三坐標測量機基礎知識培訓

1、三坐標測量機基礎知識培訓時間：2013-02-28 16:44:46來源： 作者：一、測量機的組成1）測量機主機這是測量機的基本硬件，有多種結構形式：活動橋式；活動橋式測量機是使用最為廣泛的一種機構形式。特點是開敞性比較好，視野開闊，上下零件方便。運動速度快，精度比較高。有小型、中型、大型幾種形式。固定橋式；固定橋式測量機由于橋架固定，剛性好，動臺中心驅動、中心光柵阿貝誤差小，以上特點使這種結構的測量機精度非常高，是高精度和超高精度的測量機的首選結構。高架橋式；高架橋式測量機適合于大型和超大型測量機，適合于航空、航天、造船行業(yè)的大型零件或大型模具的測量。一般都采用雙光柵、雙驅動等技術，提高精度

2、。水平臂式；水平臂式測量機開敞性好， 測量范圍大，可以由兩臺機器共同組成雙臂測量機，尤其適合汽車工業(yè)鈑金件的測量。關節(jié)臂式。關節(jié)臂式測量機具有非常好的靈活性，適合攜帶到現場進行測量， 對環(huán)境條件要求比較低。活動橋式測量機為例，主要組成及功能：工作臺（一般采用花崗石），用于擺放零件支撐橋架；工作臺放置零件時，一般要根據零件的形狀和檢測要求，選擇適合的夾具或支撐。要求零件固定要可靠，不使零件受外力變形或其位置發(fā)生變化。大零件可在工作臺上墊等高塊，小零件可以放在固定在工作臺上的方箱上固定后測量。橋架，支撐 Z滑架，形成互相垂直的三軸；橋架是測量機的重要組成部分，由主、附腿和 橫梁、滑架等組成。橋架的

3、驅動部分和光柵基本都在主腿一側，附腿主要起輔助支撐的作用。由于這個原因，一般橋式測量機的橫梁長度不超過2.5米，超過這個長度就要使用雙光柵等措施對附腿滯后的誤差進行補償，或采用其他機構形式。滑架，使橫梁與有平衡裝置的Z軸連接；滑架連接橫梁和 Z軸，其上有兩軸的全部氣浮塊和光柵的讀數頭、 分氣座。氣浮塊和讀數頭的調整比較復雜，直接影響測量機精度，不允許調整。導軌，具有精度要求的運動導向軌道，是基準；導軌是氣浮塊運動的軌道，是測量機的基準之一。壓縮空氣中的油和水及空氣中的灰塵會污染導軌，造成導軌道直線度誤差變大， 使測量機的系統(tǒng)誤差增大，影響測量精度。要保持導軌道完好，避免對導軌磕碰，定期清潔導軌

4、。 光柵系統(tǒng)（光柵、讀數頭、零位片），是基準；光柵系統(tǒng)是測量機的測長基準。光柵是刻有 細密等距離刻線的金屬或玻璃，讀數頭使用光學的方法讀取這些刻線計算長度。為了便于計算由于溫度變化造成光柵長度變化帶來的誤差，采用光柵一端固定，另一端放開，使其自由伸縮。另外在光柵尺座預置有溫度傳感器，便于有溫度補償功能的系統(tǒng)進行自動溫度補償。零位片的作用是使測量機找到機器零點。機器零點是機器坐標系的原點，是測量機誤差補償和測量機行程終控制的基準。驅動系統(tǒng)（伺服電機、傳動帶）；驅動系統(tǒng)由直流伺服電機、減速器、傳動帶、帶輪等組成。 驅動系統(tǒng)的狀態(tài)會影響控制系統(tǒng)的參數，不能隨便調整?？諝廨S承氣路系統(tǒng)（過濾器、開關、傳

5、感器、氣浮塊、氣管）；空 氣軸承（又稱氣浮塊）是測量機的重要部件，主要功能是保持測量機的各運動軸相互無摩擦， 由于氣浮塊的浮起高度有限而且氣孔很小，要求壓縮空氣壓力穩(wěn)定且其中不能含有雜質、油,也不能有水。過濾器系統(tǒng)是氣路中的最后一道關卡，由于其過濾精度高， 非常容易被壓縮空氣中的油污染，所以一定要有前置過濾裝置和管道進行前置過濾處理。氣路中連接的空氣開關和空氣傳感器都具有保護功能，不能隨便調整。支承（架）、隨動帶。小型測量機采用支架支撐測量 機工作臺，中、大型測量機一般采用千斤頂支撐工作臺。都采用三點支撐，在一個支撐的一側，有兩個附助支撐，只起保險作用。每個支撐都有一個海綿墊，能夠吸收振幅較小

