三坐标测量机球头测针补偿技术
三坐标测量机球头测针补偿技术*
李君波 助理工程师(第七一七研究所)
摘 要: 介绍了手动三坐标测量机测头跟踪原理,并分几种情况探讨了使用球头测针进行点位
测量时,被测点坐标值的补偿方法及实现途径。
关键词: 三坐标测量机 球头测针 补偿
* 收稿日期:1999-11-20。
1 引 言
在使用手动三坐标测量机对工件进行多点位测量时,由于被测物体形状各异,工作量很大。因此,提高硬件测量速度、改进操作流程、增强软件容错性及软件智能性等是提高测量效率的主要手段。
2 测头跟踪机制
测头跟踪机制是一种增强软件智能性的技术。其工作原理如下
:
图1
链队列示意图
图2 循环队列示意图
每次测量一个点位,无论是重测还是新测,测针都需要运动一段距离,因此可在软件中设置跟踪机制,自动追踪测针的运动轨迹,根据采集到的测针碰触被测点位之前一段距离的坐标值集C OOR-SE T ={node 1,node 2, ,node n}(node n 为跟踪的最后一个坐标值)。可分析测针从何方位碰触被测点位,再在使用球头测针时自动补偿,而不必在测量之前手动指定测量方位,增强了测量的智能化程度,提高了工作效率。
因为必须保存坐标值集COOR-SET 并且需在测针运动时不断更新数据、加入最新的坐标值、去除最老的坐标值,因此,坐标值集COOR-SE T 构成一个先进先出的队列。可采用两种方式实现,即链队列和循环队列。
若采用链队列的方式,当加入新的结点P
同时删除最老的队头结点时,进行如下操作:
new(P); 申请新结点;
p->data=xyz data;p->next=NI L;
填入数据域,指针域置空;
q.rear->next=P;q.rear=P;
插入队尾;构成新的队尾结点。q.front->next=q.front->next->next;
free(q.front->next);
修改队头指针指向原队列第二个结点,同时释放原第一个结点;
注1:xyz data及结点的数据域分别为结构型XYZ DATA和DATA,描述为:
struct ZYZ DATA{double x;double y;dou ble z;}
struct DATA{double x;double y;double z;}
为简单从事,以上语句p->data=xyz data;表示将三维坐标值同时赋值;实际编程时C语言不支持结构型变量的整体赋值。
若采用循环队列的方式,队列可用长度为maxsize的数组LIST ma xsize 来表示。由问题需求出发,需维护一个最新的结点集合,队空时直接加入新值,队满时,由于循环队列头尾相接,可直接覆盖队头结点。因此无须考虑队空、队满,仅需标记出最新结点的位置即可。更新时需进行如下操作:
q.front=(q.front+1)MOD maxsize; 指向插入位置;
LIST q.front =xyz data; 插入新结点,若队列已满,覆盖队头结点值。
注2:xyz data及LIST的元素分别为结构型,其操作类似于注1。
比较以上两种实现方式,无疑采用循环队列,操作简单,效率较高。
3 补偿原理及实现
实际测量时,被测点位情况各异,但其最基本的情形不多,以下分几种不同的情况讨论:假定: 球头测针的半径为R; 测量在笛卡尔坐标系中进行,且机器坐标系经过变换已与工件坐标系一致。
(1)垂直于任一坐标轴平面上的点位
如图3所示,被测点A位于平行于坐标平面XOY的平面S上。对此种类型的点,补偿最简单,仅需对采样坐标(x,y,z)中的一维进行
补偿。
图3 被测点位在平行于Z轴的平面S上
对A点,若已得采样坐标值(x0,y0,z0),则A点实际坐标为(x0,y0,z0 R)。Z轴坐标加或减R,取决于测针从何方向碰触A点。沿Z轴正向则+R,否则-R。
(2)斜面上的点位
如图4所示,被测点位P在斜面S上。右边为放大的局部图。
由于采样坐标值是测针球心O的坐标,而P点位于斜面上,要求点P的坐标,需对O的X、Y、Z三个坐标分量同时补偿。问题是:现在仅知O的坐标及|OP|=R,OP
的方向未知。
图4 被测点位位于斜面S面上
补偿原理:由于OP 平面S,即OP与S的法线方向一致,因此要知道OP的方向必须求出S的法向,而S的法向可在平面上任意采样三点或更多的点来得到。例如采样图4中d0、d1、d2三点的未补偿的坐标值,可求出S的法线方程。
由|OP|=R和S的法线方程联立求解,可得点P的找正坐标值。
补偿实现:设P点实际坐标及d0、d1、d2的采样坐标分别为:
P(x p,y p,z p),d0(x0,y0,z0),
d 1(x 1,y 1,z 1),d 2(x 2,y 2,z 2)
设平面S 的方程为Ax+By+Cz+D=0,其中A,B,C,D 为待定参数。确定A,B,C 即可得到S 的法向量N 。
用最小二乘法原理推导如下:
F = 2
i=0
(Ax i +By i +Cz i +D)2
=MINI 取其偏导数等于零:
F A =
2
i=02(Ax i +By i +Cz i +D )*x i =0 F B =
2i=0
2(Ax i +By i +Cz i +D )*y i =0
F
C
= 2
i=02(Ax i +By i +Cz i +D)*z i =0上述式子分解化简后得:
A 2i=0x 2i +
B 2i=0x i *y i +
C 2i=0x i *z i + 2
