三次元测定基础

1.
所谓的计测·我们每天检查各种各样的部品、成品,这些部品、成品必须符合图纸和规格,因此,作为确认品质的手段要实施计测。·计测的内容有很多,有以下的计测。角度、长度、面积、体积、时间、回转数、速度、重量、温度、硬度·测量这些的工具是计测器,三次元测定器也包含在计测器里。2.
计测的重要性品质管理是『经济的制做、客户满意的产品』,对部品、成品的完成情况,用统计的手法,管理图等分析、解析工程,并进行工序管理的想法为基础。在统计手法里,数据是必要的,为了得到数据计测是必要的。比如:尺寸参差不齐,特性的参差不齐,不管哪一个都是有计测后才开始有评价,没有计测,不可能进行尺寸的管理、特性的管理。虽说“品质的好、坏由4M(Material:材料、Machine:机器、Method:方法、Man:作业者)这4个要素决定。在实际中判断品质的好坏时除4M之外,还以Measure叫做计测重要的情报为基础进行判断。为了正确判断必须进行正确的计测。因此说计测是极其重要的因素的同时,如不进行适切的计测,品质管理是绝对不会成功的。3.
所谓的三次元测定·1次元测定Ú卡尺、千分尺等那样,仅1个方向的测定(×)·2次元测定Ú 投影仪等那样的2个方向的测定(平面上XYZ)·3次元测定Ú三次元测定机那样的3个方向的测定(立体XYZ)1次元测定
2次元测定
3次元测定如上所记,一旦工件装夹了的话,除去设置面,在立体面全面设定XYZ3轴进行立体测定。4.
所谓的三次元测定器三次元是有互相成直角的XYZ3轴的精密机械,各轴是在互相轴之间运作。通过设在各轴上的测长表来读取测定点的空间距离。显示及打印出演算处理后数值的测定器。5.
三次元测定器的特性①仅是测头碰触被测定物,就能测定那个位置的尺寸。②正确夹住测定物的话,能测定除去设置面的立体面全面的尺寸。③操作、测定没有必要熟练,而且能节约准备时间、计测时间,得到高效率、高精度的测定值。④如用打印机就没有记录错误。⑤因测定结果进行各种演算处理后能立即打印出来,因此,数据处理业务能大幅度提高。6.
三次元测定器的构造(各部的名称和作用)(1) 全体的构造 ①本体部

②设置台 ③操作盘(附打印机) ④放置台(2) 体部的构造① 测定桌(石平台)设置被测定物的本体的基准面。在表面有紧固被测定物用的螺纹孔(M8×1.25)被测定物的固定用夹子。(标准付属品)、精密台虎钳还有升形块。② 支撑脚支撑脚有5个,前2个和后中央1个要进行校平行,支撑整个物品的重量,另外的2个是起安全作用的辅助足。③ 防振橡胶为吸收外部振动的防振材料。④ 支柱丫轴方向的移动体C丫托架,呈桥状放在上面。⑤ 丫托架固定在支柱上导轨在丫轴方向上移动。移动方向的基准是右侧支柱导轨。还有在这个丫托架上安装X方向的移动体(X托架)⑥ X托架沿着装在丫托架上的导轨向X轴方向移动。还有在这个X托架上安装着Z方向的移动体(Z拖架)。⑦ Z主轴在被8个超精密级的轴承所导向的Z轴上移动。还有比砝码调节方便。⑧ 测针在测定点检出器上使用电子测针,这个采用固定式是为了避免作业者的测定压的参差不齐。⑨ 测针夹紧旋钮将探针的、针杆部插入Z轴的转接器里,用这个旋钮夹紧。丫微动旋钮

微动旋钮 可以在显示装在各轴上的千分头的外背上刻的移动范围的,红色标识线内(10mm)微动。丫微动夹紧旋钮X微动旋钮X微动夹紧旋钮 夹紧钮 是在各轴微动时,把各轴夹紧在Z微动旋钮 轨道上的部品,紧是通过右旋进行的。Z微动夹紧旋钮7.
