三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)時(shí)間：2013-02-28 16:44:46來源： 作者：一、測(cè)量機(jī)的組成1）測(cè)量機(jī)主機(jī)這是測(cè)量機(jī)的基本硬件，有多種結(jié)構(gòu)形式：活動(dòng)橋式；活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)是使用最為廣泛的一種機(jī)構(gòu)形式。特點(diǎn)是開敞性比較好，視野開闊，上下零件方便。運(yùn)動(dòng)速度快，精度比較高。有小型、中型、大型幾種形式。固定橋式；固定橋式測(cè)量機(jī)由于橋架固定，剛性好，動(dòng)臺(tái)中心驅(qū)動(dòng)、中心光柵阿貝誤差小，以上特點(diǎn)使這種結(jié)構(gòu)的測(cè)量機(jī)精度非常高，是高精度和超高精度的測(cè)量機(jī)的首選結(jié)構(gòu)。高架橋式；高架橋式測(cè)量機(jī)適合于大型和超大型測(cè)量機(jī)，適合于航空、航天、造船行業(yè)的大型零件或大型模具的測(cè)量。一般都采用雙光柵、雙驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，提高精度

2、。水平臂式；水平臂式測(cè)量機(jī)開敞性好， 測(cè)量范圍大，可以由兩臺(tái)機(jī)器共同組成雙臂測(cè)量機(jī)，尤其適合汽車工業(yè)鈑金件的測(cè)量。關(guān)節(jié)臂式。關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)具有非常好的靈活性，適合攜帶到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量， 對(duì)環(huán)境條件要求比較低。活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)為例，主要組成及功能：工作臺(tái)（一般采用花崗石），用于擺放零件支撐橋架；工作臺(tái)放置零件時(shí)，一般要根據(jù)零件的形狀和檢測(cè)要求，選擇適合的夾具或支撐。要求零件固定要可靠，不使零件受外力變形或其位置發(fā)生變化。大零件可在工作臺(tái)上墊等高塊，小零件可以放在固定在工作臺(tái)上的方箱上固定后測(cè)量。橋架，支撐 Z滑架，形成互相垂直的三軸；橋架是測(cè)量機(jī)的重要組成部分，由主、附腿和 橫梁、滑架等組成。橋架的

3、驅(qū)動(dòng)部分和光柵基本都在主腿一側(cè)，附腿主要起輔助支撐的作用。由于這個(gè)原因，一般橋式測(cè)量機(jī)的橫梁長(zhǎng)度不超過2.5米，超過這個(gè)長(zhǎng)度就要使用雙光柵等措施對(duì)附腿滯后的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，或采用其他機(jī)構(gòu)形式?；?，使橫梁與有平衡裝置的Z軸連接；滑架連接橫梁和 Z軸，其上有兩軸的全部氣浮塊和光柵的讀數(shù)頭、 分氣座。氣浮塊和讀數(shù)頭的調(diào)整比較復(fù)雜，直接影響測(cè)量機(jī)精度，不允許調(diào)整。導(dǎo)軌，具有精度要求的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向軌道，是基準(zhǔn)；導(dǎo)軌是氣浮塊運(yùn)動(dòng)的軌道，是測(cè)量機(jī)的基準(zhǔn)之一。壓縮空氣中的油和水及空氣中的灰塵會(huì)污染導(dǎo)軌，造成導(dǎo)軌道直線度誤差變大， 使測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差增大，影響測(cè)量精度。要保持導(dǎo)軌道完好，避免對(duì)導(dǎo)軌磕碰，定期清潔導(dǎo)軌

