三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)規(guī)范

三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)規(guī)范一、1測(cè)量準(zhǔn)備

21.1基本原則

21.2測(cè)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(cè)量

33.1測(cè)量的內(nèi)容和次序

33.2基準(zhǔn)點(diǎn)組的測(cè)量

33.3線的測(cè)量

33.4面的測(cè)量

43.5對(duì)稱部分的測(cè)量

53.6測(cè)量密度

53.7測(cè)量可靠性

54測(cè)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(xiě)測(cè)量報(bào)告

64.4數(shù)據(jù)保存

7二、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重定位整合操作

92.3對(duì)稱基準(zhǔn)重建

102.4變形處理

10三、設(shè)備維護(hù)

10附1：三坐標(biāo)測(cè)量報(bào)表

11一、1測(cè)量準(zhǔn)備1.1基本原則產(chǎn)品測(cè)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(cè)量，在裝配狀態(tài)下無(wú)法測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)程中保證產(chǎn)品上的所有零件不發(fā)生變形。1.2測(cè)量準(zhǔn)備為了方便測(cè)量，提高測(cè)量速度，在測(cè)量前應(yīng)對(duì)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?？赏ㄟ^(guò)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(lái)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(gè)零件在測(cè)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(shí)發(fā)生變形。對(duì)于剛性較好的裝配體，應(yīng)在裝夾時(shí)自然放置在支架上，然后進(jìn)行加固。而對(duì)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(gè)零件的各部分以及整個(gè)裝配體的剛性。特別注意在對(duì)裝配體逐層拆卸、逐層測(cè)量時(shí)，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(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍內(nèi)，如不能在一次裝夾位置下完成測(cè)量，則可進(jìn)行多次定位，稱為重定位。重定位應(yīng)注意以下原則：（1）使每次定位所能達(dá)到的測(cè)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(cè)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(jiàn)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(cè)量人員的操作，將復(fù)雜部位放置在易于測(cè)量的位置。重要的測(cè)量面應(yīng)盡可能放置成水平或垂直狀態(tài)，工件的對(duì)稱面應(yīng)盡可能平行于測(cè)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)品拆下后將其恢復(fù)至麻線繃緊的狀態(tài)即可作為對(duì)裝配狀態(tài)的近似模擬。3測(cè)量3.1測(cè)量的內(nèi)容和次序測(cè)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(cè)量的次序按如下原則制訂：（1）先難后易：即先測(cè)量難度較大的部分。（2）先重后輕：即先測(cè)量重要的部分。如基準(zhǔn)點(diǎn)、分型線等。（3）先配合后個(gè)體：即先測(cè)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(cè)量，再補(bǔ)充細(xì)節(jié)。當(dāng)然，在安排次序時(shí)，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(cè)量。（3）測(cè)量器具的局限。如探針在同一方位下可測(cè)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(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)組由三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)組成，是進(jìn)行重定位變換的依據(jù)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的生成及測(cè)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(cè)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(cè)量可靠性和精度要求高，兩次定位下的測(cè)量重復(fù)誤差（指三點(diǎn)之間的間距測(cè)量重復(fù)誤差）不超過(guò)0.2mm。為此可以采取多次測(cè)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(zhǎng)應(yīng)有明顯差異（大于5mm）。3.3線的測(cè)量當(dāng)測(cè)量人員直接對(duì)邊界線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于難以將探針尖對(duì)準(zhǔn)邊界線，因此常常造成較大的測(cè)量誤差，效率也較低。為此，可采用如下方法改進(jìn)：在邊界線某一側(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(cè)量點(diǎn)），然后測(cè)量邊界線另一側(cè)面（面2）的完整數(shù)據(jù)。在造型時(shí)，先完成面2的制作，然后直接將邊界附近測(cè)量點(diǎn)投影在面2上即可作為邊界線測(cè)量結(jié)果。