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1、三坐标测量,坐标测量机基本知识 坐标测量机测量知识,三坐标测量机的主要组成部分 三坐标测量机种类繁多但大体上皆由若干具有一定功能的部分 组成，主要由主机、测头、电气系统三大部分。主机部分主要包括机械框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、转台及附件。三维测头是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄 准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。电气系统包括控制部分。计算机硬件、计算机软件及输出设备。,坐标测量机原理,原理：坐标测量机的测量实际上是基于空间点坐标的采集和计算。基本原理是建一个刚性的结构，此结构有三个互相垂直的轴，每个轴向安装光栅尺，并分别定义为X、Y、Z轴。为了让每个轴能够移动，每个
2、轴向装有空气轴承或机械轴承。在垂直轴上的探测系统记录测量点任一时刻的位置。探测系统一般是由测头和接触式探针构成，探针与被测工件的表面轻微接触，获得测量点的坐标。在测量过程中，坐标测量机将工件的各种几何元素的测量转化为这些几何元素上点的坐标位置，再由软件根据相应几何形状的数学模型计算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等参数。,CMM的分类按CMM的技术水平分类数字显示及打印型 带有计算机进行数据处理型 计算机数字控制型 按CMM的测量范围分类 小型坐标测量机 中型坐标测量机 大型坐标测量机 按CMM的精度分类计量型 测量不确定度小于1m 精密型测量机 测量不确定度大于1m而小于3m工作型测量
3、测量不确定度大于3m而小于10m,三坐标的选用原则一般测量机的不确定度数值小于或等于被测量尺寸要求不确定度的1/2时，就可以选用。,坐标测量机的主要误差来源 定位误差 直线度误差 角运动误差 垂直度误差 力变形误差 热变形误差 侧头及附件误差,设备本身特有的几何误差,设备本身产生的其他误差,问题：测量不确定度的来源有哪些？,设备本身的精度被测量产品的表面加工工艺人的因素在公差计算方面，特别是计算过程中需要用到长度L的公差计算,六个测量原则：,正确的测量：测量应能满足被测参数的定义的要求。正确的工具：应当采用合适的设备和方法进行测量。正确的人员：测量人员应当是能胜任工作的、合格的和了解所要做工作
4、的。定期的评估：应当既有内部的，亦有独立的部门对所有测量设施和过程的技术 性能作出评估。一致性的论证：在一个地方测量应当与在其他地方进行测量一致性的比对。正确的过程：所有的测量的过程应当经深思熟虑并与国家或国际标准相一致。,通用的测量过程,在工件上选取被测的特征 在坐标系统内定义工件基准 选择工件方向 选择工件固定方法 标定测头 定出测量方案 坐标测量机编程 记录评价信息,被测特征的识别与选择,一般来讲生产上或功能上的要求决定了要测量哪些特征，在有的情况下，工件(a)由于可接触性原因不能用测量机测量；(b)测量的可能性差，如局部的小弧段；(c)用别的仪器更经济。,装夹,用最少的装夹次数对于关键
5、的尺寸，若有可能仅用测量机一个轴,坐标系的建立,任何一项测量任务都是从建立坐标系开始的，要建立一个新坐标系，必须给定新坐标系的坐标原点和各坐标轴的方向。通常只要确定一个原点和两个基准轴就可以了，第三轴的方向由右手螺旋法则确定。,在坐标系统内定义零件的基准,图纸上的基准特征基准特征用来定义坐标系，最常用的是直角坐标系，由三条相交于原点的轴线组成，三条轴线互相垂直，一般叫做X、Y、Z 轴。,三点用来定义平面(XY 平面-第一基准A)，下两个点来定义一条在XZ 平面中的线(第二基准B)，最后定在YZ 平面中的一个点(第三基准C)。,建立一个坐标系需用六个测点,小结,尽可能应用图纸所规 定的基准 改变
6、基准要十分小心 避免用小区域的特征 来建坐标系。,工件摆放方向的选择,用坐标测量机测量时一般不在基准特征处 夹持，一般夹持在需要探测而又没有障碍 的特征上。用户应了解零件的功能，找正时把关键特征的长度方向沿测量机的一条轴找正，用这样的方法找正工件时，只有一根轴用于测量，减少由于其他轴带来的不确定度。,工件固定方法的选择,测力 重型零件 轻型零件 夹具 粘结 用户必须清楚胶枪只在下述条件下应用：（a）当用胶固定零件到台面时，室内温度没有明显的变化（b）被测工件与工作台的热膨胀系数相近。,测头标定,较小的探针直径推荐用较小的标准球,增加标定测头时的测点数，有效针头直径将更精确。,标定时针头在几个平
7、面内按垂直于标准球表面的方向运动，,附加的检查,两次测量的差值是测头半径差的四倍。,探针选择,探针针头的直径尽可大，用较大的球径时，表面粗 糙度的影响会减小，而且 由于球和针杆的尺寸差别 较大，因而应用更灵活，一般来说针头直径越大有 效工作长度越长。,比较,提供标准件（校准过的工作标准）与工 件名义尺寸相同，这种办法可以花较少 的努力而得到较高的精度。,选择直探针的原则：,A、探针长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，精度将越低。因此在测量时，尽可能采用短探针。B、连接点最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，您就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。C、使测球尽可
8、能大：使得球/杆的空隙最大，减少误触发。,小结,定期标定测头 用已知的标准件作附加的检查 注意选择探针 考虑用比较的方法,测量策划,机械加工的零件常常是一些标准几何特征的组合例如平面、圆、直线、圆柱、圆锥和球。这些特征的几何性质可以用许多测量点拟合得到。,每种特征推荐的测点如下：,测点分布-线,为了对线段在其上取近乎均匀分布的点，把线段等分为相同长度的小段，然后在每个小段中取一点，若此线似乎存在周期性的变形，那么取点不应采取规律性的模式，应当保证在每一小段中随机采点使点不均匀分布，,平面,圆,用七个测点则至少79%的叶形的幅值可以探测出来。,球,圆柱,最好在奇数和偶数的圆周上测点数不同，这样可
9、以克服截面圆的任何叶形效应。,测量一个不和基准平面垂直的孔,用户测量的策略是不要把它当作一个单纯的圆，而要当作一个圆柱。,圆锥,若圆锥的圆度是重要的，那么每个圆上应有更多的采点数。若圆锥母线的直线度或角度是重要的，则要取更多的圆。,采点数在三个圆上分别为10,12 和14(N=36),一个优化的探测策划取决于许多因素,“形状”或比例（例如圆柱的长度与直径之比）真实特征是完整的（整球）或局部（球盖）真实特征是全部还是局部可探测接近的真实特征的形状偏差,小结,注意选择探测点数量及探测位置 测点太少可能引起不真实的测量结果 测点太多测量时间太长，而且由于条 件漂移造成误差 注意由于局部特征造成的问题,谢谢大家,