4、。 光柵系統(tǒng)（光柵、讀數(shù)頭、零位片），是基準(zhǔn)；光柵系統(tǒng)是測(cè)量機(jī)的測(cè)長(zhǎng)基準(zhǔn)。光柵是刻有 細(xì)密等距離刻線的金屬或玻璃，讀數(shù)頭使用光學(xué)的方法讀取這些刻線計(jì)算長(zhǎng)度。為了便于計(jì)算由于溫度變化造成光柵長(zhǎng)度變化帶來的誤差，采用光柵一端固定，另一端放開，使其自由伸縮。另外在光柵尺座預(yù)置有溫度傳感器，便于有溫度補(bǔ)償功能的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償。零位片的作用是使測(cè)量機(jī)找到機(jī)器零點(diǎn)。機(jī)器零點(diǎn)是機(jī)器坐標(biāo)系的原點(diǎn)，是測(cè)量機(jī)誤差補(bǔ)償和測(cè)量機(jī)行程終控制的基準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（伺服電機(jī)、傳動(dòng)帶）；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)、減速器、傳動(dòng)帶、帶輪等組成。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)影響控制系統(tǒng)的參數(shù)，不能隨便調(diào)整?？諝廨S承氣路系統(tǒng)（過濾器、開關(guān)、傳

5、感器、氣浮塊、氣管）；空 氣軸承（又稱氣浮塊）是測(cè)量機(jī)的重要部件，主要功能是保持測(cè)量機(jī)的各運(yùn)動(dòng)軸相互無摩擦， 由于氣浮塊的浮起高度有限而且氣孔很小，要求壓縮空氣壓力穩(wěn)定且其中不能含有雜質(zhì)、油,也不能有水。過濾器系統(tǒng)是氣路中的最后一道關(guān)卡，由于其過濾精度高， 非常容易被壓縮空氣中的油污染，所以一定要有前置過濾裝置和管道進(jìn)行前置過濾處理。氣路中連接的空氣開關(guān)和空氣傳感器都具有保護(hù)功能，不能隨便調(diào)整。支承（架）、隨動(dòng)帶。小型測(cè)量機(jī)采用支架支撐測(cè)量 機(jī)工作臺(tái)，中、大型測(cè)量機(jī)一般采用千斤頂支撐工作臺(tái)。都采用三點(diǎn)支撐，在一個(gè)支撐的一側(cè)，有兩個(gè)附助支撐，只起保險(xiǎn)作用。每個(gè)支撐都有一個(gè)海綿墊，能夠吸收振幅較小

6、的震動(dòng)，如果安裝測(cè)量機(jī)的附近有幅度較大的震動(dòng)源，要另外采取減震措施。2）控制系統(tǒng)這是測(cè)量機(jī)的控制中樞，主要功能：控制、驅(qū)動(dòng)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)，三軸同步、速度、加速度控制；操縱盒或計(jì)算機(jī)指令通過系統(tǒng)控制單元，按照設(shè)置好的速度、 加速度，驅(qū)動(dòng)三軸直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過光柵和電機(jī)的反饋電路對(duì)運(yùn)行速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使三軸同步平穩(wěn)的按指定軌跡運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軌跡有飛行測(cè)量、點(diǎn)定位兩種方式，飛行方式測(cè)量效率高，運(yùn)動(dòng)時(shí)停頓少。點(diǎn)定位方式適合指定截面或指定位置的測(cè)量?？梢酝ㄟ^語句進(jìn)行設(shè)置。 在進(jìn)入計(jì)算機(jī)指令指定的觸測(cè)的探測(cè)距離時(shí)，控制單元會(huì)控制測(cè)量機(jī)由位置運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換到探測(cè)速度，使測(cè)頭慢速接近被測(cè)零件。在有觸發(fā)

7、信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù)， 對(duì)光柵讀數(shù)進(jìn)行處理；當(dāng)通過操縱盒或計(jì)算機(jī)指令控制運(yùn)動(dòng)的測(cè) 量機(jī)測(cè)頭傳感器與被測(cè)零件接觸時(shí)，測(cè)頭傳感器（簡(jiǎn)稱測(cè)頭”就會(huì)發(fā)出被觸發(fā)的信號(hào)。信號(hào)傳送到控制單元后，立即令測(cè)量機(jī)停止運(yùn)動(dòng)（測(cè)頭保護(hù)功能），同時(shí)鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)。這就是測(cè)量機(jī)測(cè)量的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)補(bǔ)償文件，對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行21項(xiàng)誤差補(bǔ)償；測(cè)量機(jī)在制造組裝完成后，都要使用激光干涉儀和其它檢測(cè)工具對(duì) 21項(xiàng)系統(tǒng)誤差（各軸的兩個(gè)直線度、兩個(gè)角擺誤差、自轉(zhuǎn)誤差、 位置度誤差，三軸之間的兩個(gè)垂直度誤差，共21項(xiàng)）進(jìn)行檢測(cè)，生成誤差補(bǔ)償文件，將這些誤差用軟件進(jìn)行補(bǔ)償，以保證測(cè)量機(jī)精度符合合同的要求。測(cè)頭觸發(fā)后鎖存的每一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)都要

