三坐標測量員應該了解的三坐標測針常識總結

三坐標測量員應該了解的三坐標測針常識總結

一：什么是三坐標測針

測針是三坐標策略系統的組成部分，它與被測工件接觸，使測頭機構產生位移。所產生的信號經處理得出策略結果。被測工件的外形特征將決定要采用的測針類型和大小。在所有情況下，測針的最大剛性和測球的球度都至關重要。

為了達到這一要求，Renishaw的測針桿按照嚴格的標準在數控機床上生產。我們格外注意保證測針剛性最高，同時測針質量經過最優(yōu)化處理以適用于Renishaw的各種測頭。Renishaw原產測球是按最高標準制造，保證與測針桿的鏈接能達到最佳的完整性。如果您使用的測球球度差、位置不正、螺紋公差大、或因設計不當使測量時產生過量的擾度變形，則很容易降低測量效果。為了確保您采集的數據的正確性，請務必從Renishaw原產的全系列測針中指定和選用測針。

二、三坐標測針的專業(yè)術語：

總長度：雷尼紹對測針總長度的標準定義，是從測針的后安裝端面到測球中心的長度。有效工作長度：有效工作長度是在零件發(fā)現方向測量時從測球中心道測針桿與被測目標干涉點之間的距離。

三、如何正確選擇測針1、盡量選用短測針

測針彎曲或變形量越大，精度月底，使用近可能短的測針2、盡量減少接頭

每增加一個餓著呢的測桿的鏈接，便增加了一個潛在的彎曲和變性點。所以使用中應盡量減少三坐標測針的組件數。3、選用的測球直徑要盡量大

一是這樣能增大測球、測針桿的距離，從而減少由于碰撞測針桿所引起的誤觸發(fā)。其次測球直徑越大，被測工件表面光潔度的影響越小。

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三坐標

三坐標測量機，它是指在一個六面體的空間范圍內，能夠表現幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，又稱為三坐標測量儀或三坐標量床。三坐標測量機的工作原理:

任何形狀都是由空間點組成的,所有的幾何量測量都可以歸結為空間點的測量,因此精確進行空間點坐標的采集,是評定任何幾何形狀的基礎。

坐標測量機的基本原理是將被測零件放入它允許的測量空間，精確的測出被測零件表面的點在空間三個坐標位置的數值，將這些點的坐標數值經過計算機數據處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經過數學計算的方法得出其形狀、位置公差及其他幾何量數據。

在測量技術上，光柵尺及以后的容柵、磁柵、激光干涉儀的出現，革命性的把尺寸信息數字化，不但可以進行數字顯示，而且為幾何量測量的計算機處理，進而用于控制打下基礎。

三坐標測量儀可定義為—一種具有可作三個方向移動的探測器，可在三個相互垂直的導軌上移動，此探測器以接觸或非接觸等方式傳送訊號，三個軸的位移測量系統(如光學尺)經數據處理器或計算機等計算出工件的各點坐標(X、Y、Z)及各項功能測量的儀器‖。三坐標測量儀的測量功能應包括尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度等。應用領域：

測量高精度的幾何零件和曲面；測量復雜形狀的機械零部件；檢測自由曲面；

可選用接觸式或非接觸式測頭進行連續(xù)掃描。功能：

幾何元素的測量，包括點、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等；

曲線、曲面掃描，支持點位掃描功能，IGES文件的數據輸出，CAD名義數據定義、ASCII文本數據輸入、名義曲線掃描、符合公差定義的輪廓分析。

形位公差的計算，包括直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、傾斜度、平行度、位置度、對稱度、同心度等等；

