三坐标测量机测量基本知识

三坐标测量机测量原理
三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。

三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。

将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。

三坐标测量机的组成：
1，主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它);
2，测头系统;
3，电气控制硬件系统;
4，数据处理软件系统(测量软件);
三坐标测量机在现代设计制造流程中的应用逆向工程定义：将实物转变为C AD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。

广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。

正向工程：产品设计-->制造-->检验(三坐标测量机)
逆向工程：早期：美工设计-->手工模型(1：1)-->3
轴靠模铣床当今：工件(模型)-->3维测量(三坐标测量机)-->设计à制造逆向工程设备：
1，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/CAE/CAM软件;
4，数控机床;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(逆向工程软件);
3，与CAD/CAE/CAM系统的集成;(通用CAD/CAM/CAE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(人员);
三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。

三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。

将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。

三坐标测量机的组成：1，主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它); 2，测头系统; 3，电气控制硬件系统; 4，数据处理软件系统(测量软件);三坐标测量机在现代设计制造流程中的应
用逆向工程定义：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。

广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。

正向工程：产品设计-->制造-->检验(三坐标测量机)
逆向工程：早期：美工设计-->手工模型(1：1)-->3
轴靠模铣床当今：工件(模型)-->3维测量(三坐标测量机)-->
设计à制造逆向工程设备：
1，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/CAE/CAM软件;
4，数控机床;
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(逆向工程软件);
3，与CAD/CAE/CAM系统的集成;(通用CAD/CAM/CAE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(人员);
三坐标的工作原理及常用功能
任何形状都是由空间点组成的，所有的几何量测量都可以归结为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。

坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确的测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量
数据。

在测量技术上，光栅尺及以后的容栅、磁栅、激光干涉仪的出现，革命性的把尺寸信息数字化，不但可以进行数字显示，而且为几何量测量的计算机处理，进而用于控制打下基础。

三坐标测量仪可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统( 如光学尺) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器”。

三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

三坐标的应用领域
测量高精度的几何零件和曲面；
测量复杂形状的机械零部件；
检测自由曲面；
可选用接触式或非接触式测头进行连续扫描。

三坐标的功能
手动三坐标几何元素的测量，包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等；
曲线、曲面扫描，支持点位扫描功能，IGES文件的数据输出，CAD 名义数据定义、ASCII 文本数据输入、名义曲线扫描、符合公差定义的轮廓分析。

形位公差的计算，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、
位置度、对称度、同心度等等；
支持传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等多种输出方式。

基础技术参数：
产品的主要配件：校正球、校正块、光栅尺尺、探针、控制器、测量软件等等。

大半径小圆弧中心坐标和直径的测量
大半径小圆弧（以下简称小圆弧）中心坐标和直径的测量，一直视为三坐标测量机检测的一项技术难题。

不少用户对此都曾作过研究，其结论基本上都归结到一点，这就是直接影响小圆弧测量结果准确性的原因是采样范围受到了限定，造成采样信息量明显减少，而且弧长越短信息量损失越大，测量的数据当然也就难以让人接受了。

这里介绍两种测量方法，尽管该方法还不能从根本上解决小圆弧坐标和直径的测量问题，但作为多年来实践探索的总结，其基本原理和操作方法想必还是有借鉴和参考之处的。

从实践中我们发现，在进行小圆弧坐标和直径的测量过程中，无论圆心坐标还是圆的直径，当其中一个参数为已知条件时，则另一个参数就能够比较满意地通过测量而获得。

也就是说，已知圆心坐标求直径，或者已知直径求圆心坐标。

然而，现实工件的检测中并非如此，占多数情况的却是圆心坐标和圆的直径都是未知的，只不过我们根据图样要求和实际情况将其中一个加工精度较高的参数当作了已知条件，这就是下面方法之所以能够提出的必要前提条件。

方法一：预置理论圆心坐标测圆弧直径(该方法用于圆心坐标加工精度较高时)：
具体操作过程如下：
在测量圆弧时，先将圆弧所在平面的参考原点平移到圆弧理论中心上，使之成为新建零件参考系的原点，然后在圆弧上进行若干2D极向量(带测头半径补偿)的采点，测量完毕后将各测得R值计算平均值后乘以2，其结果即视为圆弧实际直径，随后恢复原参考系。