8、經(jīng)過誤差計(jì)算、補(bǔ)償后再傳送給計(jì)算機(jī)軟件。采集溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償；有溫度補(bǔ)償功能的測(cè)量機(jī)，可以根據(jù)設(shè)定的方式自動(dòng)采取各軸光柵和被測(cè)零件的溫度，對(duì)于測(cè)量機(jī)和零件溫度由于偏離20 C帶來的長(zhǎng)度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以保持高精度。3對(duì)測(cè)量機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（行程控制、氣壓、速度、讀數(shù)、測(cè)頭等），采取保護(hù)措施；控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能，對(duì)測(cè)量機(jī)正常工作及安全有影響的部位進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些有異?，F(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)采取保護(hù)措施 （停機(jī)，斷驅(qū)動(dòng)電源），同時(shí)發(fā)出信息通知操作人員。（對(duì)掃描測(cè)頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并控制掃描）；配備有掃描功能的測(cè)量機(jī)，由于掃描測(cè)頭采集的數(shù)據(jù)量非常大，必須有專用的掃描數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理

9、，并控制測(cè)量機(jī)按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運(yùn)動(dòng)。與計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信息交流。雖然控制系統(tǒng)本身就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)， 但是沒有與外界交互動(dòng)介 面，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)都要通過與上位計(jì)算機(jī)的通訊進(jìn)行輸入和設(shè)置?？刂菩畔⒑蜏y(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都通過信息傳輸、交流。交流方式主要是 RS232接口或網(wǎng)卡。3）計(jì)算機(jī)（測(cè)量軟件）計(jì)算機(jī)（又稱上位機(jī)）是數(shù)據(jù)處理中心，主要功能：對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；上位計(jì)算機(jī)通過超級(jí)終端”方式，與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊并實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置等操作。可以使用專用軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)。進(jìn)行測(cè)頭定義和測(cè)頭校正，及測(cè)針半徑補(bǔ)償；不同的測(cè)頭配置和不同的測(cè)頭角度，測(cè)量的坐標(biāo)數(shù)值是不一樣的。為使不同配置和不同測(cè)頭位

10、置測(cè)量的結(jié)果都能夠統(tǒng)一進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量軟件要求進(jìn)行測(cè)量前必須進(jìn)行測(cè)頭校正，以獲得測(cè)頭配置和測(cè)頭角度的相關(guān)信息。以便在測(cè)量時(shí)對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)針半徑補(bǔ)償，并把不同測(cè)頭角度測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)都轉(zhuǎn)換到 基準(zhǔn)”測(cè)頭位置上。建立坐標(biāo)系（零件找正）為測(cè)量的需要，測(cè)量軟件以零件的基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系統(tǒng)，稱零件坐標(biāo)系。零件坐標(biāo)系可以根據(jù)需要，進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。為方便測(cè)量，可以建立多個(gè)零件坐標(biāo)系。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)、處理；測(cè)量軟件可以根據(jù)需要進(jìn)行各種投影、構(gòu)造、擬和計(jì)算，也可以對(duì)零件圖紙要求 的各項(xiàng)形位公差進(jìn)行計(jì)算、評(píng)價(jià)，對(duì)各測(cè)量結(jié)果使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。借助各種專用測(cè)量軟件可以進(jìn)行齒輪、曲線、曲面和復(fù)雜零件的掃描等測(cè)量。編