支持傳統的數據輸出報告、圖形化檢測報告、圖形數據附注、數據標簽輸出等多種輸出方式。設備特點：

核心零部件及軟件全部原裝進口

單邊活動橋式結構，顯著提高運動性能，確保測量精度及穩(wěn)定性三軸導軌均采用高精密天然花崗巖，具有相同的溫度特性及剛性

三軸導軌均采用自潔式預載荷高精度空氣軸承，運動更平穩(wěn)，導軌永不受磨損RENISHAW自粘開放式金屬光柵尺，更接近花崗巖基體的熱膨脹系數，提高了設備的穩(wěn)定性RENISHAWUCC高速高精度自動控制系統，內嵌32位微處理器，真正實現實時控制；上下位采用光纖通訊，增強了電氣抗干擾能力SEREINDMIS軟件特點

軟件運行在WINDOWS201*/XP環(huán)境下，全中文界面；面向對象的編程方式，支持圖形鏡像功能。

三維CAD數模導入、再現實體或線架模型、DMIS、STEP文件導入導出、測量結果的IGES文件輸出，支持逆向工程。

動態(tài)CMM模型，支持測量機和測頭的模擬和RENISHAW測頭圖形庫。測頭管理功能，可動態(tài)選擇多種測針。

幾何元素的測量，包括點、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等；

曲線、曲面掃描，支持點位掃描功能，IGES文件的數據輸出，CAD名義數據定義、ASCII文本數據輸入、名義曲線掃描、符合公差定義的輪廓分析。

形位公差的計算，包括直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、傾斜度、平行度、位置度、對稱度、同心度等等；

支持傳統的數據輸出報告、圖形化檢測報告、圖形數據附注、數據標簽輸出等多種輸出方式；

工件坐標系管理，指定基準面（軸）即可生成工件坐標系，并可實現坐標系平移、旋轉及迪卡爾坐標和極坐標的相互轉換，支持3-2-1找正。誤差補償功能，進一步提高機器測量精度�；�礎技術參數：

型號：LeaderMiracleNC8107行程：X軸800mmY軸1000mmZ軸700mm結構型式：活動橋式

傳動方式：直流伺服系統+預載荷高精度空氣軸承

長度測量系統：RENISHAW開放式光柵尺，分辨率為0.2μm機臺：高精度（00級）花崗巖平臺

使用環(huán)境：溫度(20±2)℃，濕度55%-65%，溫度梯度1℃/m，溫度變化1℃/h

空氣壓力：0.4MPa-0.5Mpa空氣流量：120L/min140L/min整機尺寸(LWH)：1.2mX1.4mX2.3m機臺承重：1000kg，整機重量：3000Kg空間測量精度：（2.9+4L/1000）μm

產品的主要配件：校正球、校正塊、光柵尺尺、探針、控制器、測量軟件等等。。全球主要三坐標廠商：LK、蔡司、溫澤、�？怂箍�、西安交大精密、愛德華、法如、波龍、奧智品、Feanor、SNK、埃帝科、馬波斯、法信、西安力德、雷尼威爾等等（順序隨便，無任何排名）

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一、形位公差

形位公差是被測實際要素允許形狀和位置變動的范圍。二、形位公差的特征項目及符號直線度（）平面度（）圓度（○）形狀公差

圓柱度（）線輪廓度（⌒）輪廓度（）形位公差平行度（∥）定向公差垂直度（⊥）傾斜度（∠）位置公差同軸度（◎）定位公差對稱度（）位置度（）跳動公差圓跳動（）全跳動（）

形狀和位置公差與檢測

零件幾何要素和形位公差的特征項目一、零件幾何要素及其分類

形位公差的研究對象幾何要素（簡稱要素）

（一）要素：構成零件幾何特征的點、線、面。見書圖3-1（二）要素的分類1、按存在的狀態(tài)分

理想要素：具有幾何學意義的要素，即幾何的點、線、面，它們不存在任何誤差。圖樣上表示的要素均為理想要素。

實際要素：零件上實際存在的要素。標準規(guī)定：測量時用測得要素代替實際要素

2、按結構特征分

輪廓要素：構成零件外廓、直接為人們所感覺到的點、線、面各要素。如圖3-1中1、2、3、4、5、6都是輪廓要素。

中心要素：具有對稱關系的輪廓要素的對稱中心點、線、面。如圖3-1中7、8均為中心要素。

3、按檢測時的地位分

被測要素：圖樣上給出了形位公差要求的要素。是被檢測的對象。

右圖中，φd2的圓柱面和φd2的臺肩面都給出了形位公差，因此都屬于被測要素�；鶞室�素：零件上用來確定被測要素的方向或位置的要素，基準要素在圖樣上都標有基準符號或基準代號，如右圖中φd2的中心線即為基準要素A。

