三坐标测量基础知识
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2.5测头校准原理与实际意义
• 在自动测量中,测头可以进行旋转,而具有多种姿态。 不同姿态时测量同一个位置得到的光栅读数是不一样的。 • 因为不同的姿态的测头在XYZ三个光栅方向上运动时的 轨迹是相同的,因此坐标轴的方向不需要校准。故而实际 上不同姿态的机器坐标系之间的关系是平移的关系。因此 我们可以通过让所有的姿态测量统一位置的小球,把所有 姿态的机器坐标系原点都定义在小球上,就可以统一所有 的机器坐标系。在此基础上,就可以在测量过程中随意旋 转测头了。这一过程称为“测头校准”
3.3.3 三个中心点建立参考系
• 这种类型的参考系,也称谓三点参考系法,通过测量三个元素对应于三 个点 (可以是球、圆或点),在即将创建的参考系中它们的理论坐标值是 已知的。
•
• •
注意:这种类型的参考系完全是计算的结果,如果理论坐标值符号或小 数点出现错误,参考系就完全无意义了。 1:三个元素不能成直线状态,否则建立的参考系精度会很差。 2:如果用点元素构建参考系,这些点元素最好是构造的,因为测量点 的精度是不足以用于建立参考系的。
Z
点M1的坐标为 X1, Y1, Z1
X
X1
Z1 X1 Y M 1 Z1 1
o
Y1
Y
1.8 "矢量"差 (VG)
• 实际表面与相应的理论表面之差,表示为理论表面的一个法向矢量,该矢量的方 向从理论表面指向实际表面。
Z
Y X
测量点
间距 VG = +1
Z
材料
理论点 测量点
材料 理论点
X Y
间距 VG = -1
出报告
PDF、TXT或其 他
2 什么是三坐标?
物体的长度测量是以点的坐标为基础 的,它分为空间一维、二维、三维测量, 三坐标就在 X、Y、Z 轴三个坐标位置的具 体数值,根据这些点的数值经过计算机数 据处理,从而得到被测零件的几何尺寸、 形状偏差、位置偏差。
1.2 汽车车身坐标系的原点和 方向
• 原点在车身 前桥轴线的中 点上,向后为 X+,向右为 Y+,向上为Z+
3.2 夹具和检具基准
3.2.1 通过垫块
3.2.2 通过参考垫块
凸台或加工 基准缩进> 5mm,以避免基 准损坏
3.2.3 通过小球:
作基准用的小球通过使用钻套放置在检 验平台上
3.3 建立参考系几种方法
• • • • • • 3-2-1建立参考系 几何法建立参考系 三个中心点建立参考系 六个曲面点建立参考系 基准元素建立参考系 最佳拟合建立参考系
3.3.1 3-2-1建立参考系
• 这种建立参考系方法的原则是,通过在基准表面上采集六个点, 从而创建参考系。
• 上图的例子中,点1, 2, 3 设定 了X方向,这些点的坐标位置是 X=-100, 点4, 5 设定了Y 方向坐标是 Y=45, 点 6 设定了Z方向是 Z=50. 选择3-2-1构建坐标系时,显示右侧 的对话框:
3.1 为什么创建参考系?