i=0x i *D =0A 2
i=0x i *y i +B 2
i=0y 2i +C 2
i=0y i *z i + 2
i=0
y i *D =0A 2
i=0x i *z i +B 2
i=0z i *y i +
C 2i=0z 2
i + 2
i=0z i *
D =0
解上述方程组可得到平面S 的方程。注意:因有四个参数A 、B 、C 、D,所以会得到多组
解,任取其中一组即可。对S 的法向量单位化得Ne(1,m,n)。因OP 为平面S 的一条法线,由点O 及Ne 可确定OP 所在的直线方程:
x -x p l =y -y p m =z -z p
n (1)
O 点坐标满足上式,有:
x o -x p l =y o -y p m =z o -z p
n
(2)
再由|OP|=R,可得:
(x o -x p )2+(y o -y p )2+(z o -z p )2=R 2(3)其中:(x o ,y o ,z o )为P 点采样坐标
联立式(2)、(3),可解出P 点的实际坐标值。
(3)两平面交线上的点位
补偿原理:对于两平面交线L 上的点位P,当测头从任意方位碰触P 点时,测针球心O 与P 的连线OP 必垂直于交线L 。点O 的坐标为采样得到的坐标值,若直线L 的方程可得,在笛卡尔坐标系中,由L 的方程和等式|OP|=R 联立,可解出点P 的实际坐标。补偿实现:直线L 的一般方程即平面S1,S2方程的联立。而平面S1,S2的方程可用前面介绍的最小二乘法原理推导,在此不再赘述。设已分别求得为:
S 1: l 1x +m 1y +n 1z +d 1=0
S 2: l 2x +m 2y +n 2z +d 2=0
联立以上两式即得直线L 的方程。
由|OP|=R,(x p -x o )2
+(y p -y o )2
+(z p -z o )2
=R
2
(4)
P 的实际坐标满足S1,S2的表达式,即有:
l 1x p +m 1y p +n 1z p +d 1=0l 2x p +m 2y p +n 2z p +d 2=0
将Xp,Yp 分别用Zp 表示,代入式(4)中,即可求得Zp 。同理,可解出Xp,Yp 得到点P 的实际坐标值。
(4)圆孔的测量
圆孔的测量一般分内测、外测。如图6所示:
图5 两平面交线上的点位示意图
补偿原理:对于圆孔的测量,一般需要求出圆孔的半径与端面的孔心坐标值。使用球头测针时,外测与内测的补偿差异仅仅在于孔半径加或减R(测针球头半径),孔心坐标值的确定方法是一致的。理论上,三点即确定一个圆,但在实际测量时,由于测量误差的原因,必须测量多个点(大于三个)的坐标,由多个点的坐标,用最小二乘法原理导出圆的方程。圆的方程导出后,圆半径和圆心坐标由方程很容易导出。问题是:实际测孔时,由于测针碰触到的点位不一定位于同一个平面上,并且大多数
图6 圆孔的内测与外测
情况下,无论内测还是外测,都无法做到使测针碰触到的点位于同一个平面上,因此,必须首先确定圆孔的端面,然后,将测针碰触圆孔四周时采样得到的坐标,投影到此端面,最后由投影坐标值确定圆孔的方程,从而计算出孔
心坐标及孔径。
图7 圆孔内(或外)壁上点到端面的投影
补偿实现:见以上图示,平面S 为圆孔的端
面,此端面的确定方法见前面相关叙述。应注意的是:端面S 的方程与用采样坐标计算出的平面方程是不一致的,必须对计算出的平面方程沿法向补偿一个球头半径。P 、Q 、R 为圆孔内壁相异三点,P 、Q 、R 分别为P 、Q 、R 在S 上的投影。P 、Q 、R 三点的坐标值为测针采样坐标,为已知量。
设端面S 的方程已知,为:Ax+By+Cz+D =0;点P(xp,yp,zp),投影点P (xp ,yp ,zp );则由点P 在平面S 上和PP S 的法向分别有:
Ax p +By p +Cz p +D =0
x p -x p A =y p -y p B =z p -z
p C
联立以上两式,即可解出投影点P 的坐标值。
由多个投影点坐标,运用最小二乘法原理可导出圆孔的方程。具体操作参照前面相关叙述。
4 应注意的问题
将测头跟踪机制与各种情形下补偿技术
结合,可大大减轻测量操作的复杂性,提高测量效率。但在软件编制中应注意:
测头跟踪机制的实现途径,应与三坐标测量机硬件的采样精度结合,跟踪队列的大小应适宜,太大不行,不便于维护;太小也不行,方位分析的准确度不够,会丢失精度。究竟取多大,应在实测中反复比较,根据精度要求和测量效率权衡取舍。
当进行测量操作时,距离被测点位很近(小于1~2mm)时注意应尽量使测针垂直地碰触被测点位所在的切平面,因为在这种方式下时,方位分析的准确度最高。否则,会导致较大的测量误差。
平面法向的确定与坐标系各轴的取向有关,一般地,由平面的方程可得到方向相反的两个单位法向量,究竟取哪一个,应特别注意,
否则会在反方向补偿。解决方法:可取任意一个三维跟踪坐标值,将各分量与求得的法向量的各分量比较,任意一维的正负与其一致的单位法向量即为所求。
参 考 文 献
1 梁荣茗. 三坐标划线测量机的坐标系问题 . 实
用测试技术 .1997,1,P31~P36.
2 严蔚敏、吴伟民 数据结构 .清华大学出版社,1992,6,第二版.
作者简介:李君波,1972年7月生,助理工程师。1994年毕业于哈尔滨工程大学计算机系,现在华中理工大学计算机学院攻读硕士学位;研究方向intranet/internet 技术及数据库应用。
测球半径补偿误差.
