第七章 三坐标测量机

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坐标测量机应用步骤
4. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定零件的装夹 方式，并设计相应的测量夹具 5. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定测量座标系 的建立方式 6. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定探针的组合 方式 7. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定整个测量工 序、测量机运行的路径以及测量结果计算方法 8. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定被测零件名 义值的输入情况，特别是在有复杂的曲面曲线形状的测量 中，往往还需输入CAD模型，以此作为测量的名义值
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坐标测量的特点
测量精度高 工作适应性强
测量结果一致性好
一次装夹完成尽可能 多的复杂测量 完成人工无法胜任的测 量工作
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五、几何量数字测量的特点
基于计算机的数字控制与测量 基于软件功能的广泛适应性 基于精密机电技术的测量精度
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六、几何量数字测量的功能
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7.2 三坐标测量机的类型和组成 一、三坐标测量的类型
CCD照相
G-SCAN 线激光测头
G-Tube 非接触管件测 头
T-Scan 便携式扫描头
连续伺服关节
CW 43L 最大测头加长长度：570 mm
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1）触发式测头系统
RENISHAW电阻型触发式探头
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2）固定式测头系统
测量精度高 探针组合大 角度固定
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2）固定式测头系统
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3） 回转式测头系统
第七章Байду номын сангаас三坐标测量机
基本原理与作用 三坐标测量机的类型和组成
三坐标机测量过程与应用
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7.1 基本原理与作用 一、数字测量的需求与应用
现代制造发展的需求 质量过程控制的需求
适用于测量箱体零件的孔 距和面距、模具、精密铸 件、电子线路板、汽车外 壳、凸轮、飞机型体等带 有空间曲面的工件
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二、三维数字测量机历史
测量传感器 探针系统 探针标定
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探测方法类型
测头探测方法 表面数字化方法
非接触式
接触式
光学式
非光学式
触发式
连续式
三 角 形 法
结 构 光 法
激 光 干 涉 法
计 算 机 视 觉 法
测 量 法
核 磁 共 振 测 量 法
C T C T
层 析 法
超 声 波 法
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接触式测头系统
点到点测头
Tesastar 手动旋转
测量方便
探针组合有限制
探针长度有限制 存在步距角
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3） 回转式测头系统
RENISHAW 回转测头
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3） 回转式测头系统
RENISHAW 连续回转扫描测头
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(6) 坐标测量机控制系统框架
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7.3 三坐标机测量过程与应用


测量坐标系的建立
常规几何元素测点推荐


被测零件的定位
被测零件的装夹
测量系统
测头系统 控制系统 软件系统
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(1) 坐标测量机基础平台
基础刚性
支承精度 热稳定性 零件安装
花岗岩台面
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(2) 坐标测量机的机架
支架刚性
轻量化
热稳定性
全对称三角形横梁结构
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(3) 气浮运动支承
支承刚性 摩擦力最小 精度保持性好
气浮支承系统布局
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运动支承导轨
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(4) 测量系统
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六、 测量机使用中需注意的问题
1. 测量要求的明确，测量方法、数据处理方法的沟通与确认 2. 零件测量工艺的制订及相关规范的建立 3. 确认测量坐标系的建立方法，并验证所建坐标系的准确性 4. 注意探针组合的标定误差 5. 确认零件安装的稳定性，以及零件加工工艺的影响 6. 确认具体采点方法与密度，特别是具体取点的方法及零件状况 7. 逐步确认所测几何元素的精度状态（多次测量、直观数据） 8. 注意使用重复测量验证测量结果的稳定性 9. 注意测量结果计算的条件
10. 注意结果输出的方式方法（信息集成与管理）
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七、应用实例
1.精密箱体类零件
基准状况良好 精度要求高 测杆长 测量方位多 形位公差计算
环境要求高
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1.精密箱体类零件
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2.注塑类零件
需专用夹具保持工况 被测元素状况差 多测曲面曲线 零件方位一致性差 可用间接测量 测力需要控制
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3.金属压铸类零件
Tesastar I 手动分度
Tesastar M 自动分度
T-Probe 轻便型测头
高精度扫描测头
LSP X3 最大加长杆长度： 360 mm
LSP S2/S4 LSP X5 最大加长杆长度： 最大加长杆长度： 500 mm 600 - 800 mm
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非接触式与控制回转测头系统
非接触传感器
CMM-V

数显及打字型
带有小型电子计算机进 行数据处理 计算机数字控制

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二、三坐标测量机结构类型
悬臂式
桥式
龙门式 镗床式
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二、三坐标测量机结构类型
龙门式
桥式
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二、三坐标测量机结构类型
悬臂式
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二、三坐标测量机结构类型
双悬臂式
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三、 三坐标测量机的组成
基础平台 机架系统 运动支承
驱动系统
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辅助装夹 系统
测量结果 输出格式
被测零件测量要求分析内容
对被测零件进行测量要求的分析是三座标测量机应用中 的一个最基本的环节，对被测零件测量要求的分析主要包括 以下几个方面的内容： 1. 零件中所需测量的内容：包括数据采集的位置、被测几 何元素的内容等 2. 对测量数据处理的要求：包括尺寸的换算、被测几何元 素的相互关系计算、几何元素的尺寸与位置公差计算等 3. 对测量结果输出的要求：包括测量结果输出的格式与内 容
基准源于测量工具
基准源于测量工具和 数字模型 零件无需精确放置
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四、被测零件的装夹
零件方位合理 零件装夹合理 零件装夹一致性 检测评价工况保障
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五、坐标测量机应用过程
被测零件几何要求 要求分析与控制转换 测量评价方法 测量工艺过程确定 测量名义 数据准备 探针组合 设计 具体测量 工艺 坐标测量程序编制 测量程序调试 实际测量过程 坐标测量机 测量数据处理 测量结果输出
需专用夹具保持工况 被测元素状况差 多测表面空间点 零件方位一致性差 常需迭代方法建坐标 零件易变形
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1、机械式测量系统 精密丝杠加微分鼓轮式 精密齿条及齿轮式 滚轮直尺式 2、电气式测量系统 感应同步器式 磁栅式 编码器 3、光学式测量系统
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(4) 测量系统
3、光学式测量系统
一般采用数字式连续位移系统 光学读数刻度尺式 光电显微镜和金属刻尺式 光栅测量系统 光学编码式 激光干涉式
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(5) 测头系统


坐标测量机应用过程
测量机使用中需注意的问题 应用实例
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一、测量坐标系的建立
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测量坐标建立方法 确定尺寸投影平面(3点) 3
2
确定尺寸投影方向(2点) 2
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定义尺寸计算起点(1点) 1
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二、常规几何元素测点推荐
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三、被测零件的定位
传统测量方法 数字测量方法
零件方位精确调整
零件方位数字对准 (测量坐标系)
世界上第一台三坐标测量机
（英国Ferranti公司1956）
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三、几何量的数字化表示
Z轴 C轴 点 Y轴 β γ B轴 α A轴 “0” X轴
(X,Y,Z,I,J,K)
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四、几何量数字测量的基本原理
运动轴系 探测系统
检测定义 计算分析 测量评价
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三维数字测量的原理
通过探测传感器（测头）与测量空间 轴线运动的配合，对被测几何元素进行离 散的空间点坐标的获取，然后通过相应的 数学计算定义，完成对所测得点（点群） 的拟合计算，还原出被测的几何元素，并 在此基础上进行其与理论值（名义值）之 间的偏差计算与后续评估，从而完成对被 测零件的检验工作。