本科逆向工程-测量设备1r(1)

三坐标测量机（CMM）
三坐标测量机是典型的接触式测量设备，20世纪 60年代发展起来的一种高效率的新型精密测量仪 器。它广泛地应用于制造、电子、汽车和航空航 天等工业部门。起初是作为一种检测仪器，对零 件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。此 外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路 等，由于三坐标测量机具有对连续曲面进行扫描 来制备数控加工程序的功能，因此一开始就被选 为逆向工程的主要数字化设备并一直使用至今。
测量设备的分类
实物测量 接触式 非接触式 破坏式
光学
CMM 机械手
声学
声波定位仪
电磁学
自动断层扫描
MRI磁共振
结构光
激光三角形
激光测距法
干涉测量法 图像分析法
影响数据采集质量的因素
测量方法本身的精度 仪器的校准 测量范围的限制 夹具阻挡、样件自身结构阻挡 采集数据的局部缺少 被测物体表面的光洁度 零件数据的统计性分布
模拟式测头
模拟式（扫描式）测头在接触被测工件后， 连续测得接触位移，测头的转换装置输出 与测杆的微小偏移成正比的信号，该信号 和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被 测工件上点的精确坐标。 若不考虑测杆的变形，扫描式测头是各向 同性的，故其精度远远高于触发式测头。 该类测头的缺点是结构复杂，制造成本高， 目前世界上只有少数公司可以生产。
电气控制系统
计算机硬件部分 测量机软件 打印与绘图装置
将三坐标测量机应用在逆向工程中，测量可通过人工操作 逐点测量，也可通过编制测量程序进行测量规划实现连续 或间断式数据测量，采集曲面的外形数据。在逐点式扫描 测量时，通常是将测头在横向以等速或等间距逐点移动， 再以等时间或等间距位置量取样件在Z轴的坐标。但当工 件轮廓有明显起伏变化时，需要增加测量点来提高分辨率， 最简单的方式是取（ΔX+ΔZ）为常数，ΔX、ΔZ分别是横 向和纵向坐标的步长。当ΔZ变大时，ΔX变小，测量点将 更加密集。即当样件斜率变大时，测量速度减慢，此动作 称为速度跟踪。
三坐标测量机的主要特点 不受物体表面颜色及光照的限制；对物体边界也能产生较 准确的测量结果；测量精度高（一般能达到u级）；由于 测头的限制，可能丢失某些测头不可到达的细节数据；不 能测量软材料物体；测量速度受到机构运动的限制；测量 过程需要较多人工干预，对大型自由曲面产品的测量效率 较低。
机械手式测量机
三坐标测量机（CMM）
三坐标测量机基本原理
将被测物体置于三坐标机的测量空间，它通过感知测量头 与工件表面的接触，可获得被测物体上各测点的坐标位置， 根据测点的空间坐标值，经计算可求出被测的几何尺寸、 形状和位置。在三坐标测量机上装置分度头、回转台（或 数控转台）后，系统具备了极坐标（柱坐标）系测量功能， 这种具有X、Y、Z、C四轴的坐标测量机称为四坐标测量 机。按照回转轴的数目，也可有五坐标或六坐标测量机。
MicroScribe
采用硬式测头的小型测量仪MicroScribe，主要用于 实验室教学时对较小实物模型的测量。精度0.3mm左右。
触发式测头
触发式测头利用电子开关机构，当测头碰 到样件表面，由接触力控制电子机构的开 关，由电信号的通断控制坐标值的读取。 触发式测头的触发信号由电子开关控制， 故其重复性、准确性较高，测量精度可达 1μm甚至更高，是现代三坐标测量机最常 用的测头。 按照测头电子开关机构所用的传感器可以 将触发式测头分为电触式测头、压电式开 关测头、应变片式测头。
机械手式测量机也是一种接触式测量设备，与三坐标测量 机相比没有精密的工作台、立柱、导轨等装置，机械手臂 为关节式机构，具有多自由度。可用作弹性坐标测量机， 传感器可装置在其爪部，各关节的旋转角度可由旋转编码 器获取，由机构学原理可求得传感器在空间的坐标位置。 使用时操作者手持测量手臂，末端探针接触被测量物体表 面时按下按钮，记录坐标和探针手柄方向，并通过串口线 传回测量软件。这种测量机几乎不受方向限制。可在工作 空间做任意方向的测量，一般用于大型钣金模具件的逆向 工程测量。 特点：精度相对CMM要低些，但测量范围大，受被测物体 的体积、形状等的限制较少，测量机本身结构小巧，测量 方式相对灵活，适合在线测量。其他方面与CMM相似。
概述
坐标测量－零件外形的数据采集
通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散 点的几何坐标数据，高效、高精度地实现样件表面 的数据采集，是实施逆向工程的第一步。 目前实物坐标测量的范围和手段以惊人的速度发展， 基于光学、声学、磁学、卫星遥感、三维微观摄像 等的测量设备，能够获得大如星球、天体，小如细 胞分子结构的各种三维数据。
Βιβλιοθήκη Baidu 三坐标测量机的组成
三坐标测量机的组成
主机
框架结构 标尺系统 导轨 驱动装置 平衡部件 转台与附件
三坐标测量机的组成
三维测头
三维测头可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实 现瞄准和测微两项功能。主要有硬测头、电气测头、光学 测头等。
三坐标测量机的组成
电气系统
接触式坐标测量机
接触式测头种类及其工作原理
(a)硬式测头
(b)触发式测头 接触式测头工作原理图
(c)模拟式测头
硬式测头
通过手动测头接触工件表面，由人眼及感觉做出 判断，再利用脚踏开关触发。记录触发时接触点 坐标值。 由于接触力的大小和接触点的判断完全依赖于操 作者的感觉，极易产生误差，多用于精度要求不 太高的小型测量机，成本较低、操作简单。 按形状可分为圆锥测头、圆柱形测头、球形测头、 回转半圆和回转四分之一柱面测头、盘形测头、 凹圆锥测头、点测头、V形块测头及直角测头等。
三坐标测量机（CMM）
三坐标测量机需要三个方向的标准器(标尺)，利 用三个相互垂直的导轨实现沿相应方向的运动， 还需要三维测头对被测物进行探测和瞄准。此外， 测量机还具有数据自动处理和自动检测等功能， 需要由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。 三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大 部分。