6、的震動，如果安裝測量機的附近有幅度較大的震動源，要另外采取減震措施。2）控制系統(tǒng)這是測量機的控制中樞，主要功能：控制、驅動測量機的運動，三軸同步、速度、加速度控制；操縱盒或計算機指令通過系統(tǒng)控制單元，按照設置好的速度、 加速度，驅動三軸直流伺服電機轉動，并通過光柵和電機的反饋電路對運行速度和電機的轉速進行控制，使三軸同步平穩(wěn)的按指定軌跡運動。運動軌跡有飛行測量、點定位兩種方式，飛行方式測量效率高，運動時停頓少。點定位方式適合指定截面或指定位置的測量?？梢酝ㄟ^語句進行設置。 在進入計算機指令指定的觸測的探測距離時，控制單元會控制測量機由位置運動速度轉換到探測速度，使測頭慢速接近被測零件。在有觸發(fā)

7、信號時采集數據， 對光柵讀數進行處理；當通過操縱盒或計算機指令控制運動的測 量機測頭傳感器與被測零件接觸時，測頭傳感器（簡稱測頭”就會發(fā)出被觸發(fā)的信號。信號傳送到控制單元后，立即令測量機停止運動（測頭保護功能），同時鎖存此刻的三軸光柵讀數。這就是測量機測量的一個點的坐標。根據補償文件，對測量機進行21項誤差補償；測量機在制造組裝完成后，都要使用激光干涉儀和其它檢測工具對 21項系統(tǒng)誤差（各軸的兩個直線度、兩個角擺誤差、自轉誤差、 位置度誤差，三軸之間的兩個垂直度誤差，共21項）進行檢測，生成誤差補償文件，將這些誤差用軟件進行補償，以保證測量機精度符合合同的要求。測頭觸發(fā)后鎖存的每一個點坐標都要

8、經過誤差計算、補償后再傳送給計算機軟件。采集溫度數據，進行溫度補償；有溫度補償功能的測量機，可以根據設定的方式自動采取各軸光柵和被測零件的溫度，對于測量機和零件溫度由于偏離20 C帶來的長度誤差進行補償，以保持高精度。3對測量機工作狀態(tài)進行監(jiān)測（行程控制、氣壓、速度、讀數、測頭等），采取保護措施；控制系統(tǒng)內部設有故障診斷功能，對測量機正常工作及安全有影響的部位進行檢測，當發(fā)現這些有異?，F象時，系統(tǒng)就會采取保護措施 （停機，斷驅動電源），同時發(fā)出信息通知操作人員。（對掃描測頭的數據進行處理，并控制掃描）；配備有掃描功能的測量機，由于掃描測頭采集的數據量非常大，必須有專用的掃描數據處理單元進行處理

9、，并控制測量機按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運動。與計算機進行各種信息交流。雖然控制系統(tǒng)本身就是一臺計算機， 但是沒有與外界交互動介 面，其內部的數據都要通過與上位計算機的通訊進行輸入和設置?？刂菩畔⒑蜏y點的數據都通過信息傳輸、交流。交流方式主要是 RS232接口或網卡。3）計算機（測量軟件）計算機（又稱上位機）是數據處理中心，主要功能：對控制系統(tǒng)進行參數設置；上位計算機通過超級終端”方式，與控制系統(tǒng)進行通訊并實現參數設置等操作?？梢允褂脤Ｓ密浖ο到y(tǒng)進行調試和檢測。進行測頭定義和測頭校正，及測針半徑補償；不同的測頭配置和不同的測頭角度，測量的坐標數值是不一樣的。為使不同配置和不同測頭位

10、置測量的結果都能夠統(tǒng)一進行計算，測量軟件要求進行測量前必須進行測頭校正，以獲得測頭配置和測頭角度的相關信息。以便在測量時對每個測點進行測針半徑補償，并把不同測頭角度測點的坐標都轉換到 基準”測頭位置上。建立坐標系（零件找正）為測量的需要，測量軟件以零件的基準建立坐標系統(tǒng)，稱零件坐標系。零件坐標系可以根據需要，進行平移和旋轉。為方便測量，可以建立多個零件坐標系。對測量數據進行計算和統(tǒng)計、處理；測量軟件可以根據需要進行各種投影、構造、擬和計算，也可以對零件圖紙要求 的各項形位公差進行計算、評價，對各測量結果使用統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計。借助各種專用測量軟件可以進行齒輪、曲線、曲面和復雜零件的掃描等測量。編

11、程并將運動位置和觸測控制通知控制系統(tǒng)；測 量軟件可以根據用戶需要，采用記錄測量過程和脫機編程等方法編程，可以對批量零件進 行自動和高精度的測量或掃描。輸出測量報告；在測量軟件中，操作員可以按照自己需要的格式設置模板，并生成檢測報告輸出。傳輸測量數據到指定網路或計算機。通過網絡連接，計算機可以進行數據、程序的輸入和輸出。4）測座、測頭系統(tǒng)測座、測頭系統(tǒng)是數據采集的傳感器系統(tǒng)，主要功能：測頭傳感器在探針接觸被測點時發(fā)出觸發(fā)信號；測頭部分是測量機的重要部件，測頭根據其功能有：觸發(fā)式、掃描式、非接觸式（激光、光學）等。觸發(fā)式測頭是使用最多的一種測頭， 其工作原理是一個開關式傳感器。當測針與零件產生接觸

