三坐标测量基础知识教材

在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的 方向，即测头触测后的回退方向。
Z (+k) Y (+J )
45 °
X
(+I )
I = 0.707 J = 0.707 K=0 45度方向矢量
二、余弦误差
用三坐标测量机进行元素测量时，正确的测量方
法是应该沿着被测点的法线方向进行测量，但由于
我们人为检测过程中把握不了相应的法向而导致测
未知直径和位 置的测头。
已知直径并且可以溯源到 国家基准的标准器。
二、测头校验过程
利用操纵杆在标准球的最 大范围内触测5点，点的分 布要均匀（图3-13）。计算 机软件在收到这些点后(宝 石球中心坐标X、Y、Z 值)，进行球的拟合计算， 得出拟合球的球心坐标、直 径和形状误差，将拟合球的 直径减去标准球的直径，就 得出校正后测针宝石球“直 径”。
圆柱
元素:圆柱 位置:轴线中点 矢量:从下到上 形状误差:圆柱度 最小点数:5 元素名后缀:CYL
圆锥
元素:圆锥 位置:顶点 矢量:从小圆到大圆 形状误差:锥度 最小点数:6 元素名后缀:CON
元素构造
元素构造的意义
元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块，便于用户在 测量中由于受测量局限性的影响，而我们有必须得到某些特 定元素所设立的功能操作区，其主要意义如下： ➢ 通过已测的元素构造出无法直接测量得到的元素。
元素到元素的二维距离在计算时，此距离可能既不平行于 当前坐标系的任何坐标轴，也不垂直于任一坐标轴，此时要注 意区分哪个方向的位移才是我们要的有效距离。
圆与圆二维距离分析
➢ 距离1的计算可以是:平行
Y
于X轴,垂直于Y轴。
距离2
距离1
➢ 距离2的计算可以是：平行 于Y轴，垂直于X轴。
X
➢ 距离3的计算可以是：用中 心到中心，不需要选择坐标 轴。
有效测头半径
拓展知识—测头颜色含义
根据测头标定前后显示的颜色分类，总共分为5种颜色，分别 为黑色、绿色、蓝色、红色以及灰色，每种颜色都代表测头不 同的含义。
黑色：测头未经标定； 绿色：测头标定过且标定结果合格； 蓝色：测头标定过但标定结果超差； 红色：测头标定结果数据过期； 灰色：已删除的不存在测头；
三、测头需要重新标定的情况
a、测座或者测针有拆卸过 b、添加新测头角度后 c、添加加长杆后 d、测针更换过后 e、标定结果超差时 f、标定数据过期时
矢量与余弦误差
一、矢量的定义
矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线，I方向在
X轴，J方向在Y轴，K方向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和1之间，分别表示与X、Y、Z夹角的余弦。
➢ 构造元素可以是计算辅助元素，也可以是测量结果元素。
示例一：点构造
圆心（球心）点构造
圆
偏移点 原 始 点
任一点偏置某一距离
两直线相交点构造 线2 线1 投影点
原始点 任一点投影至某一平面
示例二：圆构造
在一个圆锥指定的直 径位置产生一个圆。
平面和圆锥相交产生 某一高度的截面圆。
同时通过所选的几个元 素拟和产生虚拟圆。
默认情况下， ➢ 点1、2、3拟合一个平面进行零件找 正，并确定零件坐标系Z轴方向。 ➢ 点4、5拟合一条直线以控制工件旋转 自由度，并确定零件坐标系X轴方向。 ➢ 点6拟合一个单点，确定任一坐标轴 起点位置。
工作平面
一、工作平面定义
工作平面用来定义二维元素数学计算的平面。软件在默认情 况下，定义XY平面作为元素计算的工作平面。当被测二维元素 所在平面与XY平面不重合或者不平行时，需要提前定义好它们 的测量工作平面，否则会导致测量结果不正确。一般来说，我 们会选择被测二维元素所在平面作为其测量的工作平面。
二、RationalDMIS工作平面
RationalDMIS在“工作平面”选项里可以选择所需的 面，作为当前的工作平面。“最近的CRD平面”这个窗 口接受从元素数据区拖放平面元素。
➢ 计算需要工作平面的元素有：直线元素, 圆元素, 圆弧 元素,椭圆元素, 键槽元素和二维曲线元素； ➢ 对于其他所有元素, 工作平面选择窗口会自动隐藏起 来。
示例三：镜像构造
矩 形 阵 列
环 形 阵 列
矩形阵列结果 环形阵列结果
思考
1、如何得到下图所示，从圆锥斜平面沿轴线向上偏置 30mm处的直径？
2、如何得到下图所示，两小圆的最大距离与最小距离？
元素的尺寸及公差
元素尺寸公差——二维距离
二维距离的计算是两元素相对于当前工作平面的距离。典 型例子有点到线、圆到圆、圆到线的距离等。
量有误差，我们把这人为测量产生的误差叫做余弦
误差。
逼近方向
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实际接触点
法向矢量
导致的误差·
期望接触点
坐标系
一、测量机的坐标空间（MCS）
测量机的空间范围可用一个立方体表示。立方体的每条 边是测量机的一个轴向。如下图所示，X轴为左右指向，Y 轴为前后指向，Z轴为上下指向，三条边的交点为机器的原 点。
元素尺寸公差——三维距离
三维距离计算的是两个元素之间的最小距离,与工作平 面无关。典型例子有点到面的距离，面到面的距离，面与 面的夹角。
基本几何元素
点
元素: 点 矢量: 无 位置: XYZ 位置 最少点数: 1 形状误差: 无 元素名前缀: PT
直线
元素: 直线 位置: 重心 矢量: 第一点到最后一点 形状误差: 直线度 最小点数: 2 元素名前缀: LN
圆
元素: 圆 位置: 圆心 矢量: 与所在平面矢量一致 形状误差: 圆度 最小点数: 3 元素名后缀：CIR
卢新祖 2014-8-20
测头标定
一、测头校准定义及目的
测头校正过程是指对所定义 测头的有效直径及位置参数进 行测量的过程。为了完成这一 任务，需要用被校正的测头对 一个校验标准进行测量。
测头校正的目的为：① 准确得 到测针的红宝石球的有效直径 以便测量软件进行测头半径的 补偿。② 准确得到不同测头角 度和默认第一个测头角度之间 的位置关系。
Z
Y
X
原点
二、建立零件坐标系的意义
a、通过建立零件坐标系，限制被测工件的6个自由度； b、通过建立零件坐标系，实现数模对齐以方便测量； c、通过建立零件坐标系，提高检测结果的准确性；
三、3-2-1法建立坐标系
3-2-1法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标 系方法，测量软件中很多其他建坐标系方法都是基于该方 法进行延伸与拓展。