三坐标测量机与其应用

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青岛雷顿数控测量设备 有限公司（Leader NC)
Chameleon 7107 三坐标测量机 美国布朗·夏普 公司制造 测量范围: 650×1000×650
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三坐标测量机的基本功能
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将被测物体置于三坐标测量空间，根据测量任 务采集被测对象的若干点的三维空间坐标值，由这 些点的空间坐标值，通过计算求出被测物体的几何 尺寸、形状或几何要素的空间位置。
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单位：h
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结构类型和组成（主机机械系统）
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1、三坐标测量机构运动
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三坐标测量机机架结构
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三坐标测量机的主体主要由以下各部分组成：底座、 测量工作台、立柱、X及Y向支撑梁和导轨、Z轴部件 及测量系统（感应同步器、激光干涉仪、精密光栅尺 等）、计算机及软件。
三坐标测量机的主要组成部件：
1.主机机械系统（X、Y、Z三轴运动执行机构）； 2.测量系统 －测量头和标准器（瞄准定位、坐标测量读数） 3.电气控制硬件系统； －运动控制机构； 4.测量软件系统； －数据处理
三坐标测量机的应用： 正向工程 产品设计-->制造-->检验（三坐标测量机） 逆向工程
工件（模型）－>3维测量（三坐标测量机）－>设计、制造
标准器：
坐标测量读数
机械类：刻线标尺、精密丝杠、精密齿条： 光学类：光栅式、激光干式； 电 类：感应同步器、磁栅式、编码器
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(1)机械接触式测头
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圆 锥 形
圆 柱 形
球 形
回 转 式 半 圆
回 转 式
1/4 柱 面
盘
内 点 V测 直测
形
圆 测 形头 角头
锥头 块
触发式测头
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触发式测头
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• 当触发式测头的测端触碰到被测工件时，测头发出触发信 号。其核心是判断接触与否，类似电子开关的工作性质， 故又称开关测头。实现此功能的方法有电子机械开关的通 断、压电晶体的压电效应和应变片的形变等。
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（反求软件）； 3.与CAD/CAM系统的集成；（通用CAD/CAM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。
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逆向工程典型流程图
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激光扫描测量及软件处理示意图
1.机械触发机构
2.感应接触形变的应变片
3.压电传感器
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( 2)光学非接触测头
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光学点位测量头 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 一定范围内进行测量，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。
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出现时间: 20世纪60年代后期
出现条件：生产发展需要（ 检测和加工技术） 电子技术、计算机技术和精密加工技术的发展 提供技术基础
应用领域：机械制造、仪器制造、电子工业、航空和国防工业
特别适用于测量：
箱体类零件的孔距和面距、模具、精密铸件、电子 线路板、汽车外壳、发动机零件、凸轮、飞机型体 等带有空间曲面的工件。
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扫描完成后的点云 全方位的截取物体的剖面线 利用三维CAD软件绘制产品图
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§2 三坐标测量机的类型和组成 页
三坐标测量机按技术水平可分为以下几个类型： (1)数显及打字型(N)
测量:手动 数据:人工处理
(2)带有小型电子计算机进行数据处理(NC) 测量:手动或机动 数据:计算机
(3)计算机数字控制(CNC) 测量:按程序自动 数据:计算机
第八章 三坐标测量机及其应用
华侨大学机电学院 2006秋季
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主要内容
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• §1 概述 • §2 三坐标测量机的类型和组成 • §3 三坐标测量机的测量系统 • §4 测量数据处理 • §5 坐标测量机的自动测量方法 • §6 三坐标测量机的精度评定 • §7 测量机的特殊应用与发展趋势
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§1 概述
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2、结构类型 (1)悬臂式 (2)桥式 (3)龙门式 (4)镗床式
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悬臂式
桥式
龙门式
卧式镗床式 坐标镗床式
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部分三坐标测量机的性能指标见表8—2所示
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206——207页
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§3 三坐标测量机的测量系统
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三坐标测量机的测量系统的主要部件：
测量头： 瞄准定位
(1)机械接触式测头(硬测头) (2)光学非接触测头 (3)电气接触式测量头
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三坐标测量机在现代设计制造流程中的应用
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逆向工程是利用从实体模型采集数据信息，并反馈到 CAD/CAM系统进行设计制造的一个过程。
是将实物转变为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。
逆向工程是解决直接从样件实现再造、建立那些已经 遗失设计文件的工件设计文件以及结合现有CAD模型进行 设计改进的好方法。
视频测头
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。
例如：印刷线路板、触发器、垫片或直径小于0.1mm的孔。
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。
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光学非接触测头
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光学点位测量头
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在成像光路中插入一遮光片，其位置正好挡住 激光器光束的半个光斑，此时，若被测面仍位 于物平面A处，则光电检测器的差动输出仍然 为零，而当被测面离焦位于A1位置时，在光电 检测器上的像为半圆形光斑，如图1中的B1所 示，而当被测面离焦位于A2位置时，在光电检 测器上的像如图1中的B2所示。由图可知，离 焦方向不同时，光电检测器上的光斑或位于光 轴的上方或下方，半光斑的直径随离焦量的增 大而增大，此时光电检测器的差动输出不再为 零，输出信号的极性决定于离焦的方向，输信 号的大小决定于离焦量的大小。由此可见，可 根据光电检测器的差动输出判断被测表面的位 置，光电检测器差动输出的过零点即为测量瞄 准位置。
通过利用坐标测量机，探测所要实现逆向工程设计的 零件表面，利用专业软件对采集数据进行处理，生成该零 件直观的图形化表示，进行有关设计更改，并经过性能模 拟测试。这样，可大大缩短了设计时间，简化了零件的调 整和评估时间。
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逆向工程设备： 1.三坐标测量机：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/CAM软件； 4.数控机床（数控加工中心）；