4、按功能關系分

單一要素：僅對被測要素本身給出形狀公差的要素。如上圖中φd2的圓柱面是被測要素，且給出了圓柱度公差要求，故為單一要素。

關聯要素：與零件基準要素有功能要求的要素。（即相對于基準要素有功能要求而給出位置公差的要素）。如上圖中，φd2的臺肩面相對于φd2圓柱基準軸線有垂直的功能要求，且都給出了位置公差，所以φd2的圓柱臺肩面就是被測關聯要素。

三坐標怎樣用來進行曲面檢測？模的情況下用三坐標測量機對曲面件檢測，通常是，先在CAD軟件里用相關命令在曲面數模上生成截制測量機到對應的位置，進行檢測，并比較坐標值的偏離。這種方法需要設計人員額外提供理論數據現，對于單點測量來說，由于無法確定矢量方向，測頭的補償根本無法實現。因此，這種辦法具有一量

進行檢測是CMM測量技術發(fā)展的需要。由于曲面建構技術比較復雜，在CAD應用范疇里也屬于高端完成。在測量軟件內，則是通過導入設計數模而利用的問題。為了實現這一目的，就必須解決好四個方測尖補償、理論值捕獲。

首先要做的工作，當然是保證數模正確導入到測量軟件。事實上，由于技術、利益等眾所周知的原因同的軟件和格式，例如國內影響比較大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互讀文件。國際上建立了一系列的數據交換標準，如國際標準數據交換STEP(StandardfortheExchangeofPro標準IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)等。盡管IGES標準存在數據文件大、轉換時間是目前應用最廣泛的接口標準，絕大部分CAD軟件均支持該標準，我國也將IGES作為推薦標準。能的測量機軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現在復雜數模輸入后個別曲面的丟失、破損0M的數模，有的可能用幾十秒鐘，有的可能要幾分鐘。目前市面上比較有名的CMM測量軟件，均基測量儀自主研發(fā)的ZCRMDT測量軟件，導入數模到檢測軟件的情況，數模大小46M多。

