度范圍Ra值范圍（μm）相應的加工方法度量衡單位檢測精度常用量具低精度IT13～IT1125～12.5

粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、鉆孔等0.1mm0