12、而產生角度變化時，發(fā)出一個開關信號。這個信號傳送到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)對此刻的光柵計數器中的數據鎖存，經處理后傳送給測量軟件，表示測量了一個點。掃描式測頭有兩種工作模式：一種是觸發(fā)式模式，一 種是掃描式模式。掃描測頭本身具有三個相互垂直的距離傳感器，可以感覺到與零件接觸的程度和矢量方向，這些數據作為測量機的控制分量，控制三坐標測量機的運動軌跡。掃描測頭在與零件表面接觸、運動過程中定時發(fā)出信號，采集操作員通過操縱盒或通過控制器使測 量機運動測針接觸零件，傳感（測頭）發(fā)出觸發(fā)信號控制系統(tǒng)將處理好的數據發(fā)送計算機控 制系統(tǒng)鎖存光柵信號并進行誤差計算計算機軟件根據選擇的功能進行擬合運算點數是否滿足？

13、NO YES測量點的過程光柵數據，并可以根據設置的原則過濾粗大誤差，稱為掃描”掃描測頭也可以觸發(fā)方式工作，這種方式是高精度的方式，與觸發(fā)式測頭的工作原理不同的是它采用回退 觸發(fā)方式。測頭控制器（PI200、PI7 ）控制測頭工作方式轉換（ TP200、TP7）； TP200、TP7測頭 是高精度測頭，它們的特點是靈敏度高，可以接比較長的測針。但是靈敏度高會造成測量機 高速運動時出現誤觸發(fā)。測頭控制器控制測頭在測量機高速運動時處于高阻（不靈敏）狀態(tài)，觸發(fā)時進入靈敏狀態(tài)度轉換。在手動方式時一般都是以操縱盒的速度控制鍵”進行控制狀態(tài)轉換，即低速運動時是測頭的靈敏狀態(tài)。測座控制器根據命令控制測座旋轉到

14、指定角度。測座控制器可以用命令或程序控制并驅動自動測座的旋轉到指定位置。手動的測座只能由人 工手動方式旋轉測座。測頭（針）更換架可以在程序運行中，自動更換測頭（針），避免程 序中的人工干預，提高測量效率。二、測量原理1、在坐標空間中，可以用坐標來描述每一個點的位置。2、多個點可以用數學的方法擬合成幾何元素，如：面、線、圓、圓柱、圓錐等。3、利用幾何元素的特征，如：圓的直徑、圓心點、面的法矢、圓柱的軸線、圓錐頂點等可 以計算這些幾何元素之間的距離和位置關系、進行形位公差的評價。4、將復雜的數學公式編寫成程序軟件，利用軟件可以進行特殊零件的檢測。齒輪、葉片、 曲線曲面、數據統(tǒng)計等。5、主要算法是最

15、小二乘法。三、坐標系的概念1、 制定了正向的直線稱為軸，加入刻度后稱為數軸?？梢员硎军c的1D位置。2、在平面上選定兩條互相垂直的數軸，分別指定這兩條數軸的正向，把兩數軸的交點稱為 原點，形成一個平面（直角）坐標系（2D ）。平面坐標系可分為四個象限，用不同符號組合，可 以表示點在各象限的位置。平面直角坐標系（2D）空間直角坐標系（3D）3、 三條互相垂直的坐標軸和三軸相交的原點，構成三維空間坐標系（3D ）?？臻g的任意一 點投影到三軸就會有三個相應的數值， 有了三軸相應數值，就對應空間點。即把點數字化描 述。空間坐標系有 8個褂限，用不同正負號組合可以分辨出點的空間所在的褂限和位置。有三個工作

16、（投影）平面 XY、YZ、XZ可以進行點（元素）的投影。坐標系可以根據需要 進行平移、旋轉。4、坐標測量機中的坐標系原始坐標系（開機時的坐標系，沒有意義）。在打開控制系統(tǒng)的瞬間，光柵計數單元開始工 作，雖然這時測量機符合坐標系的定義，但由于這時測量機系統(tǒng)誤差補償程序沒有被激活， 所以這個 原始坐標系”寸于我們沒有意義。機器坐標系（回機器零位后的坐標系，又稱機器坐標系）。測量機開機執(zhí)行了回家”過程后，測量機三軸光柵都從機器零點開始計數，補償程序被激 活，測量機處于正常工作狀態(tài)，這時測量的點坐標都相對機器零點，稱機器坐標系”。零件坐標系（利用零件的基準建立的坐標系）。在測量機過程中，我們往往需要利用零件的基準建立坐標系來評價公差、進行輔助測量、指定零件位置等，這個坐標系稱零件坐標系”。建立零件坐標系要根據零件圖紙指定的A、B、C基準的順序指定第一軸、 第二軸和坐標零點。順序不能顛倒。零件坐標系的使用非常靈活、方便，可以為我們提供很多方便。甚至可以利用零件坐標系生成我們測不到元素。為方便測量一些特殊的數據，可以利用零件坐標系進行輔助測量。5、零件坐標系的意義找正零件（零件的放置與機器坐標系不平行）；零件在工作臺上放置時不可能與機器坐標系完全重合，在測量過程中會因投影平面等問題出現誤差，所以要使用零件的基準來建立坐標系