三坐标测量仪讲解

4.数据的测量 测量数据时应保证数据能反映零件的特征，同时数 据应尽量少
反映一个பைடு நூலகம்面需要至少3个点，但平面所在轮廓复 杂时，采集点数应增加
5.其它三坐标测量仪器
• 三坐标测量在逆向工程中的应用
1.点云数据的概念 三坐标测量机测量曲面时获取的是大量反映曲面 特征的点云数据，点云数据对曲面的还原取决于 采样点的数量。
和长度。
• 2）星型探针
• 星型探针的多个探针测头可用来测 量复杂的元素和孔。一般地用四个或五 个红宝石探针安装在刚性的不锈钢中心 上。
• 3）圆盘探针
• 用于测量钻孔的切口和凹槽，通常用星型测头是探测 不到的。可以将它们想象成球度非常好的球“截面”， 有多种直径选择和厚度选项。所有的旋转调整和增加 中心探针的能力都是圆盘探针的触测范围，使其具有
3.三坐标测量仪
三坐标测量仪的主体主要由以下各部分组 成：底座、测量工作台、立柱、测量系统、驱 动装置、附件。
1）悬臂式 悬臂式又分为悬臂移动式和悬臂固定式
2）桥式 3）龙门式 4）镗床式
• 4．探针
• 1）直探针
•
直探针是结构最简单的探针系统，有球度
非常好的工业红宝石球，杆材料可以选择。
•
红宝石是非常硬的材料，做成的探针的磨损量最
柔性制造工艺
三坐标测量仪及其使用
• 三坐标测量仪的硬件组成 • 三坐标测量仪的工作原理 • 三坐标测量仪的测量过程 • 三坐标测量在逆向工程中的应用
• 三坐标测量仪（Coordinate Measure Machine， CMM）是20世纪60年代后期 发展起来的一种高效率的新型精密测量 设备。它广泛应用于机械制造、电子、 汽车和航空航天等工业中。它可以进行 零件和部件的尺寸、形状及相互位置的 检测，还可用于划线、定中心孔等，并 可以对连续曲面进行扫描。
• 三坐标测量仪是基于坐标测量原理，将 被测物体置于三坐标测量仪的测量空间， 通过测头可获得被测物体上各个测点在X、 Y、Z三个方向上的精确坐标位置，根据 这些点的空间坐标值，经计算可求出被 测对象的几何形状、尺寸和位置。
• 三坐标测量仪的硬件组成
1.电气系统
（1）电气控制系统：测量仪控制部分
（2）计算机硬件部分
校准方法：使用校准球，利用探针对校准求测量 至少5个点，获取球的位置、直径、形状偏差，最 终得到探针的半径值
3.零件的找正 在测量前应确定零件坐标系在三坐标测量仪机器 坐标系中的位置，其类似于数控加工中的对刀操作
找正方法：采用“3-2-1”方法，即测量3个点确定一 个基准面，然后测量2个点确定基准轴，最后测量1 个点确定原点位置
2.逆向工程设计的基本过程 （1）点云数据的导入（使用Pro/E软件）
（2）点云数据的处理 去除噪声：在三坐标测量中可能因为零件表面的 瑕疵会出现测量表面的“突变”，这些突变点不
能 反映原始曲面的状况，称为“噪声”
填充破洞：测量过程中可能因为三坐标测量机或 被测量曲面的原因而造成部分极小区域数据丢 失，则需要根据周围曲面的曲率情况对该区域进 行填充
结论：三坐标测量实际上是数控加工的逆过程
• 三坐标测量仪的测量过程
1.开机，机器归零 三坐标测量仪也拥有一个参考点，其归零过程与 数控机床回参考点相似
注意：归零时机器 的起始点不能与零
点过近
2.探针校准 测量时系统记录的是探针中心的坐标，而不是接 触点的坐标，因此必须对探针的半径进行补偿， 其类似于数控机床上的刀具偏置参数
• 三坐标测量仪的工作原理
1.测量时把被测件置于测量机的测量空间中
2.通过机器运动系统带动测头对测量空间内任意 位置的被测点瞄准，当瞄准实现时测头即发出 读数信号
3.通过测量系统获得被测物体上各测点的坐标位 置
4.根据这些点的空间坐标值，通过专业测量软件 对被测物体的规格尺寸，形状和相互位置关系 进行快速和精确（微米级）的计算与输出
小。它的密度也非常低，这样针尖质量最小，从而可以
避免由于机器运动或振动而造成的探针误触发。
•
使用的杆可以有多种材料可供选择，如：不锈钢、
碳化钨、陶瓷和各种特殊的碳纤维材料。这些结构简单
的红宝石探针更适合于多种检测应用场合。
•
尽可能选择大的红宝石探针球和尽可能短的杆，
可以保证最大的球/杆距离，这样可提供更有效的工作
（3）测量软件
测量仪软件包括控制软件和数据处理软件， 这些软件可以进行坐标变换与测头校正，生成 测量路径，还用于基本几何元素及其相互关系 的测量、形状与位置误差测量、曲线与曲面的 测量等。
2.测头
三坐标测量仪是用测头来拾取信号的，它 的准确度和测量效率与测头密切相关。测头即 是三维测量传感器，它可以在三个方向上感受 瞄准信号和微小位移。
柔性和易于使用。
• 4）圆柱探针
•
用于探测薄壁材料的孔。此外，各种带螺纹的元
素可以被探测，螺纹中心被定位。球端圆柱探针允许
多角度采集数据和在X，Y，Z三个方向探测，这样可以
进行表面检测。
• 5）尖探针
• 用于检测螺纹体、特殊的点和划线。 圆端尖探针允许更精确的测量和特征元素 的探测，也可以用于更小的孔的检测。
（3）包络处理 对处理过的数据点进行三角平面处理，其基本原 理是利用点云数据中的每一点与其相邻的两点构 成一个小三角平面，用大量的小三角面表示曲面 的大致形状，即用三角平面代替曲面
（4）重新造型
利用一定数量的样条曲面替代小三角平面，使得 曲面整体更加平滑，并接近原始曲面的形状
课后作业
1.简述三坐标测量仪的测量过程。