座标系进行三次元测定时,有必要掌握3轴的座标系,相对于测定机的台面,是什么挤的呢?还有是进行哪个平面的测定后再测定。
Z轴(第3度标轴)

Y轴(第2度标轴)
X轴(第1度标轴)测定平面第一座标轴第二座标轴第三座标轴XY平面XYZYZ平面YZXZX平面XZY①机械座标系要接通三次元测定器电源后,三次元测定器的各轴上设定了平行的座标系。(接电源后的测针位置设定在X=0 Y=0 Z=0。)②测定物坐标系把测定工作设定在基准后,把待测工件设定为基准的座标叫做工件坐标。工件坐标系









机械坐标系


8.测针的校正进行三次元测定时,有必要输入测定点。输入方法是使测针接触测定物输入测定点。① 测针的种类单测头 Ú 1根测针校准多测头 Ú
多根测针校准② 测针径的修正以及机械坐标系的原点设定。三次元测定器因为有自动修正使用测针的直径的机能,所以使用的测针必须实施测针的校正,如实施了校正作业的话就会自动设定机械坐标系的原点。(※根据几种,有的机器是通过键输入测针径的。这时用键输入测针径后进行校正作业。)注意点为了正确校正进行测针要注意以下点。例如:校正φ2.0的测头时,测针尺寸要尽量接近φ2.0。9.测定基准的设定测定前要设定工件坐标的基准,基准设定用以下方法。平面基准设定Ú指定面(加工面等平的面积尽量要大的)为平面固定轴平面基准设定Ú在和特定的轴成直角方向指定平面原点基准设定Ú指定特定的内径、外径二边的交点、2个测定要素的中点为原点基准轴设定Ú指定特定的内径、外径二边的交点2个测定要素的中心为轴10.测定设定完测定基准后进入测定,选择实际测定使用的测定菜单。11.要素的记入选出。能记入测定的要素、并且可根据记入的要素的选出进行尺寸测定。12.测试点输出表示。测试点的输出表示方法,如下。①直交坐标系(XYZ)②圆柱坐标系(极半径和极角度ra、极坐标)13.三次元测定时的注意点①测定室的室温在20℃、温度在60%以下。②将被测物放在桌面(平台)上时,要轻放,避免对桌面及工件造成伤痕。③测针的紧固力,用不松动程度的力紧固。④输入测定点时,要轻轻地、慢慢地触碰。⑤各轴时移动和被测物装上取下时,要注意不要让Z轴本体部及测针部与被测定物。若碰撞则会成为精度不良的原因。⑥被测物坐标系怎样?还有要经常掌握原点在什么位置再进行测量。⑦注意被测物的固定方法,固定时不要使被测物变形。14.操作上的注意①X轴、Y轴、Z轴的各轴的摆动部,平台等的导向部要定期进行清扫。但绝对不能伸手进测长盘。否则会造成作动不良,以及精度不良。②测针使用时要仔细※ 因是精密测定机,要细心注意使用。15.实习(1)被测物固定方法固定工件时不要使之歪斜变形。要尽量取作为基准进行平面较正的部分。如这个精度不好,下面开始的测定值,都不是正确的。容易歪、变形的固定方法不容易歪、变形的固定方法(2)数据的读法①必须确认平面较正后面的精度。这个精度不好的话,下面开始的测定值,不是正确的。②读取设定好的程序中位置。输入测量图面上得测值的程序。例1、只用XYZ键输入即可例2、如不输入XYZ键和间距键的话,就得不到图面上的必要数值。③基准的取法加工孔如果有2个次上时,必须以这些孔为基准。程序B类型加工孔只有1个,有偏离方向性时,临时设定铸拔孔或外径形状。程序B类型 程序C类型④相对于基准轴的十一方向的看法。

三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正,这是进行测量前必须要做的一个非常重要的工作步骤,因为测头校正中的误差将加入到以后的零件测量中。而在触发式测头校正后的测针宝石球直径要比其名义值小,这使许多操作员感到奇怪,但是要解释原因,可不是一两句话能说清楚的。让我们从校正测头的原理说起。1、为什么要校正测头:校正测头主要有两个原因:为了得到测针的红宝石球的补偿直径和不同测针位置与第一个测针位置之间的关系。