三坐标测量机测头的测球半径补偿误差 1950年英国FERRANTI公司制造出第一台数字式测头移动型三坐标测量机、1973年前西德OPTON公司完成三维测头设计并与电子计算机配套推出第一个三坐标测量系统以来，经过几十年的快速发展，坐标测量技术已臻成熟，测量精度得到极大提高，测量软件功能更加强大，操作界面也日益完善，生产厂家遍布全球，开发出了适于不同用途的三坐标测量机型。几十年的发展充分证明，现代三坐标测量系统打破了传统的测量模式，具有通用、灵活、高效等特点，可以通过计算机控制完成各种复杂零件的测量，符合机械制造业中柔性自动化发展的需要，能够满足现代生产对测量技术提出的高精度、高效率要求。 除用于空间尺寸及形位误差的测量外，应用坐标测量机对未知数学模型的复杂曲面进行测量，提取复杂曲面的原始形状信息，重构被测曲面，实现被测曲面的数字化，不仅是坐标测量机应用的一个重要领域，也是反求工程中的关键技术之一，近年来也得到快速发展。 1 测头的分类 测量头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式（触发式）和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。本文讨论的重点为触发式测头。 (1)机械接触式测头 接触式测头又称为“刚性测头”、“硬测头”，一般用于“静态”测量，大多作为接触元件使用。这种测头没有传感系统，无量程、不发讯，只是一个纯机械式接触头。机械接触式测头主要用于手动测量。由于人工直接操作，故测头的测量力不易控制，只适于作一般精度的测量。由于其明显的缺点，目前这种测头已很少使用。 (2)电气接触式测头 电气接触式测头又称为“软测头”，适于动态测量。这种测头作为测量传感器，是唯一与工件接触的部件，每测量一个点时，测头传感部分总有一个“接触—偏转—发讯—回复”的过程，测头的测端与被测件接触后可作偏移，传感器输出模拟位移量的信号。这种测头不但可用于瞄准(即过零发讯)，还可用于测微(即测出给定坐标值的偏差值)。因此按其功能，电气接触式测头又可分为作瞄准用的开关测头和具有测微功能的三向测头。电气接触式测头是目前使用最多的测头。 2 测球半径补偿误差 (1)测针的选择 正确选择和使用测头是影响三坐标测量机的测量精度的重要因素。测针安装在测头上，是测量系统中直接接触工件的部分，它与测头的通讯式连接渠道称作触发信号。如何选用合适的测针类型和规格取决于被测工件的特征，但是在任何情况下，测针的刚性和测球的球度都是不可或缺的。 工业用红宝石是高硬度的陶瓷材料，红宝石测球具有很好的球度，测量时红宝石测球的球头磨损可忽略不计。测针针杆一般用非磁性的不锈钢针杆或碳钨纤维针杆，以保证测针的刚性。测
如何正确选择三坐标测量机测头
如何正确选择三坐标测量机测头 测头是测量机触测被测零件的发讯开关，它是坐标测量机的关键部件，需要的测量精度的高低决定了测量机测头精度的高低，另外，不同的零件要求选择不同功能的测头进行测量。测头可分为接触式测头和非接触式测头（激光等类型）。 目前主要用接触式测头，接触式测头又可分为开关式（触发式或动态发讯式）与扫描式（比例式或静态发讯式）两大类 开关测头的实质是零位发讯开关，以TP6（RENISHAW）为例，它相当于三对触点串联在电路中，当测头产生任一方向的位移时，均使任一触点离开，电路断开即可发讯计数。开关式结构简单，寿命长（106~107）、具有较好的测量重复性（0.35~0.28μm），而且成本低廉，测量迅速，因而得到较为广泛的应用。 扫描式测头实质上相当于X、Y、Z个方向皆为差动电感测微仪，X、Y、Z三个方向的运动是靠三个方向的平行片簧支撑，是无间隙转动，测头的偏移量由线性电感器测出。扫描式测头主要用来对复杂的曲线曲面实现测量。非接触测头主要分为激光扫描测头和视频测头两种。 激光扫描测头主要用于实现较软材料或一些特征表面进行非接触测量。测头在距离检测工件一定距离（比如50mm），在其聚焦点!5mm范围内进行测量，采点速率在200点/秒以上。通过对大量采集数据的平均处理功能而获得较高的精度。 视频测头进一步提高了测量机的应用，使得许多过去采用非接触测量无法完成的任务得以完成。一些诸如印刷线路板、触发器、垫片或直径小于0.1mm的孔可采用视频测头进行测量。操作者可将检测工件表面放大50
倍以上，采用标准的或可变换的镜头实现对细小工件的测量。 以下就如何进行触发和扫描测头提出建议：什么时侯用触发式测头？ 1. 零件所被关注的是尺寸（如小的螺纹底孔）、间距或位置，而并不强调其形状误差（如定位销孔）; 2. 或你确信你所用的加工设备有能加工出形状足够好的零件，而注意力主要放在尺寸和位置精度时，接触式触发测量是合适的，特别是由于对离散点的测量; 3. 触发式测头比扫描测头快，触发测头体积较小当测量空间狭窄时测头易于接近零件; 4. 一般来讲触发式测头使用及维修成本较低; 在机械工业中有大量的几何量测量,所关注的仅是零件的尺寸及位置，所以目前市场上的大部分测量机，特别是中等精度测量机，仍然使用接触式触发测头。 什么时侯用扫描测头？ 应用于有形状要求的零件和轮廓的测量：扫描方式测量的主要优点在于能高速的采集数据，这些数据不仅可以用来确定零件的尺寸及位置，更重要的是能用众多的点来精确的描述形状、轮廓，这特别适用于对形状、轮廓有严格要求的零件，该零件形状直接影响零件的性能(如叶片、椭圆活塞等); 也适用于你不能确信你所用的加工设备能加工出形状足够好的零件 。目前三坐标测量机所使用的测头系统基本上是英国雷尼绍（RENISHAW)的，产品性能及品种多样化排在世界前列，可以优选选购此品牌之测头系统。 测头选择基本原则：
三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配
三坐标测量机的测头半径补偿与曲面匹配 李 春 刘书桂 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室 天津 300072) 摘要 在非均匀双三次B—样条函数的基础上,导出自由曲面任意点的法矢量通用算法,进而提出自由曲面测头半径补偿公式;为了更好的消除自由曲面测量中的定位误差,提出了应用单纯形法,对测量原始点进行坐标平移和旋转变换,从而较好的解决了曲面匹配问题。 关键词 自由曲面 测头补偿 曲面匹配 The Probe Rad ius Com pen sa tion of Free-form Surface and Surface M a tch i ng L i Chun L iu Shugu i (S ta te K ey L abora tory of P recision M easu ring T echnology and Instrum en t, T ianj in U n iversity,T ianj in300072,Ch ina) Abstract Based on non2unifo rm B2sp lines,a new current algo rithm w ith no rm al vecto r of random free2fo rm surface’s po int is deduced,and mo re,a fo rm ula w ith p robe compensati on is p ropo sed.W e offer a arithm etic nam ed si m p lex m ethod in o rder to eli m inating o rientati on erro r in the p rocess of free2fo rm surface m easurem ent.It can settle surface m atch ing w ell by sh ifting and ro tating the m easuring coo rdinate system. Key words F ree2fo rm surface P robe compensati on Surface m atch ing 1 引 言 三坐标测量机由于其测量精度和智能化程度较高,广泛应用于制造业的CAD CAM、产品检测和质量控制[1]。