軟件，一些測量機軟件商也開發(fā)了各種直讀接口，如UG文件直讀、PROE文件直讀等，不需中間文過，這種接口一般都需要另外購買。

坐標測量機軟件的一項重要內容，無論有無數模，都必須通過對齊，將機器坐標系與工件坐標系保持一比性。

于箱體類零件，基本都采用3-2-1方式建坐標，利用面、線、點特征來確定坐標軸和原點，通過建立工件坐標系來將工件找正，這也是最

、最準確的對齊方法。應盡量選用加工好、范圍大的特征來作為建坐標基準，以減小對齊產生的誤差。通常，對于建立的坐標系，還需要可

進行平移、旋轉等操作，以產生新的對齊。

于不規(guī)則形體，計算就要復雜得多。如果工件上有明確的特征點，如3個孔心，則通常測量出實際值，與理論值對應，進行3點找正。

們經常會遇到工件上沒有明確特征的情況，即我們無法準確的將測量值和理論值直接對應。對于該情況，測量軟件常用的是迭代找正的方法

于單點觸發(fā)采數的測量機，通常是軟件在數模曲面上選取多點作為目標點，所選取的點應能在全部6個自由度上固定零件，以防零件出

轉和移動，然后將測量機移動到工件上盡量對應的位置采集實測點，軟件將測量點在數模上目標點的附近區(qū)域進行迭代找正，直到找正誤差

指定的精度內。有的測量軟件在迭代超差時，將指導你重新測量到更接近的點進行更準確的計算。

有種情況是直接測量多個點，軟件將該點群與理論數模進行最佳匹配計算，將點群與數模一步步對齊，直到點群與數模的偏差均方根最小

方法點數越多越準，但同時計算越復雜，對計算機要求較高，通常在掃描點云的對齊中，用得比較多。

管每種軟件關于對齊都有不同的分類和特點，但基本主要采用以上方法。

、測尖補償

前，三坐標測量機用得最多的是機械觸發(fā)式測頭，配以紅寶石測針，必然會帶來測尖補償的問題。

于平面、圓等標準特征，可以通過整體偏置的方式自動補償測頭，對于連續(xù)掃描的曲線，也可以用同樣的方式自動處理。但對于曲面測量時

常遇到的單點測量，如何解決測尖補償問題呢？

單獨對一點進行補償，則必須知道補償的方向矢量，也即是接觸點處的法向矢量方向。為了找到該法線方向，比較準確的做法是，在測點的

邊測量個微平面，以該微平面的法向視為測點處曲面的法向，從而完成測尖補償。

于工件測點附本身曲率變化不大的地方，或者工件與數模本身偏差較小的情況下，如果要求不高，為了減少采點數，也可以不測量微平面

件直接以測點刺穿數模的方向矢量進行測尖補償，即以數模上該處的法向矢量代替工件上實測處的法向矢量做為測尖補償的方向。但是如果

件與數模本身該處曲率偏差大，則測尖補償將不準，導致測量數據不可靠。

于非接觸式測頭，不存在測尖補償問題。

、理論值捕獲

解決了數模的導入和對齊后，理論值的捕獲就比較簡單。對于圓等標準特征，軟件只需要能從CAD數模上選取識別該特征，即可直接從

性中提取理論值。對于自動測量來說，就可以直接根據數模特征進行編程，指導機器運行到特征的理論值位置附近進行測量。

于曲面工件上的點，通常分為曲面點和邊緣點，有的軟件分得更細。對于曲面上的點，通過直接測量，測量點沿數模曲面法向投影到曲面上

可獲得理論點。但邊緣點就不同了，邊緣是CAD曲面的邊界所在，例如，鈑金件的邊，最簡單的如方體的棱邊等。如果要檢測邊緣上的點于測針無法直接準確測量到，并且測頭的補償方向無法確定，因此，無法直接測量，只能采用間接測量的方式。通常，其處理原理如圖

示，為了測量邊緣上P點，可以在其兩邊測點。此例采用前3點用于確定上面，第4,5點確定邊界方向，而最后一點6確定目標點的位置

投射到前面確定的邊所產生的點，視為邊緣測量點，其理論值為數模中曲面邊緣距其最近點。

過以上方式，即可實現邊緣點的檢測。具體到不同軟件，可能有不同的處理方法。

．曲面測量軟件現狀

于3D數模對曲面工件進行檢測，在三坐標機測量里屬于高級應用范疇，一般在高端測量軟件才包含該功能。目前國內市場上比較常見的如

C-DMIS的CAD++版，VIRTULDMIS等，它們是由WILCOX、ENTELEGENCE等專業(yè)測量機軟件公司開發(fā)而成。POWERINSPECT由于其在數模處理上的功能較強，也被引用到坐標機上，它是由英國的CAD/CAM軟件商DELCAM提供，這也體現了測量機軟件與CA

件結合越來越緊密的趨勢。

實上，對于曲面質量評價，作為曲面建構、編輯、分析的一部分，CAD軟件制造商較早就有比較好的解決辦法，尤其是在逆向工程處理軟

，在將采集的點云處理成曲面后，往往需要比較點云和設計曲線、曲面的偏離，以便在保證精度的同時提高表面質量。圖4為imagewa

對點云與曲面的比較分析，并以不同顏色梯度表示結果。

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