坐标测量机在进行测量时,是用测针的宝石球接触被测零件的测量部位,此时测头(传感器)发出触测信号,该信号进入计数系统后,将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机,工作中的测量软件就收到一个由X、Y、Z坐标表示的点。这个坐标点我们可以理解为是测针宝石球中心的坐标,它与我们真正需要的测针宝石球与工件接触点相差一个宝石球半径。为了准确计算出我们所要的接触点坐标,必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。在实际测量工作中,零件是不能随意搬动和翻转的,为了便于测量,需要根据实际情况选择测头位置和长度、形状不同的测针(星形、柱形、针形)。为了使这些不同的测头位置、不同的测针所测量的元素能够直接进行计算,要把它们之间的关系测量出来,在计算时进行换算。所以需要进行测头校正。2、测头校正的原理:测头校正主要使用标准球进行。标准球的直径在10mm至50mm之间,其直径和形状误差经过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。测头校正前需要对测头进行定义,根据测量软件要求,选择(输入)测座、测头、加长杆、测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直径值)等(有的软件要输入测针到测座中心距离),同时要分别定义能够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。用手动、操纵杆、自动方式在标准球的最大范围内触测5点以上(一般推荐在7~11点),点的分布要均匀。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”(确切的讲应该是“校正值”或“校正直径”)。当其他不同角度、位置或不同长度的测针按照以上方法校正后,由各拟合球中心点坐标差别,就得出各测头之间的位置关系,由软件生成测头关系矩阵。当我们使用不同角度、位置和长度的测针测量同一个零件不同部位的元素时,测量软件都把它们转换到同一个测头号(通常是1号测头)上,就象一个测头测量的一样。凡是在经过在同一标准球上(未更换位置的)校正的测头,都能准确实现这种自动转换。3、校正值比名义值小的原因:在了解测头校正的原理后,我们就很容易解释测针校正值比名义值小的原因了。a、触发式测头在原理上相当于是杠杆结构。触测时,必须使传感器能够触发(相当于开关断开)才能发出信号。由于测针(力臂)有一定的长度,所以在测针的宝石球接触标准球后,还要运行一段距离,才能使传感器触发,测针越长这段距离越大。因此造成触发信号的延迟,使拟合球的直径小于宝石球直径和标准球直径之和。当软件把拟合球的直径减去标准球直径(已输入)后,我们得到的校正后测针的“校正直径”就比其名义值小。b、测针在触测过程中,会有稍许变形,加大了信号的延迟,也是造成这种现象的原因之一。c、传感器(测头)的触发信号到达计数器,需要的时间是固定的。但是在这段时间内光栅读数的变化率,与测量机的触测速度有关。触测速度快时,测针的“校正直径”就小。4、校正测头要注意的问题:测针校正后的“校正直径”小于名义值,不会影响测量机的测量精度。相反,还会对触测的延时和测针的变形起到补偿的作用,因为我们在测量机测量过程中测量软件对测针宝石球半径的修正(把测针宝石球中心点的坐标换算到触测点的坐标),使用的是“校正直径”而不是名义直径。在进行测头校正时,应该注意以下问题:1)、测座、测头(传感器)、加长杆、测针、标准球要安装可靠、牢固,不能松动,有间隙。检查了安装的测针、标准球是否牢固后,要擦拭测针和标准球上的手印和污渍,保持测针和标准球清洁。2)、校正测头时,测量速度应与测量时的速度一致。注意观察校正后测针的直径(是否与以前同样长度时的校正结果有大偏差)和校正时的形状误差。如果有很大变化,则要查找原因或清洁标准球和测针。重复进行2至3次校正,观察其结果的重复程度。检查了测头、测针、标准球是否安装牢固,同时也检查了机器的工作状态。