用三坐标测量机的球形测头测量自由曲面时,得到的数据是测头中心轨迹,由于测头总有一定的半径r,因此测得的是与被测曲面相距r的包络面。为了得到所需的测量表面,需要求出球心轨迹面所构成的包络面,这个过程被称为测头半径补偿。在实际测量过程中,并不能做到实际曲面和标准曲面完全重合,需要将被测曲面进行旋转、平移等坐标变换,使被测曲面与标准曲面大致重合,从而达到曲面检测的目的,这个过程称之为曲面匹配。 2 测头半径补偿方法 用球形测头测量曲面时,测头与被测曲面为点接触,测头半径补偿的关键是确定曲面在接触点处的法矢。球测头与被测曲面接触时,球心一定在被测点的法线上,而且被测点一定在球心轨迹面过球心点的法线上。因此不论能否得知被测面的法线方向或是球心面的法线方向,都能对测头半径进行补偿。 本文提出了一种新方法,不在测量过程中补偿测头半径,而只是收集测头中心坐标值,然后应用曲面建模理论,计算出球心各点的法矢量值,继而补偿测头半径。 (1)自由曲面的偏导数求法 首先,根据三坐标测量机所得的原始测量点,我们可以反求出双三次B—样条自由曲面的模型[2]: S(u,v)=∑ n i=0 ∑m j=0 N i,4(u)N j,4(v)P i,j(1)其中N i,4(u),N j,4(v)为双三次B—样条基函数, P i,j为控制预点。 先求曲面沿u向的切矢量,即对S(u,v)求偏导: S u(u,v)= 5 5u S(u,v) =∑ m j=0 N j,4(v)u∑ n i=0 N i,4p(u)P i,j 第24卷第4期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2003年8月
三坐标测量技术基础
金工实习讲稿 三座标测量技术基础 三坐标测量技术基础 、教学目标 1、了解三坐标测量机基本结构 2、了解三坐标测量机基本原理 3、了解三坐标测量机维护保养方法 4、了解测量软件的基本使用 5、掌握运用测量软件进行孔和轴的测量
6、掌握运用测量软件输出检验报告、教学安排
双驱动等技术，提高精度。 从理论上讲，三坐标测量机的特点是：高精度、高效率、万能性。因而多用于工业质量保证，如产品测绘、检验，复杂型面检测，工夹具测量，研制过程中间测量，CNC机床或柔性生产线在线测量等方面。一台坐标测量机综合应用了电子技术、计算机技术、数控技术、光栅测量技术（激光技术）、精密机械（包括新工艺、新材料和气浮技术） 第一章三坐标测量机的结构简介 三坐标测量机的主要结构为工作台、桥架、测头、计算机控制系统等组成 图1.1三坐标测量机结构图 航空、航天、造船行龙门桥式测量机适合于大型 业的大型零件或大型模具的测量。一般都采用双光栅、
图1.2龙门式三坐标测量机 1.2、桥式 桥式测量机是使用最为广泛的一种机构形式。特点是开敞性比较好，视野开阔，上下零件方便。运动速度快，精度比较高。用于复杂零部件的质量检测、产品开发。 图1.3桥式三坐标测量机 1.3、悬臂式 悬臂式测量机开敞性好，测量范围大，可以由两台机器共同组成双臂测量机，尤其适合汽车工业钣金件的测量。主要用于车间划线、简单零件的测量，精
度比较低 图1.4悬臂式三坐标测量机 二、按驱动方式，三坐标测量机可分为以下几种： 手动型一一手工使其三轴运动来实现采点，价格低廉,但测量精度差； 机动型通过电机驱动来实现采点，但不能实现编程自动测量；自动型由计算机控制测量机自动采点，通过编程实现零件自动测量, 且精度咼。
三坐标测量机测量原理
三坐标测量机测量原理 三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。 三坐标测量机的组成： 1，主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它); 2，测头系统; 3，电气控制硬件系统; 4，数据处理软件系统(测量软件); 三坐标测量机在现代设计制造流程中的应用逆向工程定义：将实物转变为C AD模型相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称。广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。 正向工程：产品设计-->制造-->检验(三坐标测量机) 逆向工程：早期：美工设计-->手工模型(1：1)-->3 轴靠模铣床当今：工件(模型)-->3维测量(三坐标测量机)-->设计à制造逆向工程设备： 1，测量机：获得产品三维数字化数据(点云/特征); 2，曲面/实体反求软件：对测量数据进行处理，实现曲面重构，甚至实体重构; 3， CAD/CAE/CAM软件; 4，数控机床;逆向工程中的技术难点： 1，获得产品的数字化点云(测量扫描系统);
2，将点云数据构建成曲面及边界，甚至是实体(逆向工程软件); 3，与CAD/CAE/CAM系统的集成;(通用CAD/CAM/CAE软件) 4，为快速准确地完成以上工作，需要经验丰富的专业工程师(人员); 三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。 三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。 三坐标测量机的组成：1，主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它); 2，测头系统; 3，电气控制硬件系统; 4，数据处理软件系统(测量软件);三坐标测量机在现代设计制造流程中的应 用逆向工程定义：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称。 广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。 正向工程：产品设计-->制造-->检验(三坐标测量机) 逆向工程：早期：美工设计-->手工模型(1：1)-->3 轴靠模铣床当今：工件(模型)-->3维测量(三坐标测量机)--> 设计à制造逆向工程设备： 1，测量机：获得产品三维数字化数据(点云/特征); 2，曲面/实体反求软件：对测量数据进行处理，实现曲面重构，甚至实体重构; 3， CAD/CAE/CAM软件; 4，数控机床;
机械制造基础实验3三坐标测量机
