三坐标测量技术论文
三坐标测量技术论文 三坐标测量技术论文篇一 基于三坐标测量仪的精密测量技术研究 摘 要：三坐标测量仪的出现本身就是测量行业的一大革命，它不但 大大提高了测量精度，而且也在智能化上有很大的进步，对于测量行业的发展有 着很深的影响。为进一步提高我国齿轮行业的产品质量，提高行业竞争力，本文 对三坐标测量仪的精密测量技术进行研究，探讨与其他仪器精确度方面的优缺点 及发展趋势，从而保证我国齿轮产品的质量。关键词：三坐标测量仪 测量行业 精密测量技术 中图分类号：TH721 文献标识码：A 文章编号：
1672-3791(2013)06(b)-0073-01 三坐标测量仪CMM(Coordinate MeasurMahine)是20世纪60年代后期 发展起来的一种高效率、新型、精密的测量设备， 它广泛应用于机械制造、电 子、汽车和航空工业中。三坐标测量仪可以进行零部件尺寸、形状和相互位置检 测，可以用于划线、定中心孔，尤其对连续曲面进行扫描得到曲面数据及表达。
获取表面数据的采集， 是产品逆向工程实现的基础和关键技术之一。
1 三坐标测量仪对测量行业的进步作用 整个测量以及机械行业的快速进步，不断地向三坐标测量仪提出了更 高、更新、更多的要求，如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更 少、检测微损甚至无损、遥感遥测遥控更远距、使用更方便、成本更低廉、无污 染等，同时也为三坐标测量仪科技与产业的发展提供了强大的推动力，并成了仪 器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。
1.1 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量 实现了对基本的几何元素的高效率、高精度测量与评定，解决了复杂 形状表面轮廓尺寸的测量，例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞 机等的外廓尺寸检测。
1.2 提高了测量精度提高了三维测量的测量精度，目前高精度的坐标测量机的单轴精度， 每米长度内可达1 um以内，三维空间精度可达1～2 um。对于车间检测用的三坐 标测量仪，每米测量精度单轴也达3～4 um。由于三坐标测量仪可与数控机床和 加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统，从而促进了自动生产线的发展。
1.3 提高了测量效率 随着三坐标测量仪的精度不断提高，自动化程序不断发展，促进了三 维测量技术的进步，大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入，不但便 于数据处理，而且可以完成CNC的控制功能，可缩短测量时间达95%以上。
1.4 降低用户测量成本 随着激光扫描技术的不断成熟，同时满足了高精度测量(质量检测)和 激光扫描(逆向工程)多功能复合型的三坐标测量仪的发展更好地满足了用户需 求，大大降低用户测量成本，提高工作效率。
2 坐标测量仪与其他仪器的比较 2.1 影像测量仪 作为最初的精密测量仪器，影像测量仪是一个见证了整个行业开始， 它提供了发展的产业平台的基础。然而，由于影像测量仪测量技术略显粗糙，因 此，二次元影像仪成为行业发展的时代的产物，它是精密测量技术和功能方面， 产业的发展提供技术支持。但是，即便如此，二次元影像测量仪还没有完全满足 客户的需求检测，它不能提供一个解决方案的立体检查，在这种情况下，开发和 生产出三坐标测量仪。当然，在此过程中制造商中过渡阶段的2.5元/m3的出现提 供了帮助。这是一个从开始到目前的整个发展阶段的精密测量仪器。
2.2 三坐标测量仪 三坐标测量仪采用花岗石仪座，提高了基准平面的精度，缩小了仪器 自身的精度误差。活动表座可在仪座的任何位置进行测量。仪座不生锈，使用保 管方便。
三坐标测量仪的测量精度是非常高的，三坐标测量仪器和其他测量仪 器相比，这点占据一个很大的优势。例如：制造精密量具，总体上是好的，用游标卡尺水平测量工具，测量精度可达+/-0.1级。但是，一般水平的三坐标测量仪， 测量精度就可以高达+/-0.05。
通过上述分析，我们从二次元和三坐标的功能应用上可以看出，相较 于二次元影像测量仪，三坐标测量仪可说是更加的功能全面，因为它除了测量工 件的长宽参数，还可以检测工件的高，这是影像测量仪所无法达到的。