3)、当需要进行多个测头角度、位置或不同测针长度的测头校正时,校正后一定要检查校正效果(准确性)。方法是:全部定义的测头校正后,使用测球功能,用校正后的全部测头依次测量标准球,观察球心坐标的变化,如果有1至2个微米变化,是正常的。如果变化比较大,则要检查测座、测头、加长杆、测针、标准球的安装是否有牢固,这是造成这种现象的重要原因。4)、更换测(不同的软件方法不同),因为测针长度是测头自动校正的重要参数,如果出现错误,会造成测针的非正常碰撞,轻者碰坏测针,重则造成测头损坏。一定要注意。5)、正确输入标准球直径。从以上所述的校正测头的原理中可以得知,标准球直径值直接影响测针宝石球直径的校正值。虽然这是一个“小概率事件”,但是对初学者来说,这是可能发生的。测头校正是测量过程中的重要环节,在校正中产生的误差将加入到测量结果中,尤其是使用组合测头(多测头角度、位置和测针长度)时,校正的准确性特别重要。当发现问题再重新检查测头校正的效果,会浪费宝贵的时间和增加大量的工作量。 坐标测量机扫描物体的几种方法及其应用
摘要:本文介绍了美国brown&sharpe公司的microxcel pfx454型三坐标测量机扫描物体的几种方法及其应用。
关键词:三坐标测量机
扫描 CAD 接触式测量
联机
The several ways and its using of scanning object by CMM
Wang Zhikui Zhu Qinghui LI Hongsheng
( Henan Nanyang Institute of Science and Technology , Nanyang, 473004 , China)
Abstract: This article introduced several ways and its application of scanning object by microrcel pfx454 CMM made in American brown&sharpe Corporation's
Key words: Three- CMM SCAN CAD Contact Measurement DCC
一、前言
三坐标测量机简称CMM,自六十年代中期第一台三坐标测量机问世以来,随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展,为三坐标测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。
CMM按测量方式可分为接触测量和非接触测量以及接触和非接触并用式测量,接触测量常于测量机械加工产品以及压制成型品、金属膜等。本文以接触式三坐标测量机为例来说明几种扫描物体表面,以获取数据点的几种方法,数据点结果可用于加工数据分析,也可为逆向工程技术提供原始信息。
扫描指借助三坐标测量机应用PC-DMIS软件在被测物体表面特定区域内进行数据点采集。此区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线。
扫描类型与测量模式、测头类型及是否有CAD文件等有关,状态按纽(手动/DCC)决定了屏幕上可选用的“扫描”(SCAN)选项。
若用DCC方式测量,又具有CAD文件,那么扫描方式有“开线”(OPEN LINEAR)、“闭线”(CLOSED LINEAR)、“面片”(PATCH)、“截面”(SECTION)及“周线”(PERIMETER)扫描。
若用DCC方式测量,而只有线框型CAD文件,那么可选用 “开线”(OPEN LINEAR)、“闭线”(CLOSED LINEAR)和“面片”(PATCH)扫描方式。
若用手动测量模式,那么只能用基本的“手动触发扫描”(MANUL TTP SCAN)方式。
若在手动测量方式,测头为刚性测头,那么可用选项为“固定间隔”(FIXED DELTA)、“变化间隔”(VARIABLE DELTA)、“时间间隔”(TIME DELTA)和“主体轴向扫描”(BODY AXIS SCAN)方式。
