三坐標(biāo)測量技術(shù)應(yīng)用 課件 1.三坐標(biāo)測量機基礎(chǔ)

三坐標(biāo)測量機基礎(chǔ)知識一、坐標(biāo)測量方法二、三坐標(biāo)測量機的工作原理三、三坐標(biāo)測量機的發(fā)展四、三坐標(biāo)測量機的類型五、三坐標(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)六、三坐標(biāo)測量機的應(yīng)用七、三坐標(biāo)測量機工作環(huán)境主要內(nèi)容一、坐標(biāo)測量方法坐標(biāo)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(biāo)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(guān)鍵是建立被測參量和采樣點在測量機坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系模型。

基于坐標(biāo)測量原理，將被測物體置于坐標(biāo)測量機的測量空間，獲得被測物體上各測點的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)學(xué)運算，求出被測的幾何尺寸、形狀和位置。一、坐標(biāo)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(biāo)測量機；一、坐標(biāo)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(biāo)位置，即兩坐標(biāo)測量機。一、坐標(biāo)測量方法三維測量二、三坐標(biāo)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(biāo)測量原理，則應(yīng)先測出P1、P2、P3三點坐標(biāo)值，根據(jù)這三點坐標(biāo)即可計算出孔心O1的坐標(biāo)及孔徑。然后根據(jù)P4、P5、P6三點求出出孔心O2的坐標(biāo)及孔徑，再利用O1、O2孔心坐標(biāo)計算中心距。二、三坐標(biāo)測量機工作原理三坐標(biāo)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(biāo)系，測頭的一切運動都在這個坐標(biāo)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(biāo)測量機的檢測系統(tǒng)可以隨時給出測球中心點在坐標(biāo)系中的精確位置。當(dāng)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(biāo)值。將這些數(shù)據(jù)送入計算機，通過相應(yīng)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(guān)誤差。二、三坐標(biāo)測量機工作原理三坐標(biāo)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(dǎo)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(biāo)及各項功能測量的儀器”。三、三坐標(biāo)測量的發(fā)展1956年，英國Ferranti公司，第一臺坐標(biāo)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(dá)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(shù)

2003年，Hexagon推出EMS概念及面向任務(wù)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(biāo)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(yīng)用

為應(yīng)用計算機處理及數(shù)控打下了基礎(chǔ)

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(yīng)用計算機處理及數(shù)控打下了基礎(chǔ)。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(shè)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?wù)的EMS(電子制造服務(wù))系統(tǒng)：整個企業(yè)的幾何量測量均有坐標(biāo)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(luò)技術(shù)把產(chǎn)品的設(shè)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(xué)、微電子納米的測量，而坐標(biāo)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(wù)核心載體信息采集用戶海克斯康關(guān)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(biāo)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(shù)三坐標(biāo)測量技術(shù)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(yīng)測量任務(wù)的改變簡單的調(diào)用所對應(yīng)的軟件完成測量任務(wù)與實體標(biāo)準(zhǔn)或運動標(biāo)準(zhǔn)進行測量比較與數(shù)學(xué)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(shè)計三坐標(biāo)測量技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)比較三、三坐標(biāo)測量的發(fā)展世界坐標(biāo)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(yīng)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(yīng)用；5三坐標(biāo)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(shù)的應(yīng)用在傳統(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼基礎(chǔ)上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料，采用了重量輕、剛性好、導(dǎo)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(shè)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(xué)三坐標(biāo)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(shù)的革新包括能進行自動編程、按測量任務(wù)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(biāo)測量的發(fā)展四、三坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)光柵系統(tǒng)四、三坐標(biāo)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(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)測頭系統(tǒng)四、三坐標(biāo)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(biāo)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(xué)掃描測頭METRIS、NEXTEC、OTM3M四、三坐標(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)測針和加長桿四、三坐標(biāo)測量機的結(jié)構(gòu)3、電氣系統(tǒng)五、三坐標(biāo)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(shù)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(yīng)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(biāo)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(shù)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(shù)水平分類五、三坐標(biāo)測量機的分類按最長一個坐標(biāo)軸方向上的測量范圍分小型坐標(biāo)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(biāo)測量機：測量范圍：500～2000mm，應(yīng)用最多的機型，主要用于箱體、模具類零件測量(3)大型坐標(biāo)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(biāo)測量機的分類五、三坐標(biāo)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(biāo)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(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機六、三坐標(biāo)測量機的應(yīng)用1、箱體類零件檢測采用傳統(tǒng)的檢測手段對復(fù)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(zhǔn)建立困難，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，有些關(guān)聯(lián)要素還需經(jīng)過組合測量才能得到等。六、三坐標(biāo)測量機的應(yīng)用2、復(fù)雜幾何形狀零件檢測復(fù)雜幾何形狀零件主要由具有明確數(shù)學(xué)定義的復(fù)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(biāo)測量機的應(yīng)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(biāo)測量機的應(yīng)用4、自由曲面形狀工件的逆向設(shè)計七、三坐標(biāo)測量機的工作環(huán)境七、三坐標(biāo)測量機的工作環(huán)境七、三坐標(biāo)測量機的工作環(huán)境氣源要求供氣壓力： 0.55-0.8MPa耗氣量（最小）： 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(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，并選定一種單位

(unit)。幾何量檢測通常以國際標(biāo)準(zhǔn)ISO及與

之對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T中關(guān)于《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）》的若干標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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