• 果不查参考系,那么只有机器的坐标系。 例如,测量一个下面的零件:
在机器坐标系中圆的坐标是Xc, Yc, Zc;这些点与图纸中的定义尺寸A和B 完 全无关。
• Metrolog II 可以让你用这些点创建一个新的三维系统,并使其对 应于图纸的标称值。
• 在这个例子中,按零件建立的坐标系用坐标直接给出了A和B的尺 寸。
三坐标测量基础知识
前言
• 三座标测量是焊装白车身几何尺寸监控的重要手段
,随着公司发展,3D测量也纳入了冲压零件的质量监控范
围。可以说伴随着每个工厂的开工建设, 3D测量间是同 步开工的。也就是说,所有的焊装车身和冲压零件几何尺 寸分析都离不开3D测量数据。因此,掌握一些三座标测量 原理,了解如何分析阅读3D的测量报告,如何提出测量需 求,对于每一个质量分析人员是十分有必要的。
1.3.测量机适用范围
1、大型悬臂式的手动3D测量机
整车及其他大型零件总成的非重复批量性测量、检具的标定
2、大型悬臂式的自动3D测量机
整车及其他大型零件总成的重复批量性测量
3、中型龙门式自动3D测量机
中、小零件重复批量性测量
4、便携式激光测量仪
现场大型夹具、成型机的测量
5、便携式手动测量仪
现场中小型夹具、检具的测量
3.4自动测量的实现及优点
• 自动测量具有测量速度快,劳动强度低,人为因素干 扰小,重复性好等优点,适合大批量复杂零件的测量。 • • • • • 实现自动测量要具备以下几个条件: 1、测量设备可以自动测量。 2、编好了测量程序。 3、零件装夹位置固定。 4、测头校准球位置固定。
•其中1、2两点便于理解,3、4两点作用是让零件在机器坐 标系(MCS)下位置固定。下面详细解释3、4两点。
• 在Best fit 对话框中选择 Calculate Best fit ,结果 的数字值是参考系旋转和平 移的值,这些值使得优化的 参考系得到最小的偏差。 点击 Accept,通过对源参考 系的转换,优化参考系PCS1 后创建了参考系PCS2 。 • 注意:对于一个优化值,比 如一个平移值,并不是将源 参考系对应于优化参考系的 平移值。实际上,是将两个 参考系的相关坐标和方向都 参与了计算的结果。
学 习 要 点
• 1.明确三坐标测量的基础理论 • 2.三坐标测量报告的解读和应用
• 3.坐标系的建立方法初步的认识
1.0 坐标测量技术的原理
任何形状都是由空间点组成,所有的 几何测量都可以归结为空间点的测量,因 此精确进行点坐标的采集,是评定任何几 何形状的基础。
1.1 三坐标测量的分类
• 1.按测量方式分类 分接触式测量和非接触式测量(激光测量 仪)
• 最上面的区域输入参考系的名称 • 然后选取建立参考系的六个点。 使用鼠标点击CAD模型上预想的点。定义 正确的理论值。 六个点定义完成后,用测量机按照顺序测 量所有的点。 最后点击创建,构建出坐标系。
3.3.5 基准元素建立参考系
• 此功能利用基准元素对应于一个或几个坐 标轴的方法建立参考系。Metrolog 找正参 考元素的实际测量坐标与理论坐标。(坐 标系直观)
2.6测量需求应避免的问题
• 测量需求应避免以下常见问题: • 1、缺少基准元素列表,或者基准与实际想考察的状态不 符。 • 2、形位公差表达错误。 • 3、数模不全、料厚方向不清楚。
2.7测量报告的分析
• 拿到一份测量 报告,应按以下 顺序解读:
• 1、检查基准元 素是否符合要求。 • 2、边缘点等特 殊元素测量是否 正确 • 。 • 3、曲面点的投 影面是否正确。
• 该矢量差依据协定,在从公差表面指向材料外表面时为正值,从公差表 面指向材料内表面时为负值。
1.9 距离 :
• 连接两个点间 的线段的长度。 它总是正值. 例如 : 点M1和点M2之间 的距离d等于 :
X2
Z
Z2
Z1
M2
d
M1
o
X1
Y1
Y2
Y
X
• d=
(x2 - x1)2 + (y2 -y1)2 + (z2 - z1)2
1.4一维坐标轴(基础 )
• 简称数轴
-2 y=-2 -1 y=-1 0 y=0 1 y=+1 2
y
y=+2
坐标值为根据坐标轴上某一点对应该轴的位置测得的代数值,数值可以为 正值,也可以为负值 。
物理意义:用来描述物体在某一方向上的长度值。 同样的,二维坐标轴由同一平面两条垂直相交而来, 是解析几何的基础,描述几何点在某一平面上的位置。
指定三个元素,在每个元素 名的上面的图标显示元素的 类型。 给出每个元素的理论坐标值。
3.3.4 六个曲面点建立参考系
• 这种类型的参考系必须在屏幕上有CAD模型是才能建立。通过联 结CAD模型上的定义点和零件上相似位置的测量点,找正零件。 • 如果可能,这些参考点应该定义出一个坐标系。下面的例子, 点 1-2-3, 4-5, 6.