3 三坐标测量仪测量技术的发展趋势 3.1 品种更加灵活多样 在我国，人们已经越来越认识到测量检测和适当的测量装置的重要性， 不仅可以帮助用户轻松地提高产品质量，也将提高生产效率，因此获得制造先进 的测量设备，可以为用户提供先进的测量解决方案而得到高投资回报率。中国模 具未来发展将是更大规模的、高精确度的，要求也会越来越多，多功能复合模具 已成为一个热点。提高塑料模具，模具的比例及适应高压气体辅助注射成型过程 的模具也将随之发展。物种多样性的变化将更加迅速，这就要求除了精确测量精 度高，测量设备也更灵活，更需要轻松的测量环境随时随地方便改造，这样才能 跟上发展的步伐。
3.2 逐渐向新的应用领域开发 “以市场为导向，以客户为导向”这一趋势使得三坐标测量设备技术现 已广泛使用在工业应用领域的大型机器及零部件的精确测量，测量范围大，精度 高，而且非常耐用，非常适合工厂环境。世界范围内获得了广泛的认可和肯定， 作为行业首选三坐标测量仪器技术，将继续开发新的应用领域的测量。
4 结论 综上所述，随着生产规模日益扩大，加工精度不断提高，除了需要高 精度三坐标测量仪的计量室检测外，为了便于直接检测工件，测量往往需要在加 工车间进行，或将测量机直接串连到生产线上。检验的零件数量加大，科学化管 理程度加强，因而需要各种精度的坐标测量机，以满足生产的需要。随着市场的 不断发展壮大，三次元的产品技术也在不断的提高，三坐标测量技术也在不断进 步。三坐标测量技术论文篇二 关于三坐标测量机坐标系的建立 摘要：坐标测量机(CoordinateMeasuringMachining。成为现代工业检 测和质量控制不可缺少的万能测量设备。系统采用ZCR-CAD和Industry3DCam软 件。提供有三种建坐标系方法。
关键词：三坐标测量机，坐标系，检测，ZCR-CAD 三坐标测量机(CoordinateMeasuring Machining，简称CMM)是20世纪 60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动 机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测 量设备与之配套;另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精 密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。目前，CMM在生产 测试中得到了广泛应用，它几乎可以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和 相互位置进行高准确度测量，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量 设备。
CMM在检测批量产品或单件产品时，通过编程可以提高测量速度， 降低劳动强度。然而，在编程中坐标系的建立是后续测量的基础，建立了错误的 坐标系将致测量错误的尺寸，因此建立一个正确的参考方向即坐标系是非常的关 键和重要的，它直接影响测量速度和数据精度。1 测量系统的组成 本文所用的数据化采集系统为CHXY-30-17-15CTJ型三坐标测量仪及 相关软件，系统结构包括三坐标测量机、电气控制硬件系统、计算机以及测量软 件等，有X、Y、Z三个运动方向。电气控制装置包括主控制单元、电机驱动电路、 数据传送接口、电源和电源保护电路等。它与测量机和计算机连接，接收测量机 的位置检测信号后传送给计算机。系统采用ZCR-CAD和Industry3DCam软件，完 成各种三维空间曲面的数据测量和造型设计工作。
2 坐标系的建立 ZCR-CAD 提供有三种建坐标系方法，我们可以按照设计和加工基准 来建立严格准确的工件坐标系，在工件坐标系下直接测量，与工件在测量台上的 位置、方位完全无关。2.1 3-2-1法 3-2-1法是最基本的建坐标方式，以平面元素为主要基准，适用于箱 体类机加零件;
按照此方法确定一个坐标系，需要若干基准元素。典型的情况 是：1、需要两个方向矢量作为工件坐标系的两个轴，第三个轴按右手法则自动 算出。2、需要1-3个坐标点，确定工件坐标系的原点(3个分量)。在建坐标系的对 话框上(图1)，相应地用第一轴、第二轴、原点(X，Y，Z) 对应于各个基准元素 的选择操作。