实验三三坐标测量机测量几何误差 一、目的与要求 1、了解并熟悉手动复合型三坐标测量机的主要结构； 2、掌握手动复合型三坐标测量机基本操作方法； 3、熟练掌握三种或三种以上形状误差或位置误差的测量方法； 4、初步了解手动复合型三坐标测量机影像系统的测量原理。 二、实验仪器设备 本实验用仪器及设备包括：手动复合型三坐标测量机、工件 三、实验方法及步骤 （一）测量的基本原理： 1 坐标测量部分 仪器的花岗岩工作台用以支撑被测工件，利用工作台上的螺孔及装夹工具，可将工件位置固定。三轴光栅尺作为侧量基准，在Z轴下端装有触发式探头。由于X、Y、Z三轴都采用气浮导向，因此可以手持Z轴下端的测头连接座，轻便地移动测头，对工件进行接触测量。 测头触发后，被测工件各测量点的坐标位置被读取，根据这些点的空间坐标值，由坐标测量软件进行处理，可求出被测工件的几何尺寸、形状及位置公差。本仪器有丰富的测量程序，不需要对工件做精确找准便可进行测量。由于用户界面直观、友好，因此，没有计算机操作经验的人员，也可迅速掌握仪器的操作。 2影像测量部分 被测工件置于工作台上，手持Z轴下端的测头连接座带动影像系统实现快速移动，然后通过旋转X、Y轴微动手轮实现微调，即可对被测工件进行瞄准，此时彩色CCD摄像机通过LED表面光照明后，就可摄取被测工件的影像，最后由M2D专业软件自动进行数据处理，。 注：LED表面光的开关及强弱可根据测量的需要由微动开关控制板右侧的调光旋钮来调节；根据被测工件的尺寸，旋转Z轴微动手轮进行调焦，可以得到清晰的图像，从而实现对被测工件的测量。
（二）手动复合型三坐标测量机的结构 现有的三坐标测量机分自动和手动两种。本实验采用的CMS-685MV是一种手动复合型测量机。该测量机集光、机、电、算于一体，广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中，它能实现空间坐标点位的测量，可以对箱体、导轨、缸体、机架等零件的尺寸、形状及相互位置进行检测，如图1所示。 图1 仪器整体结构图 1. 空气过滤组件 2.电磁阀电源开关 3.Y轴微动手轮 4. 标准球 5. 触发式测头 6.Y向滑架组 7. Z轴导轨 8. 微动开关控制板 9. X轴导轨10.影像系统11.X向滑架组12.X轴微动手轮13. Z轴微动手轮14.锁紧螺杆15.平台（含Y轴导轨）16.底支架17．计算机主机18. 显示器19. 打印机20.计算机桌图中15所示花岗岩工作台被安装在底支架上，除了在平台左侧有Y轴导轨外，其上表面还有标准球以及用于工件装夹固定的螺孔。底支架左侧有空气过滤组件，用于测量机气源的清洁干燥；以及用来控制仪器运行的电磁阀电源开关。X向滑架组及Y向滑架组分别用于X轴及Y轴的测量，Z轴上除了有用于读取数据的触发式探头外，还有一影像系统，可以对工件进行影像测量。在X、Y、Z向都有一个微动手轮（3、12、13），当结构图上8所示的微动开关控制板选择
三坐标测量机测量原理
三坐标测量机测量原理 sally 2010-2-11 12:11:54 三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。三坐标测量机的组成：1，主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）；2，测头系统；3，电气控制硬件系统；4，数据处理软件系统（测量软件）；三坐标测量机在现代设计制造流程中的应用逆向工程定义：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称。广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。正向工程：产品设计-->制造-->检验（三坐标测量机）逆向工程：早期：美工设计-->手工模型（1：1）-->3轴靠模铣床当今：工件（模型）-->3维测量（三坐标测量机）-->设计à制造逆向工程设备：1，测量机：获得产品三维数字化数据（点云/特征）；2，曲面/实体反求软件：对测量数据进行处理，实现曲面重构，甚至实体重构；3，CAD/CAE/CAM软件；4，数控机床；逆向工程中的技术难点：1，获得产品的数字化点云（测量扫描系统）；2，将点云数据构建成曲面及边界，甚至是实体（逆向工程软件）；3，与CAD/CAE/CAM系统的集成；（通用 CAD/CAM/CAE软件）4，为快速准确地完成以上工作，需要经验丰富的专业工程师（人员）；
刀具半径补偿的目的与方法
刀具半径补偿的目的与方法 （1）刀具半径补偿的目的 在车床上进行轮廓加工时，因为车刀具有一定的半径，所以刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。若数控装置不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程（图（1-11）中点划线），其数值计算有时相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨、换新刀等导致刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，编程只需按工件轮廓线进行（图（4-10）中粗实线），数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行半径补偿。 图（4-10）刀具半径补偿 a) 外轮廓b)内轮廓 （2）刀具半径补偿的方法 控刀具半径补偿就是将刀具中心轨迹过程交由数控系统执行，编程时假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中，在加工工程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算出刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的半径值或选用另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。 G41指令为刀具半径左补偿（左刀补），G42指令为刀具半径右补偿（右刀补），G40指令为取消刀具半径补偿。这是一组模态指令，缺省为G40。 使用格式： 说明：（1）刀具半径补偿G41、G42判别方法，如图（4-11）所示，规定沿着刀具运动方向看，刀具位于工件轮廓（编程轨迹）左边，则为左刀补（G41），反之，为刀具的右刀补（G42）。
图（4-11）刀具半径补偿判别方法 （2）使用刀具半径补偿时必须选择工作平面（G17、G18、G19），如选用工作平面G17指令，当执行G17指令后，刀具半径补偿仅影响X、Y轴移动，而对Z轴没有作用。 （3）当主轴顺时针旋转时，使用G41指令车削方式为顺车，反之，使用G42指令车削方式为逆车。而在数控机床为里提高加工表面质量，经常采用顺车，即G41指令。 （4）建立和取消刀补时，必须与G01或G00指令组合完成，配合G02或G03指令使用，机床会报警，在实际编程时建议使用与G01指令组合。建立和取消刀补过程如图（4-12）所示，使刀具从无刀具半径补偿状态O点，配合G01指令运动到补偿开始点A，刀具半径补偿建立。工件轮廓加工完成后，还要取消刀补的过程，即从刀补结束点B，配合G01指令运动到无刀补状态O点。 图（4-12）刀具半径补偿的建立和取消过程 a) 左刀补的建立和取消b) 右刀补的建立和取消