若没有2D极向量测点功能，则可采用PICK(不带测头半径补偿)的测点方式，其R值为原点到测头中心的距离。

计算方法与上面相同，只不过结果运算时根据内外圆弧测量还需加上或减去一个测头直径补偿。

方法二：预置理论圆弧直径测圆心坐标(该方法用于圆弧直径加工精度较高时)：
具体操作过程如下：
在进行内外圆弧测量时，调用测圆功能后须先给定一个理论圆弧直径，然后进行若干采点，系统便自动计算出圆弧的中心坐标。

若没有该测量功能，则可采用下列方法做近似测量，为简化操作和计算，亦可自行编制一个小程序。

其操作方法是，在进行该测量时须先以PICK（不带测头半径补偿）的方式在圆弧两端点处各采一点，程序用其连线建立新的零件参考系第2轴，并平移原点至两点中点上。

随之程序便以CNC方式过中点进行法向采样，带测头半径补偿的圆弧点坐标便获得了，由于这个点正处在坐标轴线上，所以，通过给定理论圆弧半径便可方便地求出当前坐标系圆弧中心坐标，而圆弧的实际中心坐标只要转换到原坐标系就行了。

测量数据的再处理:
上述两种测量方法对加工精度越高的零件测量效果越好。

而需要指出的是，当给定的理论参数与实际偏离较大时，测量效果就显著下降，此时测量结果的置信度必须根据图样给定公差
的大小而定。

反之，就要对已测量的数据进行再处理。

其方法是在图样给定公差范围内适当调整理论圆弧中心位置，看其原测量R值的变化，若两者均在公差范围内就视为合格；另一种方法是在图样给定公差范围内适当调整理论圆弧半径，看其原测量圆弧中心坐标的变化，若两者均在公差范围内就视为合格
本文关键词：三坐标三坐标测量测量方法测量原理三坐标测量机测量原理三次元检测原理三次元测量机
应用广泛的三坐标测量机测量软件AC—DMIS功能介绍
AC-DMIS测量软件包
AC—DMISj
坐标测量软件。

AC-DMIS测量软件包设计理念及技术，
理研究院
PTB认证。

具有国际先进水平的测量
软件包AC-DMIS将现代坐标测量技术
和现代工业加工技术的几何量尺寸、
公差评定等等测试要求进行了最佳结
合，不管是简单的箱体类工件还是复
杂的轮廓曲面类工件，AC-DMIS软件都为其提供了完美的测量解决方
案。

AC-DMIS.EXT的功能
1.测量环境参数与运动参数配置；
2.测头系统配置与校正；
3.测量点的获取；
4.基本几何元素；
5.元素的构造、转换、再现、投影、存
储/调用及相关计算；
6.坐标系统及工件坐标系的建立、存储/
调用与转换；
7.尺寸公差及形位公差评定；
8.测量结果文件的保存与导入；
9.CAD三维模型的导入与转换；
10.模型坐标系与工件坐标系的统一；
11.在模型上拾取特征元素及曲面点；
12.截面线的创建与测量；
13.已知曲面的自动测量及偏差输出；
14.基于三维模型的脱机编程；
15.测量路径的显示与模拟测量运行；
16.测量结果的可视化及图形化报告的
输出；
17.IGES和STEP格式的标准三维建模
数据文件的输出；
18.DAT格式的数据文件的输出；
19.word格式和excel格式的测量结
果报告模板；
20.特征元素的参数化自动测量；
21.测量程序的编制与程控测量；
22.智能化的自学习测量；23.影像测
量。

本文关键词：三坐标三坐标测量机坐标测量系统测量软件AC—
DMIS PC-DMIS
三坐标测量机（Coordinate Measuring Machines）
三坐标测量机种类繁多、形式各异、性能多样，所测对象和放置环境条件也不尽相同，但大体上皆由若干具有一定功能的部分组合而成。

作为一种测量仪器，三坐标测量机主要是比较被测量与标准量，并将比较结果用数值表示出来。

三坐标测量机需要3个方向的标准器（标尺），利用导轨实现沿相应方向的运动，还需要三维测头对被测量进行探测和瞄准。

此外，测量机还具有数据处理和自动检测等功能，需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。

主机结构分为：
1、框架，是指测量机的主体机械结构架子。

它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体；苏州精坐标CR系列三坐标测量机采用单边活动桥式结构，显著提高运动性能，确保测量精度及稳定性。