• 参考系的名称;
• 基准元素;必须是测量 的元素并可以被认为是 一个点(点、圆及球); • 基准元素设定的坐标轴; 如果遵守了坐标系建立 的法则,Create按钮变 为可使用。
3.3.6 最佳拟合建立参考系
• 执行此功能时,参照工作任务中现有的参 考系的理论值,得到优化的参考系。 • 调整参考系只是提供了几何变化,即参考 系按照坐标轴进行平移和旋转。另一方面, 参考系的优化也就是调整零件表现出的偏 差,对偏差进行优化。
• 2.按测量机的结构分类 可以概括为悬臂式、台式、桥式、龙门式 、 便携式(关节臂)
悬臂式测量机
龙门式测量机
1.2 测量工具的选择
选用测量工具注意事项: • 精度(三座标机因为机械加工的客观因素和用
途不一样,精度当然也是不一样的。)
悬臂测量不确定度 :MPEE ≤ 18+20L/1000 μm测量行程 龙门测量不确定度 : MPEE ≤ 8+9L/1000 μm测量行程 • 测量环境 • 测量速度和效率
选择此功能时,显示下面的对话框: 输入参考系的名称。 建立参考系的基准元素 坐标系的平移
坐标系的旋转
圆柱和圆锥可以被认为是轴,用于指定方向。球和圆可以被认为是 点,用于定义位置。平面的方向由其法向矢量决定。
一般情况下,如果设计图上没有特别指定构建坐标系的方法,而且 几何公差和尺寸也没有参照物,那么就用最好的工作表面作为主要 的基准方向,该面应该尽可能的大,或者使用一个圆柱转轴,如果 它作为基准足够长。
2.1 测量报告的类型
• Process工序尺寸 • Produit产品尺寸
• Mixtes混合尺寸
2.2 检具的检定报告
检具的测量和夹具的测量原理相同,先测 量检具或夹具的基准,根据图纸提供的条 件建立检具或夹具的坐标系,然后对检具 或夹具的定位销和定位面进行测量。 根据图纸或验收要求对比测量结果判断是 否满足使用要求。
照窗口中的顺序采集六个点,并确认。 参考系显示出来。
• 按钮设定表面的法向矢量方向, 如果采集点表面的法向矢量方向与
参考系轴的方向一致,则符号为+ 。如果采集点表面的法向矢量方与 参考系轴的方向相反,则符号为-。
3.3.2 几何法建立参考系
• Metrolog II 使用已经测量的元素计算出几何方法的参考系。 例如使用下面的元素: 测量平面Plan1, 直线line2 测量 并投影在Plan1上, 直线line3 测量 并投影在Plan1上, 点poin4 line2 与 line3相交的构造点。
3.4.1装夹位置的固定
• 为了让零件在机器坐标系下具有固定的位置,必须让 零件的装夹位置固定。我们通过测量支架来实现这一功能。 零件在支架上的装配位置固定,支架在三坐标设备平台上 的装配位置固定。从而使零件相对与测量设备是固定的。
3.4.2 测头校准球位置固定
• 为了让测量设备在机器坐标系(MCS)下能够准确找 到固定好的零件,我们需要将MCS也固定下来。这可以通 过固定校准球的位置来实现。
1.4测量软件介绍--目前武汉工厂全部使用Metrolog软件,整体界面如下。
定义
测量
构造
定 义 、 测 量 、 构 造 三 大 功 能
1.5基本测量流程 :
准备工作
包括数模、测量基准、 测量元素,料厚信息 要明确,具备测量支 架,明确零件装夹方 式等
测量
包含建立基准、定义 理论值和构造
评价
距离、角度、形位公 差等
•
三坐标参照系是由空间三维坐标系标准正交而来( 3 个矢量 XYZ两 两垂直)是一个计算坐标的数学系统。(是一个计算坐标的数学系统 。它的所有三条轴的单位完全相同且每条轴之间的两两夹角皆为90° )
Z
o X
Yห้องสมุดไป่ตู้
三坐标系用(O,X,Y,Z)表示。
1.7 点 :
• 用一个示标准正交三维坐标系(O, X, Y, Z) 中的三轴坐标值(x,y,z)表示: 例如 :
标准 PSA B180050 标准 ISO 4130
1.4 基准和基准系的定义
• 标准:ISO 5459 + A32 2125 + 出自“车身零件几何鉴定”文件的E299
• 基准是一个使被测要素与之相关的几何组件。 • 基准系(参照系)是数个处于精确理论位置上的 几何组件的集合,被测要素与它相关。