三坐标测量机技术规格书1
“三坐标测量仪”技术规格书 一、设备需求 1.设备名称：三坐标测量仪 2.技术要求： 2.1 技术参数： *2.1.1 测量范围: x≥1200mm, y≥600mm, z≥500mm *2.1.2 探测球精度MPEp ≤2.5μm *2.1.3 长度精度MPEe ≤2.2+L/400 (μm) *2.1.4 3D移动速度≥560mm/sec 2.1.5 3D加速度≥1700mm/ sec2 *2.1.6工作台承重≥700Kg 2.1.7 扫描精度≤+/-1μm 2.2 测量功能： 2.2.1 进行完整的几何元素测量； 2.2.2 形位公差测量； 2.2.3 金属钣金和塑料薄壁件测量； 2.2.4 曲线曲面测量； 2.2.5 模具测量； 2.2.6 激光扫描； 2.2.7 模型自动拼接； 2.2.8 可快速、完整、反复测量结构复杂的工件。 2.3 软件功能： 2.3.1 支持完整的几何元素测量； 2.3.2 尺寸和公差报告； 2.3.3 自动校正测头并自动生成测头路径； 2.3.4 CAD数模的导入导出；； 2.3.6 完整的扫描与数字化逆向功能； 2.3.7 支持测针自动更换； 2.3.8 PTB完全认证。 2.4 控制系统： 2.4.1能够实现真正的实时控制； 2.4.2 获欧洲CE认证或美国UL认证。 2.5 其它： 2.5.1 减震结构； 2.5.2 防碰撞装置； * 2.5.3气压调节阀数量≥8个和空气轴承数量≥25个。 3. 主机、附件详细清单 3. 1 标准配置： 3.1.1主机1套； 3.1.2计算机系统1套； ●P4处理器≥3GHz ●内存DDR≥1G
. 三坐标测量机测头的测球半径补偿误差的计算
三坐标测量机测头的测球半径补偿误差的计算 2010-2-5 15:49:00 来源：《工具技术》阅读：161次我要收藏 【字体：大中小】 摘要：介绍了三坐标测量机的发展与测量头的分类，结合实例重点分析了触发式测头的测球半径补偿误差的产生原因、计算方法和预防措施。 1 引言 从1950年英国FERRANTI公司制造出第一台数字式测头移动型三坐标测量机、1973年前西德OPTON公司完成三维测头设计并与电子计算机配套推出第一个三坐标测量系统 以来，经过几十年的快速发展，坐标测量技术已臻成熟，测量精度得到极大提高，测量软件功能更加强大，操作界面也日益完善，生产厂家遍布全球，开发出了适于不同用途的三坐标测量机型。几十年的发展充分证明，现代三标测量系统打破了传统的测量模式，具有通用、灵活、高效等特点，可以通过计算机控制完成各种复杂零件的测量，符合机械制造业中柔性自动化发展的需要，能够满足现代生产对测量技术提出的高精度、高效率要求。 除用于空间尺寸及形位误差的测量外，应用坐标测量机对未知数学模型的复杂曲面进行测量，提取复杂曲面的原始形状信息，重构被测曲面，实现被测曲面的数字化，不仅是坐标测量机应用的一个重要领域，也是反求工程中的关键技术之一，近年来也得到快速发展。 2 测头的分类 测量头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。三坐标测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式(触发式)和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。本文讨论的重点为触发式测头。
三坐标测量实验报告
三坐标测量实验报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXX 专业：XXXX 2012年11月
一、快速综合检测 利用直接测量法测量给定的被测件 一、实验目的： 1、了解三坐标测量机系统组成和功能； 2、熟悉WTUTOR测量软件； 3、掌握三坐标测量机测量几何参数的基本技能； 4、学会测量数据的处理和零件设计方法。 二、实验要求： 1、根据被测件的特点以及所需测量的几何元素确定测量方案：包括所需的测头数及其标定、零件坐标系的建立等。 2、测量各几何要素，以文件方式输出测量结果。 3、根据测量数据，用AUTOCAD绘制零件图。 4、整理实验过程，编写实验技术报告。 三、实验方案设计： 1、分析被测件的特点和需要测量的几何特征，确定零件装夹方案：被测件的外观形状是长方体, 需要测量的几何特征是位于该长方体上的通孔、阶梯圆柱孔、小孔、阶梯平面和一槽，由于该零件质量较大，故无需装夹，只需平放于测量工作台面上即可。 2、确定工件坐标系：选择零件上通孔所在的直线为Y轴，相对较平整的平面作为XZ 平面，该平面与Y轴交点作为坐标原点，选择与Y轴平行的一个面的法线方向作为X轴。 3、根据被测几何元素，确定测头（1）A：0°，B：0°；（2）A：90°，B：90°； （3）A：90°，B：180°；（4）A：90°，B：-90°；（5）A：90°，B：0°； 4、根据被测参数确定被测元素、关系计算、形位测量等。选择测头在适当的工件坐标系下进行测量，并将测量数据存储到指定文件中。 四、实验步骤： 1、启动机器： 由于三坐标测量系统是一个多机器的复杂系统，所以要注意各机器的开启顺序。首
三坐标测量机球头测针补偿技术
三坐标测量机球头测针补偿技术* 李君波 助理工程师(第七一七研究所) 摘 要: 介绍了手动三坐标测量机测头跟踪原理,并分几种情况探讨了使用球头测针进行点位 测量时,被测点坐标值的补偿方法及实现途径。 关键词: 三坐标测量机 球头测针 补偿 * 收稿日期:1999-11-20。 1 引 言 在使用手动三坐标测量机对工件进行多点位测量时,由于被测物体形状各异,工作量很大。因此,提高硬件测量速度、改进操作流程、增强软件容错性及软件智能性等是提高测量效率的主要手段。 2 测头跟踪机制 测头跟踪机制是一种增强软件智能性的技术。其工作原理如下 : 图1 链队列示意图 图2 循环队列示意图 每次测量一个点位,无论是重测还是新测,测针都需要运动一段距离,因此可在软件中设置跟踪机制,自动追踪测针的运动轨迹,根据采集到的测针碰触被测点位之前一段距离的坐标值集C OOR-SE T ={node 1,node 2, ,node n}(node n 为跟踪的最后一个坐标值)。可分析测针从何方位碰触被测点位,再在使用球头测针时自动补偿,而不必在测量之前手动指定测量方位,增强了测量的智能化程度,提高了工作效率。 因为必须保存坐标值集COOR-SET 并且需在测针运动时不断更新数据、加入最新的坐标值、去除最老的坐标值,因此,坐标值集COOR-SE T 构成一个先进先出的队列。可采用两种方式实现,即链队列和循环队列。 若采用链队列的方式,当加入新的结点P 同时删除最老的队头结点时,进行如下操作: new(P); 申请新结点; p->data=xyz data;p->next=NI L; 填入数据域,指针域置空;
三坐标测量机的测头
三坐标测量机的测头