下面详细介绍在DCC状态下,进入“功能”(Utility)菜单选取“扫描”(Scan)选项后,五种可供选择的扫描方式。
二、开线扫描(OPEN LINEAR SCAN)
开线扫描是最基本的扫描方式,测头从起始点开始,沿一定方向并按预定的步长进行扫描,直至终止点,开线扫描分有、无CAD模型两种情况。
a 、无CAD模型
边界点(Boundary Points)的名义值必须输入,在对话框中边界点的选项,在“1”上点击,开始了第一项输入,这是扫描起始点,输入所需数据后,点击“OK”;第二项是带“D”字的方向点,在“D”上双击鼠标,输入新的X、Y、Z的值,这就代表了一个扫描向什么方向走的坐标点;第三项是带“2”字的值,这是扫描终点,双击并输入所需数据。如图1所示:

图1 开线扫描示意图
下一项为步长,在“扫描对话”(Scan Dialog)框中,“方向1技术”(Direction 1 Tech)栏中的最大(Max Inc)栏,输入一个新步长。
最后一项是看设定的方向矢量是否正确,此矢量定义了开始扫描的第一测量点表面的法矢、截面和最后一点表面的法矢,当所有的数据输入完成后点击“创建”。
b有CAD模型
此方法适用有CAD模型的零件。开始扫描时,用鼠标左键,在CAD模型的相应表面点击,PC-DMIS将在CAD模型上生成一点,而且加标志为“1”表示为扫描为起始点;点击下一点,此点定义了扫描的方向;最后点击终点,亦可用此表示边界,此点为标志“2”,在1和2之间连一线,对每一所选的点,PC-DMIS已在对话框中输入相应的坐标值及矢量。选择步长及所需选项后,如:安全平面、单点等,点击“测量”,然后点击“创建”即可。
三、闭线扫描(CLOSED LINEAR SCAN)
闭线扫描允许用户扫描内表面或外表面,它只需要一个“起点”和“方向点”两个值,因为PC-DMIS将起点亦作为终点位置。具体步骤为:
a键入数据方式
双击边界点第一点“1”,然后在编辑对话框输入位置,双击方向点“D”后输入坐标值。然后选择扫描的类型,即“线性”还是“变量”、输入步长、定义触测的类型(矢量、表面或是边缘)。在初始矢量上双击,输入第一点的矢量,检查截面矢量,键入其他选项后,点击“创建”。
也可用操作盘在被测物体表面所需第一点的位置上触测,然后在定义方向的点上触测,PC-DMIS将把这些值自动放到对话框里,且自动算出初始矢量,选择扫描的控制方式和测点类型以及所需的选项后,点击“创建”即可。
b有CAD模型方式
当有CAD模型时,测量前确认为“闭线扫描”。首先点击表面的起始点位置,符号“1”将在CAD模型上生成,点击时表面被加亮,同时边界点也加亮以便选择正确的表面。
然后点击扫描的方向点,对每一所选的位置,PC-DMIS在对话框中给出了相应的坐标及矢量。选择扫描的控制方式、步长、及所需的选项后,点击“创建”。
四、面片扫描(PATCH SCAN)
面片扫描允许用户扫描一个区域而不再是扫描线,应用此扫描方式,至少需要四个边界点信息:一个开始点、一个方向点、扫描长度和扫描宽度。按此基本的或缺省的信息,PC-DMIS将根据给出的边界点1、2、3来定出三角形面片,而方向由D的坐标来定;若增加了第四个边界点,面片可以为四方形,如图2所示。
图2 面片扫描类型
在此扫描方式中的“闭线扫描”复选框指将要扫描一个封闭元素,如圆柱、圆锥、槽等。只要输入起始点、终止点及方向点。终止点表示扫描被测元素时将向上或向下移动的距离;起始点方向点与起始矢量一起定义了截平面的矢量,一般情况下截平面的矢量平行与被测元素。
a键入坐标值定义
创建一个如图所示的四边形面片,在边界点“1”双击,并输入起始点的X、Y、Z。
在边界方向点“D”上双击,输入扫描方向点的坐标。
在边界点“2”上双击,输入确定第一方向扫描宽度。
在边界点“3”上双击,输入确定第二个方向扫描的宽度。
在“3”上点击鼠标,然后按“添加[
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