三坐标测量技术与实用编程

目录

论文标题 (3)

引言 (4)

一、三坐标测量机概述 (5)

（一）测量机的组成和基本原理 (5)

（二）坐标系统 (5)

二、三坐标测量机硬件 (6)

（一）机械结构 (6)

（二）控制系统 (7)

（三）探测系统 (10)

三、三坐标测量机软件 (12)

（一）CAD数模测量软件包 (12)

（二）直接CAD接口的测量软件 (13)

四、测量技术应用 (14)

（一）箱体类零件的测量 (14)

（二）自由曲面类零件的测量 (16)

（三）反求测量 (16)

五、实用测量编程 (17)

（一）联机编程、脱机编程 (17)

（二）自动编程 (17)

（三）高级编程 (17)

六、三坐标测量机的维护和保养 (32)

七、结论 (33)

致谢 (33)

参考文献 (34)

三坐标测量技术与实用编程

摘要

随着制造业的迅猛发展和全球经济一体化的猛烈冲击，中国的企业正在经历着一场史无前例的脱胎换骨的变革，即由原有的低技术含量的劳动密集型的粗旷加工，转变为拥有先进制造技术、工艺与检测流程的技术密集型的精益生产，由非数字制造、非精密制造，转变为数字制造、精密制造，从依靠批量生产和廉价劳动力取胜的世界工厂，转变为追求高品质，具有真正核心竞争力的现代生产制造企业。计量与测量技术的发展、变革、参与和推动，将成为制造业变革中至关重要的因素。

三坐标测量机对于大多数制造业，特别是汽车、模具、机床、加工制造、航空航天等领域都具有十分重要的意义，它使企业在质量控制和管理中不断提升自己的产品质量和工作效率，从而更加能满足顾客的需求和服务。

关键词：三坐标测量机、坐标系统、探测系统、PCDMIS测量软件、CAD 数模、自由曲面测量、逆向工程、流程控制语言。

引言

三坐标测量机已经成为当前工业产品尺寸检测的主要设备。由于现代工业生产的批量性、产品规格、系列的多样性以及产品越来越复杂，因此，制定合理的零件检测程序，开发出高水平的三坐标检测程序，并加以有效管理对提高产品检测技术和质量保证水平都是十分重要的工作。

本文首先论述了桥式三坐标测量机的结构特点和工作原理，介绍了三坐标测量机硬件系统、软件系统和探测系统，通过本论文的阐述能够运用三坐标测量机及其先进测量软件（本文指PC-DMIS软件）进行自动编程、脱机编程等。可适合三坐标测量机的使用者、设计人员、质量控制人员、管理人员等参考。

本论文测量技术应用部分是写运用三坐标测量软件的基本功能测量零件的几何元素特征，如点、线、面、弧、槽、圆、圆柱、球体、锥体、形位公差及空间几何元素的位置关系，通过编程能够满足各种零件测量。

本论文实用测量编程部分是写利用软件的流程控制语言及VB语言进行高级测量编程，实现程序的简单化，给测量工作带来更佳的效果，从而能够大大提高测量工作效率和测量的准确性。

一、三坐标测量机概述

三坐标测量机，它的英文全称为：Coordinate Measuring Machine，是在三维空间上通过采集点的三维坐标来评定物体几何形状，是集光、电、气、机械与计算机技术融为一体高精度、高效率的一种自动化先进坐标测量机器，也是制造业中必不可少的一种检测设备。本文主要介绍的是移动桥式三坐标测量机，如图（1）：

（一）三坐标测量机的组成和基本原理

坐标测量机一般由主机（包括光栅尺）、控制系统、软件系统及测头组成，如图（2）所示：

图（1）移动桥式坐标测量机图（2）三坐标测量机组成部分

坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。

（二）坐标系统

1.机器坐标系：开机时机器回原点的位置，以X 、Y 、Z 三个导轨方向为坐标轴所构成的直角坐标系，称为机器坐标系，它是固定在坐标测量机上的坐标系。图（3）所示：

2.零件坐标系：通过被测工件的设计或工序基准建立起来的坐标系称为零件坐标系，它是固定在零件上的。图（3）所示：

图（3）机器坐标系、零件坐标系

二、三坐标测量机硬件

（一）机械结构

根据ISO 10360 国际标准《坐标测量机的验收检测和复检检测》第一部分的规定，根据机械结构，对主要的测量机结构类型作以下分类：移动桥式坐标测量机、固定桥式坐标测量机、龙门式坐标测量机、水平悬臂坐标测量机等。每种测量机都具有各自的特点并运用于各行个业，各种测量机类型如

零件坐标系

机器坐标系

图（4 a、b、c、d）所示：

(a) 移动桥式坐标测量机(b) 固定桥式坐标测量机

(c) 龙门式坐标测量机(d) 水平悬臂坐标测量机

此外还有导轨及轴承、机械传动、平衡机构、光栅等结构。这里只作简单叙述：

1．导轨及轴承：测量机的导轨是保证机器平稳、高精度运动的关键，目前主要采用气浮导轨及直线滚珠导轨两种形式。

2．机械传动：有两大部分，一是减速器部分，二是主传动部分；主传动部分可分摩擦传动及齿合传动。摩擦传动有：转动钢带传动、固定钢带传动、直接摩擦传动、固定杆传动、斜轮（转动杆）传动；齿合传动有：齿轮齿条传动、柔性齿条传动、滚珠丝杠传动、同步带传动。

3．平衡机构：垂直测量机的Z轴或水平臂测量机的水平臂及头架组件，由于重力作用会下掉，必须有机构加以平衡，使它处于随意平衡状态。目前常用的平衡机构有三种，一种是重锤平衡，另一种是气动平衡，还有一种是