触发式测头是对工件表面进行离散点数据的采集，扫描系统能够连续采集大量表面点的 数据，从而给出关于工件表面形状清晰描述。扫描是在需要描述工件形状或者是测量复杂形状工件时的理想选择。常用测头如下： PH10M可分度机动测座 产品综述： PH10M是功能强大的分度机动测座，能够携带长加长杆和各种测头。具备高度可重复性的动态连接，允许快速的测头或加长杆更换而不需要重新校正。 PH10M特点： - 自动关节固定，可重复测头定位 - 与所有M8螺纹的测头兼容 - 能够携带长达300mm的加长杆 - A 轴105度，B 轴360度，7.5度进位，共720个可重复定位 - 杆固定 PH10MQ/PH10MQH可分度机动测座 产品综述： PH10MQ/PH10MQH，具有紧凑的机构，能够固定在测量机Z轴内部，从而提高了Z向的行程，使得测量空间更大。 PH10MQ/PH10MQH可分度测座，功能强大。能够携带长加长杆和各种高性能测头，SP600M 或者是TP7M。 基于其高重复性和可自动连接，使得在运行过程中自动进行测头和探针的更换，而不需要重新校准(使用ACR1)。
产品特点： - 自动关节固定，可重复测头定位 - 与所有M8螺纹的测头兼容 - 能够携带长达300mm的加长杆 - A 轴105度，B 轴180度，7.5度进位，共720个可重复定位 - 杆固定 PH10T可分度机动测座 PH10T，属于通用的分度式测座。能够实现720个位置的重复定位，从而可完成对于任何工件特征的检测。所有M8螺纹的测头，都能够直接安装在PH10T自身的M8螺纹孔上。PH10T 是PH10系列测座的扩展，采用PHC 10-2控制器，并与其他许多RENSHAW产品兼容。PH10T特点： - 与所有M8螺纹的测头兼容 - 能够携带长达300mm的加长杆 - A 轴105度，B 轴180度，7.5度进位，共720个可重复定位 - 杆固定
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究 发表时间：2019-07-03T11:27:05.697Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：林强[导读] 让测量人员了解三坐标测量过程中的误差来源及如何消除误差,使测量值更接近于实际值,具有较强的工程实践意义。 中车沈阳机车车辆有限公司辽宁省沈阳市 110142 摘要：20世纪60年代初,三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine,简称CMM)首次面市,这是一种精密的高效测量仪器。三坐标测量级的技术基础是计算机,数控,电子技术的极大发展。需求来源是由于数控机床以及零件形状复杂化而产生的配套测量设备的需求。时至今日,三坐标测量机已经由简单的配套设备转变为加工控制设备。在现如今的航天航空、汽车、机加工等行业中被广泛应用。已成为现代工业 检测和质量控制不可缺少的测量设备。因此,使用好CMM,使其在生产中发挥其应有的作用,显得至关重要。测量误差在工程实践中不可避免,让测量人员了解三坐标测量过程中的误差来源及如何消除误差,使测量值更接近于实际值,具有较强的工程实践意义。 关键词：三坐标测量机；测量误差；补偿方法 作为精密测量仪器,三坐标测量机在产品设计、加工制造、检测等领域得到广泛的应用与推广。但在实际的测量过程中,仍然会有测量误差的产生,如测头测针磨损、测量路径选择不当等因素。因此,分析误差源并采取合适的补偿方法,是提高测量精度行之有效的途径。 1三坐标测量机误差分类 根据误差特性的不同,可将误差分为准静态误差和动态误差。准静态误差是指由于外界因素和自身结构引起的误差,而动态误差引起的原因是多方面的,会随时间变化而变化。 2三坐标测量机误差源分析 2.1准静态误差源分析 三坐标测量机静态误差的原因是多方面的,如测量环境的温度、湿度、振动、机导向机构的运动、测头磨损,以及测量方法等不确定因素造成的。 2.2动态误差源分析 三坐标测量机是一个由机体、驱动部分、控制系统、导轨支承、侧头部分、计算机及软件等组成的整体。测量速度会随着测量任务的变化而经常性的变化,在测量过程中,会受到较大的惯性力。由于三坐标测量机的运动部件和导轨是弱刚度性,因此运动部件会在惯性力的作用下产生偏转,测针会偏离正交位置并产生动态误差。 由于三坐标测量机的导轨支承的运动精度会随着三轴的移动速度变化而变化,在此过程中会伴随着测头接触力、测头等效半径和冲击力的变化,导致三坐标测量机的移动速度和逼近距离产生偏差,动态误差随之产生。 3三坐标测量机误差补偿方法 3.1三坐标测量机温度补偿方法 三坐标测量机温度补偿主要由三部分组成:标温下结构参数标定、温度实时采集系统和误差补偿系统。首先测量机利用自身系统获得标准温度下的结构参数,并作为标准结构参数。温度采集系统将采集到的实时温度与当前环境下的温度进行对比和计算,将温度偏差值按照温度热变形误差公式进行实时补偿,反过来,提高了三坐标测量机的测量精度。 3.2动态误差补偿方法 3.2.1软件修正法补偿 根据三坐标测量机的动态误差产生时间节点不同,可分为实时误差与非实时误差。实时误差的补偿方法是对现场的误差数据即时地进行误差补偿,这种方法误差修正精度较高,但需要系统具有伺服驱动,成本较高。非实时误差补偿是对系统采集到的误差数据进行分析校正,这种方法成本低,应用较为广泛。本文采用软件修正的方法对三坐标测量机的动态误差进行非实时误差补偿。该软件使用三次样条原理对误差进行插值计算,并绘出误差曲线图。根据样条函数理论,离散误差点样条函数的节点即是误差点,在三次样条函数拟合后,可以得到误差曲线的模型,拟合精度高,适用性强。 3.2.2测量力误差补偿 测量机在测量过程中,由于受测量力的影响会产生弯曲变形,导致测杆偏离测量理论准确位置,导致测量误差的产生。根据三坐标测量机测头和测杆的结构,建立测杆的弯曲变形模型。 分析上述模型,可得到测量力对测量杆产生的横向位移ωY和压缩ωZ,其计算公式： 根据上式可得到测量力与横向位移、压缩位移的关系。根据上述关系,可按照测量力的大小对测杆的横向位移和压缩位移进行补偿。 3.3确保测头校正的准确性 测头校正的目的，是校正出测杆的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时，产生的误差，将全部加入到测量中去。因此，要保证头校正的准确。使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法，来检查校验精度。如果对测量精度的要求比较高，需要重新校正测头，以确保数值精确。 3.4采取正确的测量方法 三坐标测量仪的测针，越短越好。根据测量经验，测针越短，测量结果越准确。对于比较精密的测量，一定要使用比较短的测针进行测量。尽量的减少接头与长杆，也可以提高测量的精度。在使用三坐标测量仪进行测量的时候，要尽量的做到侧头的直径范围尽量的大。因为使用三坐标测量仪进行测量，测头是最重要的一个测量配件，会直接的对测量的结果造成影响。 3.5减小三坐标测量机测量同轴度误差
(完整word版)三坐标测量机检测实验报告