圖1中是兩個(gè)典型情況的示意。采用這一方法時(shí)有兩點(diǎn)需要特別注意：一是邊界附近測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)一定要完整，否則一旦面2無(wú)法制作，則邊界線無(wú)法求出。本方法將邊界線的測(cè)量轉(zhuǎn)化為邊界線附近的面內(nèi)點(diǎn)的測(cè)量，避開(kāi)了對(duì)邊界線的直接測(cè)量，不僅保證的測(cè)量精度，還有效提高了測(cè)量效率。3.4面的測(cè)量平面的測(cè)量應(yīng)使測(cè)量點(diǎn)形成的多邊形面積盡可能大，以保證測(cè)量精度。曲面的測(cè)量應(yīng)注意使掃描方向與曲面的長(zhǎng)度方向垂直如圖2（a）。當(dāng)曲面長(zhǎng)度與寬度基本相同時(shí)，當(dāng)然，一些簡(jiǎn)單曲面如直紋面只需要測(cè)量上、下兩條邊界線即可。對(duì)于特殊曲面的測(cè)量需要與造型人員協(xié)商確定。3.5對(duì)稱部分的測(cè)量對(duì)稱的曲面一般只需要測(cè)量一半。輪廓線和結(jié)構(gòu)除了完整測(cè)量其中一半之外，還需要對(duì)另外一半進(jìn)行部分測(cè)量，以取得足以進(jìn)行對(duì)稱基準(zhǔn)重建的數(shù)據(jù)。在選擇另一半用于對(duì)稱基準(zhǔn)重建的輪廓線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）輪廓線的范圍要足夠大，最好在對(duì)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(cè)量，一般采用分型線。（3）輪廓線可以分段測(cè)量，測(cè)量密度也可適當(dāng)減小。3.6測(cè)量密度測(cè)量密度應(yīng)掌握兩個(gè)基本原則：（1）最少增半：即按需要的最小測(cè)量密度的1.5倍進(jìn)行測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)的完備性。如圓弧線的測(cè)量至少需要三點(diǎn)，實(shí)際測(cè)量4到5個(gè)點(diǎn)。（2）急密緩疏/疏密有致：在曲率較大處測(cè)量密度高，曲率較小處測(cè)量密度低。在多個(gè)面的交會(huì)處、變化較多的細(xì)節(jié)部分等需要增加密度，以確保測(cè)量的完備性。3.7測(cè)量可靠性確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)保存可靠的幾個(gè)措施：（1）為防止測(cè)量設(shè)備精度飄移，必須在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（建議為半小時(shí)）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(shí)間間隔內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)全部報(bào)廢。（2）同一次零點(diǎn)校驗(yàn)的操作應(yīng)做兩次，并進(jìn)行對(duì)比以防止操作失誤。（3）在多名測(cè)量人員進(jìn)行配合測(cè)量時(shí)，應(yīng)按零件、測(cè)量屬性進(jìn)行明確的分工，以防止漏測(cè)及重復(fù)測(cè)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(cè)量重定位基準(zhǔn)，以備補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)。4測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為CAD軟件可識(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)》完成，操作方法見(jiàn)軟件用戶手冊(cè)。2.2重定位整合2.2.1應(yīng)用背景在產(chǎn)品的測(cè)繪過(guò)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(cè)出。其原因一是產(chǎn)品尺寸超出測(cè)量機(jī)的行程，二是測(cè)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(cè)。這時(shí)就需要在不同的定位狀態(tài)（即不同的坐標(biāo)系）下測(cè)量產(chǎn)品的各個(gè)部分，稱為產(chǎn)品的重定位測(cè)量。而在造型時(shí)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(gè)過(guò)程稱為重定位數(shù)據(jù)的整合。對(duì)于復(fù)雜或較大的模型，測(cè)量過(guò)程中常需要多次定位測(cè)量，最終的測(cè)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(cè)得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)公共定位基準(zhǔn)下的測(cè)量數(shù)據(jù)。2.2.2重定位整合原理工件移動(dòng)（重定位）后的測(cè)量數(shù)據(jù)與移動(dòng)前的測(cè)量數(shù)據(jù)存在著移動(dòng)錯(cuò)位，如果我們?cè)诠ぜ洗_定一個(gè)在重定位前后都能測(cè)到的形體（稱為重定位基準(zhǔn)），那么只要在測(cè)量結(jié)束后，通過(guò)一系列變換使重定位后對(duì)該形體的測(cè)量結(jié)果與重定位前的測(cè)量結(jié)果重合，即可將重定位后的測(cè)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5給出了因被測(cè)量物體的尺寸超出了測(cè)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(cè)物體上選取不共線且在兩次定位狀態(tài)下均可測(cè)量的三個(gè)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(cè)得A、B、C的坐標(biāo)值分別為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)。