2、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。

三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。

该系统还应包括数显电气装置。

苏州精坐标CR系列三坐标测量机采用进口高精度金属光栅尺。

3、导轨，是测量机实现三维运动的重要部件。

测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。

气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。

气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装置。

苏州精坐标CR系列三坐标测量机三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳，导轨永不受磨损。

4、驱动装置，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能。

在测量机上一般采用的驱动装置有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。

直线马达驱动正在增多。

5、平衡部件，主要用于Z轴框架结构中。

它的功能是平衡Z轴的重量，以使Z轴上下运动时无偏得干扰，使检测时Z向测力稳定。

如更换Z轴上所装的测头时，应重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。

Z轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。

6、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。

转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台
等。

用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。

一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。

三维测头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。

测量的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。

测头有接触式和非接触式之分。

按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。

电气系统分为：
1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。

它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。

2、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC机和工作站等。

3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。

这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可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，齿轮，螺纹与凸轮的测量，曲线与曲面的测量等。

具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。

苏州精坐标CR系列三坐标测量机采用全球应用最为广泛的PC-DMIS测量软件，能够确保解决复杂的计量检测任务。

4、打印与绘图装置，此装置可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。

形状公差和位置公差简称为形位公差
(1）形状公差：构成零件的几何特征的点，线，面要素之间的实际形状相对与理想形状的允许变动量。

给出形状公差要求的要素称为被测要素。

(2）位置公差：零件上的点，线，面要素的实际位置相对与理想位置的允变动量。

用来确定被测要素位置的要素称为基准要素。

形位公差的研究对象是零件的几何要素,它是构成零件几何特征的点,线,面的统称.其分类及含义如下:
(1) 理想要素和实际要素
具有几何学意义的要素称为理想要素.零件上实际存在的要素称为实际要素,通常都以测得要素代替实际要素.
(2) 被测要素和基准要素
在零件设计图样上给出了形状或(和)位置公差的要素称为被测要素.用来确定被测要素的方向或(和)位置的要素,称为基准要素.
(3) 单一要素和关联要素
给出了形状公差的要素称为单一要素.给出了位置公差的要素称为关联要素.
(4) 轮廓要素和中心要素
由一个或几个表面形成的要素,称为轮廓要素.对称轮廓要素的中心点,中心线,中心面或回转表面的轴线,称为中心要素
形状公差有直线度,平面度,圆度和圆柱度.其含义和标注如下:
1) 直线度
2) 平面度
平面度公差带只有一种,即由两个平行平面组成的区域,该区域的宽度即为要求的公差值.
3) 圆度
在圆度公差的标注中,箭头方向应垂直于轴线或指向圆心.
4) 圆柱度
形位公差的标注应注意以下问题:
(1) 形位公差内容用框格表示,框格内容自左向右第一格总是形位公差项目符号,第二格为公差数值,第三格以后为基准,即使指引线从框格右端引出也是这样.
(2) 被测要素为中心要素时,箭头必须和有关的尺寸线对齐.只有当被测要素为单段的轴线或各要素的公共轴线,公共中心平面时,箭头可直接指在轴线或中心线,这样标注很简便,但一定要注意该公共轴线中没有包含非被测要素的轴段在内.
(3) 被测要素为轮廓要素时,箭头指向一般均垂直于该要素.但对圆度公差,箭头方向必须垂直于轴线.
(4) 当公差带为圆或圆柱体时,在公差数值前需加注符号"Φ",其公差值为圆或圆柱体的直径.这种情况在被测要素为轴线时才有.同轴度的公差带总是一圆柱体,所以公差值前总是加上符号"Φ";轴线对平面的垂直度,轴线的位置度一般也是采用圆柱体公差带,需在公差值前也加上符号"Φ".
(5) 对一些附加要求,常在公差数值后加注相应的符号,如(+)符号说明被测要素只许呈腰鼓形外凸,(-)
说明被测要素只许呈鞍形内凹,(＞)说明误差只许按符号的小端方向逐渐减小.如形位公差要求遵守最大实体要求时,则需加符号○M.在框格的上,下方可用文字作附加的说明.如对被测要素数量的说明,应写在公差框格的上方;属于解释性说明(包括对测量方法的要求)应写在公差框格的下方.例如:在离轴端300mm处;在a,b范围内等.
形位公差是为了满足产品功能要求而对工件要素在形状和位置方面所提出的几何精度要求。

以形位公差带来限制被测实际要素的形状和位置。

三坐标测量机使用说明书
双击自动滚屏发布者：苏州精坐标测量仪器 发布时间：2009-9-18 阅读：1515次
三坐标测量机使用说明书一．安装要求
1．设备应安装于室内避光、避雨和直接晒不着太阳的地方。