专业及班级：姓名：学号： 实验二：三坐标测量机检测 一、实验目的：通过观察三坐标测量机的检测过程，分析检测的基本原理，掌握三坐标测量机的日常操作过程。 二、实验设备：西安爱德华MQ686三坐标测量仪及其辅助设备。 设备简介：机械整体结构采用刚性结构好、质量轻的全封闭框架移动桥式结构。其结构简单、紧凑、承载能力大、运动性能好。 固定优质花岗岩工作台：具有承载能力强、装卸空间宽阔、便捷的功能。 Y向导轨：采用燕尾式，定位精度高，稳定性能好。 三轴采用优质花岗岩，热膨胀系数小，三轴具有相同的温度特性，因而具有良好的温度稳定性、抗实效变形能力，刚性好、动态几何误差变形小。 三轴均采用自洁式预载荷高精度空气轴承组成的静压气浮式导轨，轴承跨距大，抗角摆能力强，阻力小、无磨损、运动更平稳。 横梁采用精密斜梁设计技术（已获专利），重量轻、重心低、刚性强，动态误差小，确保了机器的稳定。 Z轴采用气缸平衡装置，极大的提高了Z轴的定位精度及稳定性。控制系统采用德国知名的SB专用三坐标数控系统，具有国际先进的上下位机式的双计算机系统，从而极大地提高系统的可靠性和抗干扰能力，降低了维护成本。 三、实验原理： 三坐标测量机：由三个运动导轨，按笛卡尔坐标系组成的具有测量功能的测量仪器，称为三坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备。三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业 等各领域。 分类： 按其精度分为两大类： 计量型：（UMM）1.5 μm+2L/1000 一般放在有恒温条件的计量室内， 用于精密测量分辨率为0.5μm，1或2μm，也有达0.2μm的； 生产型：（CMM）一般放在生产车间，用于生产过程的检测，并可进行末道工序的精加工，分辨率为5μm或10μm，小型生产测量机也有1μm或2μm的。 按结构分为：悬臂式、龙门式、桥式、铣床式 按控制方式分为：手动式、自控式
三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正
三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正，这是进行测量前必须要做的一个非常重要的工作步骤，因为测头校正中的误差将加入到以后的零件测量中。而在触发式测头校正后的测针宝石球直径要比其名义值小，这使许多操作员感到奇怪，但是要解释原因，可不是一两句话能说清楚的。让我们从校正测头的原理说起。 1、为什么要校正测头： 校正测头主要有两个原因：为了得到测针的红宝石球的补偿直径和不同测针位置与第一个测针位置之间的关系。 三坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝石球接触被测零件的测量部位，此时测头(传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，工作中的测量软件就收到一个由X、Y、Z坐标表示的点。这个坐标点我们可以理解为是测针宝石球中心的坐标，它与我们真正需要的测针宝石球与工件接触点相差一个宝石球半径。为了准确计算出我们所要的接触点坐标，必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。 在实际测量工作中，零件是不能随意搬动和翻转的，为了便于测量，需要根据实际情况选择测头位置和长度、形状不同的测针(星形、柱形、针形)。为了使这些不同的测头位置、不同的测针所测量的元素能够直接进行计算，要把它们之间的关系测量出来，在计算时进行换算。所以需要进行测头校正。 2、测头校正的原理： 测头校正主要使用标准球进行。标准球的直径在10mm至50mm之间，其直径和形状误差经过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。 测头校正前需要对测头进行定义，根据测量软件要求，选择(输入)测座、测头、加长杆、测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直径值)等(有的软件要输入测针到测座中心距离)，同时要分别定义能够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。 用手动、操纵杆、自动方式在标准球的最大范围内触测5点以上(一般推荐在7～11点)，点的分布要均匀。 计算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标X、Y、Z值)，进行球的拟合计算，得出拟合球的球心坐标、直径和形状误差。将拟合球的直径减去标准球的直径，就得出校正后测针宝石球“直径”(确切的讲应该是“校正值”或“校正直径”)。 当其他不同角度、位置或不同长度的测针按照以上方法校正后，由各拟合球中心点坐标差别，就得出各测头之间的位置关系，由软件生成测头关系矩阵。当我们使用不同角度、位置和长度的测针测量同一个零件不同部位的元素时，测量软件都把它们转换到同一个测头号(通常是1号测头)上，就象一个测头测量的一样。凡是在经过在同一标准球上(未更换位置的)校正的测头，都能准确实现这种自动转换。 3、校正值比名义值小的原因： 在了解测头校正的原理后，我们就很容易解释测针校正值比名义值小的原因了。 a、触发式测头在原理上相当于是杠杆结构。触测时，必须使传感器能够触发(相当于开关断开)才能发出信号。由于测针(力臂)有一定的长度，所以在测针的宝石球接触标准球后，还要运行一段距离，才能使传感器触发，测针越长这段距离越大。因此造成触发信号的延迟，使拟合球的直径小于宝石球直径和标准球直
实验一 三坐标测量仪数据测量实验1
.实验一三坐标机的应用 1.实验目的 （1）了解三坐标测量机的组成及工作原理。 （2）掌握PC-DMIS 系统的基本功能。 （3）掌握测头的校准。 （4）掌握建立零件坐标系的方法。 （5）掌握基本元素的手动与自动测量。 （6）掌握构造元素的方法。 （7）学会及测量数据的导出。 2.实验设备和工具 （1）三坐标测量机。 （2）环氧树脂齿轮。 3.三坐标机的类型与组成 三坐标测量机是一种高精度测量设备，它在现代高端制造业及逆向工程中有着重要的作用。按活动机主机结构包括：活动桥式、固定桥式、单边高架桥式。 活动桥式固定桥式单边高架桥式 4、测量主机 本次实验所使用的为CROMA活动桥式测量机，主要由测量机主机、控制系统、测座测头系统、计算机和测量软件几部分组成。测量主组成如下图。
5、控制系统 控制系统是测量机的控制中枢，主要功能：控制、驱动测 量机的运动，三轴同步、速度、加速度控制；在有触发信号时 采集数据，对光栅读数进行处理；采集温度数据，进行温度补 偿。 6、测座测头系统 测座测头系统是数据采集的传感器系统，测座分为手动和自动两种，主要功能：测座根据命令旋转到指定角度；测头控制器控制测头工作方式转换；测头传感器在探针接触被测点时发出触发信号。 7、测杆 测头加长杆（50,100,200mm） 测针加长杆 附件
8、安装顺序 （1）Probe Head：PH10T （2）Extentsion：PEL1/2/3/4 (3）Probe：TP20 Body TP20 Module (4)Extension：20mm (5)Tips：4by20mm 计算机（又称上位机）和测量软件是数据处理中心，主要功能：对控制系统进行参数设置；进行测头定义和测头校正，及测针补偿；建立零件坐标系（零件找正）；对测量数据进行计算和统计、处理；编程并将运动位置和触测控制通知控制系统；输出测量报告；传输测量数据到指定网路或计算机。