在第二次定位狀態(tài)下測(cè)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(guò)移動(dòng)，如果不進(jìn)行重定位整合，直接將兩次定位下的測(cè)量數(shù)據(jù)合并，就會(huì)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(cè)量得到的A、B、C三點(diǎn)“拖動(dòng)”至與第一次定位下的測(cè)量結(jié)果重合，同時(shí)第二次定位下的其它測(cè)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(cè)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(cè)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)出的兩條粗線段），然后將第二次定位下的測(cè)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(cè)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(wú)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(cè)量的位置。當(dāng)需要進(jìn)行兩次以上的重定位時(shí)，應(yīng)將所有重定位下的測(cè)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(guò)另外的定位間接地整合到第一次定位中。例如，在某次測(cè)量中做了5次定位，其中第5次定位與第3次定位之間設(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(cè)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(guò)程稱為重定位整合路徑，簡(jiǎn)寫(xiě)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(guò)程的累積誤差。這就要求測(cè)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(gè)重定位基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)重定位基準(zhǔn)，稱為一個(gè)重定位基準(zhǔn)點(diǎn)組（簡(jiǎn)稱基準(zhǔn)點(diǎn)組），并以組號(hào)區(qū)分不同的基準(zhǔn)點(diǎn)組。在測(cè)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(hào)。例如3-2b1和3-3b1分別表示在第2、3次定位下測(cè)得的零件3上的第1組基準(zhǔn)點(diǎn)，即在兩次定位下對(duì)同一組基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)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(hào)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(cè)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(guò)《三坐標(biāo)測(cè)量輔助處理系統(tǒng)》自動(dòng)完成（操作方法見(jiàn)軟件用戶手冊(cè)）。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(duì)稱基準(zhǔn)重建對(duì)稱的產(chǎn)品在造型前必須確定其對(duì)稱面（對(duì)稱基準(zhǔn)），稱為對(duì)稱基準(zhǔn)重建。具體方法是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一系列變換，使XZ坐標(biāo)平面成為其對(duì)稱基準(zhǔn)。在變換的過(guò)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(duì)稱，于是完成對(duì)稱基準(zhǔn)重建。在造型時(shí)，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(duì)稱特征，并提高了效率。對(duì)稱基準(zhǔn)重建可利用《三坐標(biāo)測(cè)量輔助處理系統(tǒng)》快速完成，操作方法見(jiàn)軟件用戶手冊(cè)。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(wú)法完全重合。但是，對(duì)于一個(gè)范圍很小的區(qū)域，我們可以近似地認(rèn)為沒(méi)有變形，因此可利用該范圍內(nèi)的基準(zhǔn)線對(duì)其附近的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。因此，我們可以將整個(gè)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(duì)每一個(gè)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(huì)使各個(gè)區(qū)域在銜接處發(fā)生錯(cuò)位，區(qū)域分割越細(xì)，錯(cuò)位越小。4.1數(shù)據(jù)分類與分割測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)按測(cè)量屬性、測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)量數(shù)據(jù)（如兩條相近的線）應(yīng)分開(kāi)存放。4.2數(shù)據(jù)文件命名標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量文件命名由五個(gè)部分組成，總共不允許超過(guò)8個(gè)字符，如圖3示例。圖3零件號(hào)用于在裝配體中區(qū)分不同的零件。定位序號(hào)表示該文件所包含的測(cè)量數(shù)據(jù)是在第幾次定位下的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量屬性符標(biāo)明了測(cè)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(hào)用于區(qū)分對(duì)同一零件、在同一次定位下、具有相同測(cè)量屬性的不同區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)。顯然，在不同的定