2．不受腐蚀性气体、可燃气体、油雾和微粒侵袭。

3．无潮无尘。

4．安装位置应便于安装、保养、检查和维修。

5．地面平整，无振动。

6．外接电源187 V ~253 V，50±1Hz，可靠接地。

二．使用环境
1．使用环境：温度(20±2)℃，湿度55%-65% ，温度梯度1℃/m ，温度变化1℃/h 2．空气压力：0.4 MPa - 0.5 Mpa
3．空气流量：100 L/min –120 L/min
三．安全警告
1．严禁擅自拆开外罩，防止损坏设备。

2．严禁擅自拆开测头，防止元件损坏。

3．严禁带电插拔读数卡。

4．严禁带电插拔插头。

5．严禁将异物置于大理石导轨上。

四．开机步骤
1．打开气源。

注意：流向三坐标测量机的空气过滤系统的空气需经过严格地干燥、过滤。

2．打开电脑。

注意：只有电脑通电后，三坐标测量机的气浮系统才会通气。

3．打开三坐标测量机的气阀，供气。

4．启动控制软件。

5．测量机归零，测量机的零位设置在机台的左下角，移动测量机至零位，单击确定按钮。

注意：软件的零位设置在软件重启后不会再提示，只有电脑重启才会提示。

五．日常维护
1．三坐标在使用前应对机器进行全面擦洗。

注意：用干净的医用脱脂棉，沾清水（水不可太多）擦拭大理石导轨，切记不能连同光栅尺一起擦。

2．开机前应检查测头是否处在安全的位置，应将测头旋转至90度方向，防止Z轴下降时损坏测头。

3．检查气源是否达到0.5 Mpa-0.8 Mpa ，三坐标的压力表应达到0.45 Mpa 。

注意：空气在进入设备前应进行除水、除油及杂质处理。

4．三坐标在使用前应先开启空调至少两小时，将室温控制在规定的范围内。

5．摆放三坐标的房间应保持清洁，光栅尺尽量少擦拭，如有灰尘应用医用脱脂棉轻轻擦拭，切记不可用任何有机溶剂。

6．三坐标属精密设备，应由专人维护、使用，严禁外人触摸导轨、光栅尺、测头等部件。

详情见三坐标基本操作知识
在三坐标测量形位公差时，如圆度、平面度、圆柱度、同轴度等，取的点数不同，得出的结果也不同，如何建立不确定度评定时的数学模型及不确定的来源。

不确定度的来源有很多方面：
1.设备本身的精度：这一方面是不可避免的，任何测量工具都有不确定性，只不过是大小的区别而已。

就三坐标来说，整体结构、驱动部分、传动部分，还有测头部分对一台设备的不确定都影响都是很大的。

举个简单的例子来说，门式结构比起平板移动结构来说精度就要差一些，所以结果不可能完全相同。

2.被测量产品的表面加工工艺：如果产品的表面粗糙度不好的话，对测量结果的影响也非常大，当表面粗糙度较大时，应采用较大直径的测针；
3.取点的不同，取的点数不一样，甚至点数一样位置不一样，所计算出来的结果可能也会差很多。

当然，归根结底这还是设备本身和被测产品本身的影响；
4.人的因素，操作员使用的测力不一样，得出的结果不可能相同；
5.在公差计算方面，特别是计算过程中需要用到长度L的公差计算，比如垂直度倾斜度等，计算时取的L长度不一样，就会放大或缩小设备本身的不确定性。

知道了这些原因，测量实践中就要注意避免这些因素的影响。

本文关键词：测量三坐标测量三次元测量三维测绘形位公差测量检测，圆度、平面度、圆柱度、同轴度垂直度倾斜度检测测量
三坐标测量仪的原理及使用方法：
一、原理：
三次元量测仪可定义为：一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴之位移量测系统（如光学尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标（x,y,z）及各项功能量测的仪器。

其
工作原理：是利用光栅绕射所制成的量测系统俗称光学尺，其光源经过瞄准透镜而投射到游动刻度尺和主刻度尺，藉其光波产生Moire条纹明暗讯号之原理，由光电管接收其信号，经放大及修正后即可显示出来，其系统及输出信号情形。

二、操作方法：
1、量测前准备：
a、检查空气轴承压力是否足够
b、安装工件
2、测头选择及安装：
a、将适当之测头装于Z轴承接器
b、检视Z轴是否会自动滑落（否则应调整红色压力平衡调整阀）
c、锁定各轴之适当位置
3、量测操作：
a、开启处理机电源
b、启开打印机开关
c、参考操作手册，选择所需功能之指令
d、进行量测，并读出量测值。