11、程并將運(yùn)動(dòng)位置和觸測(cè)控制通知控制系統(tǒng)；測(cè) 量軟件可以根據(jù)用戶需要，采用記錄測(cè)量過程和脫機(jī)編程等方法編程，可以對(duì)批量零件進(jìn) 行自動(dòng)和高精度的測(cè)量或掃描。輸出測(cè)量報(bào)告；在測(cè)量軟件中，操作員可以按照自己需要的格式設(shè)置模板，并生成檢測(cè)報(bào)告輸出。傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)到指定網(wǎng)路或計(jì)算機(jī)。通過網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)、程序的輸入和輸出。4）測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集的傳感器系統(tǒng)，主要功能：測(cè)頭傳感器在探針接觸被測(cè)點(diǎn)時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；測(cè)頭部分是測(cè)量機(jī)的重要部件，測(cè)頭根據(jù)其功能有：觸發(fā)式、掃描式、非接觸式（激光、光學(xué)）等。觸發(fā)式測(cè)頭是使用最多的一種測(cè)頭， 其工作原理是一個(gè)開關(guān)式傳感器。當(dāng)測(cè)針與零件產(chǎn)生接觸

12、而產(chǎn)生角度變化時(shí)，發(fā)出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)對(duì)此刻的光柵計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存，經(jīng)處理后傳送給測(cè)量軟件，表示測(cè)量了一個(gè)點(diǎn)。掃描式測(cè)頭有兩種工作模式：一種是觸發(fā)式模式，一 種是掃描式模式。掃描測(cè)頭本身具有三個(gè)相互垂直的距離傳感器，可以感覺到與零件接觸的程度和矢量方向，這些數(shù)據(jù)作為測(cè)量機(jī)的控制分量，控制三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡。掃描測(cè)頭在與零件表面接觸、運(yùn)動(dòng)過程中定時(shí)發(fā)出信號(hào)，采集操作員通過操縱盒或通過控制器使測(cè) 量機(jī)運(yùn)動(dòng)測(cè)針接觸零件，傳感（測(cè)頭）發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制系統(tǒng)將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)鎖存光柵信號(hào)并進(jìn)行誤差計(jì)算計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)選擇的功能進(jìn)行擬合運(yùn)算點(diǎn)數(shù)是否滿足？

13、NO YES測(cè)量點(diǎn)的過程光柵數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)設(shè)置的原則過濾粗大誤差，稱為掃描”掃描測(cè)頭也可以觸發(fā)方式工作，這種方式是高精度的方式，與觸發(fā)式測(cè)頭的工作原理不同的是它采用回退 觸發(fā)方式。測(cè)頭控制器（PI200、PI7 ）控制測(cè)頭工作方式轉(zhuǎn)換（ TP200、TP7）； TP200、TP7測(cè)頭 是高精度測(cè)頭，它們的特點(diǎn)是靈敏度高，可以接比較長(zhǎng)的測(cè)針。但是靈敏度高會(huì)造成測(cè)量機(jī) 高速運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)誤觸發(fā)。測(cè)頭控制器控制測(cè)頭在測(cè)量機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于高阻（不靈敏）狀態(tài)，觸發(fā)時(shí)進(jìn)入靈敏狀態(tài)度轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式時(shí)一般都是以操縱盒的速度控制鍵”進(jìn)行控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即低速運(yùn)動(dòng)時(shí)是測(cè)頭的靈敏狀態(tài)。測(cè)座控制器根據(jù)命令控制測(cè)座旋轉(zhuǎn)到

14、指定角度。測(cè)座控制器可以用命令或程序控制并驅(qū)動(dòng)自動(dòng)測(cè)座的旋轉(zhuǎn)到指定位置。手動(dòng)的測(cè)座只能由人 工手動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)測(cè)座。測(cè)頭（針）更換架可以在程序運(yùn)行中，自動(dòng)更換測(cè)頭（針），避免程 序中的人工干預(yù)，提高測(cè)量效率。二、測(cè)量原理1、在坐標(biāo)空間中，可以用坐標(biāo)來描述每一個(gè)點(diǎn)的位置。2、多個(gè)點(diǎn)可以用數(shù)學(xué)的方法擬合成幾何元素，如：面、線、圓、圓柱、圓錐等。3、利用幾何元素的特征，如：圓的直徑、圓心點(diǎn)、面的法矢、圓柱的軸線、圓錐頂點(diǎn)等可 以計(jì)算這些幾何元素之間的距離和位置關(guān)系、進(jìn)行形位公差的評(píng)價(jià)。4、將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式編寫成程序軟件，利用軟件可以進(jìn)行特殊零件的檢測(cè)。齒輪、葉片、 曲線曲面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。5、主要算法是最