典型的建坐标系的过程分如下两个阶段：
第一阶段：为了在零件上建立三轴垂直的坐标系，测量机软件首先利 用面元素确定第一轴，因为面元素的方向矢量始终是垂直于该平面的，当我们利 用投影到该平面上的一条线来建立第二轴时，第一轴和第二轴就保证绝对是垂直 的，这样测量机软件就建立了互相垂直的、符合直角坐标系原理的零件坐标系。
具体方法如下：使第一轴选择框为选中态;从元素列表框或图形窗口选择元素， 使其索引名自动填入到对应的编辑框中。硕士论文，检测。方法一：在对话框上 选择。用鼠标双击列表框内的元素索引名，该元素即被填入到第一轴的编辑框内， 表示该元素已被选上。方法二：CAD图形选取。将光标焦点从测量对话框移到 CAD图形窗口;框选测量元素，看到表示选中的蓝色小框出现;光标焦点移回到测 量对话框，点击选取“CAD”，即可看到元素索引名自动填入到第一轴编辑框内的 结果。
第二阶段：确定第二轴和原点X、Y、Z，方法同上，填入坐标原点的 理论值并计算即可。
我们在用此方法确定坐标轴时，因注意以下几个方面：第一、只有具 有方向特征的元素才能选作为坐标轴，也就是，单点和球面是不能作为第一轴和 第二轴的。硕士论文，检测。第二、要注意所选元素的方向矢量的正负号，因为 用它的方向来定义的坐标轴的方向也有正负问题。硕士论文，检测。因此，在元 素测量时除点和球之外，要遵循正确的采点顺序规定。为防止建坐标的方向错误， 建议在事前先查看元素参数。第三、在建坐标系的过程中，程序要严格遵守坐标 轴的正交性原则，第一轴参数，是完全不折不扣照搬的，第二轴，程序就要进行 审查修正了，第三轴则是完全自己确定的。显然在实际测量时，哪个基准做第一 轴就要仔细考虑了。第四、并不是每建一个坐标系都需要两个基准，比如轴类零 件只要一个端面或轴线基准就够了。这只要选定第一轴就可以了，程序自动确定另外两坐标轴。第五、如果第一轴和第二轴均无指定方向，仅选择园点，则相当 于平移机器坐标系。第六、采集特征元素时，要注意保证最大范围包容所测元素 并均匀分布。
2.2 三点找正法 三点法以三个点坐标为基准，适用于曲面类零件的找正。多点找正， 又叫“Best Fit”是基于CAD数模的多测点找正方法。已知工件上的三个点的理论 坐标值， 则可以在测量后快速建立工件坐标系。
对三点基本要求是：
1、必须 是可测量的， 例如点，园，球，园锥;
或可通过测量计算的，例如，各种交点 等，三点不能位于一条直线上。2、在工件上的分布越大，精度越高。3、一个典 型的应用，是当一个工件无法在一个装夹工位下完成测量时，例如需要反转后测 量，但需保持坐标系不变。可在工件上布置三个附助参考球， 则可以实现坐标 系的统一。硕士论文，检测。具体方法如下：
(1)在测头与坐标系菜单条目下打开建坐标系(3点)对话框(图2)，测量 元素列表区内列出了当前文件中所有的元素，例如这里是4个测量元素。第一点 先用光标在列表栏内选中第一个元素，再按该按钮，将把该元素名填入点元素组 的第一个文本框内。用同样方法选出第二点和第三点。
例如，这里的园8、园6 和园3。
(2)将三个测量点对应的理论坐标填入到对应的文本框内。要注意的 是从左至右，第一列对应第一点，以此类推，不要混淆次序。
(3)完成计算。硕士论文，检测。硕士论文，检测。
2.3 旋转与平移法 通过坐标系的旋转和平移也可以创建新的坐标系，这就大大增加了建 坐标系的灵活性。从菜单上选择建坐标系(旋转与平移)，启动后的命令行显示(图 3)：平移输入区将三个移动分量填入对应文本框。旋转输入区选中旋转轴(X，Y， 或Z)，将角度填入对应文本框并执行。在此我们要注意的是，移动分量和旋转轴 都是基于当前坐标系。
3 检查坐标系的建立是否正确 如何确定零件坐标系的建立是否正确，可以观察软件中的坐标值来判断。方法是：将软件显示坐标置于“零件坐标系”方式，用操纵杆控制测量机运动， 使宝石球尽量接近零件坐标系零点，观察坐标显示，然后按照设想的方向运动测 量机的某个轴，观察坐标值是否有相应的变化，如果偏离比较大或方向相反，那 就要找出原因，重新建立坐标系。
4 结束语 建立零件坐标系是非常灵活的，在测量过程中我们可以根据具体情况 和测量的需要多次建立和反复调用零件坐标系，使利用三坐标检测工件可以达到 准确、快速、高效的目的。