15、小二乘法。三、坐標(biāo)系的概念1、 制定了正向的直線稱為軸，加入刻度后稱為數(shù)軸?？梢员硎军c(diǎn)的1D位置。2、在平面上選定兩條互相垂直的數(shù)軸，分別指定這兩條數(shù)軸的正向，把兩數(shù)軸的交點(diǎn)稱為 原點(diǎn)，形成一個(gè)平面（直角）坐標(biāo)系（2D ）。平面坐標(biāo)系可分為四個(gè)象限，用不同符號(hào)組合，可 以表示點(diǎn)在各象限的位置。平面直角坐標(biāo)系（2D）空間直角坐標(biāo)系（3D）3、 三條互相垂直的坐標(biāo)軸和三軸相交的原點(diǎn)，構(gòu)成三維空間坐標(biāo)系（3D ）。空間的任意一 點(diǎn)投影到三軸就會(huì)有三個(gè)相應(yīng)的數(shù)值， 有了三軸相應(yīng)數(shù)值，就對(duì)應(yīng)空間點(diǎn)。即把點(diǎn)數(shù)字化描 述?？臻g坐標(biāo)系有 8個(gè)褂限，用不同正負(fù)號(hào)組合可以分辨出點(diǎn)的空間所在的褂限和位置。有三個(gè)工作

16、（投影）平面 XY、YZ、XZ可以進(jìn)行點(diǎn)（元素）的投影。坐標(biāo)系可以根據(jù)需要 進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)。4、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的坐標(biāo)系原始坐標(biāo)系（開機(jī)時(shí)的坐標(biāo)系，沒有意義）。在打開控制系統(tǒng)的瞬間，光柵計(jì)數(shù)單元開始工 作，雖然這時(shí)測(cè)量機(jī)符合坐標(biāo)系的定義，但由于這時(shí)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)誤差補(bǔ)償程序沒有被激活， 所以這個(gè) 原始坐標(biāo)系”寸于我們沒有意義。機(jī)器坐標(biāo)系（回機(jī)器零位后的坐標(biāo)系，又稱機(jī)器坐標(biāo)系）。測(cè)量機(jī)開機(jī)執(zhí)行了回家”過程后，測(cè)量機(jī)三軸光柵都從機(jī)器零點(diǎn)開始計(jì)數(shù)，補(bǔ)償程序被激 活，測(cè)量機(jī)處于正常工作狀態(tài)，這時(shí)測(cè)量的點(diǎn)坐標(biāo)都相對(duì)機(jī)器零點(diǎn)，稱機(jī)器坐標(biāo)系”。零件坐標(biāo)系（利用零件的基準(zhǔn)建立的坐標(biāo)系）。在測(cè)量機(jī)過程中，我們往往需要利用零件的基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系來評(píng)價(jià)公差、進(jìn)行輔助測(cè)量、指定零件位置等，這個(gè)坐標(biāo)系稱零件坐標(biāo)系”。建立零件坐標(biāo)系要根據(jù)零件圖紙指定的A、B、C基準(zhǔn)的順序指定第一軸、 第二軸和坐標(biāo)零點(diǎn)。順序不能顛倒。零件坐標(biāo)系的使用非常靈活、方便，可以為我們提供很多方便。甚至可以利用零件坐標(biāo)系生成我們測(cè)不到元素。為方便測(cè)量一些特殊的數(shù)據(jù)，可以利用零件坐標(biāo)系進(jìn)行輔助測(cè)量。5、零件坐標(biāo)系的意義找正零件（零件的放置與機(jī)器坐標(biāo)系不平行）；零件在工作臺(tái)上放置時(shí)不可能與機(jī)器坐標(biāo)系完全重合，在測(cè)量過程中會(huì)因投影平面等問題出現(xiàn)誤差，所以要使用零件的基準(zhǔn)來建立坐標(biāo)系