1、三坐标测量基础知识三坐标测量基础知识卢新祖卢新祖 2014-8-202014-8-20三坐标测量基础知识卢新祖三坐标测量基础知识卢新祖 2 0 1 4-8-2 0测头标定测头标定 测头校正过程是指对所定义测头校正过程是指对所定义测头的有效直径及位置参数进测头的有效直径及位置参数进行测量的过程。为了完成这一行测量的过程。为了完成这一任务，需要用被校正的测头对任务，需要用被校正的测头对一个校验标准进行测量。一个校验标准进行测量。测头校正的目的为：测头校正的目的为：准确得准确得到测针的红宝石球的有效直径到测针的红宝石球的有效直径以便测量软件进行测头半径的以便测量软件进行测头半径的补偿。补偿。准确得到
2、不同测头角准确得到不同测头角度和默认第一个测头角度之间度和默认第一个测头角度之间的位置关系。的位置关系。未知直径和位未知直径和位置的测头。置的测头。已知直径并且可以溯源到已知直径并且可以溯源到国家基准的标准器。国家基准的标准器。一、测头校准定义及目的一、测头校准定义及目的 测头校正过程是指对所定义测头的有测头校正过程是指对所定义测头的有有效测头半径有效测头半径 利用操纵杆在标准球的利用操纵杆在标准球的最大范围内触测最大范围内触测5 5点，点的点，点的分布要均匀（图分布要均匀（图3-133-13）。计）。计算机软件在收到这些点后算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标宝石球中心坐标X X、Y Y、
3、Z Z值值)，进行球的拟合计算，进行球的拟合计算，得出拟合球的球心坐标、直得出拟合球的球心坐标、直径和形状误差，将拟合球的径和形状误差，将拟合球的直径减去标准球的直径，就直径减去标准球的直径，就得出校正后测针宝石球得出校正后测针宝石球“直直径径”。二、测头校验过程有效测头半径二、测头校验过程有效测头半径 利用操纵杆在标准球的最大利用操纵杆在标准球的最大 根据测头标定前后显示的颜色分类，总共分为根据测头标定前后显示的颜色分类，总共分为5 5种颜色，分种颜色，分别为黑色、绿色、蓝色、别为黑色、绿色、蓝色、红色红色以及灰色，每种颜色都代表测头以及灰色，每种颜色都代表测头不同的含义。不同的含义。黑色：
4、测头未经标定；黑色：测头未经标定；绿色：测头标定过且标定结果合格；绿色：测头标定过且标定结果合格；蓝色：测头标定过但标定结果超差；蓝色：测头标定过但标定结果超差；红色：测头标定结果数据过期；红色：测头标定结果数据过期；灰色：已删除的不存在测头；灰色：已删除的不存在测头；拓展知识拓展知识测头颜色含义测头颜色含义 根据测头标定前后显示的颜色分类，根据测头标定前后显示的颜色分类，a a、测座或者测针有拆卸过、测座或者测针有拆卸过b b、添加新测头角度后、添加新测头角度后c c、添加加长杆后、添加加长杆后d d、测针更换过后、测针更换过后e e、标定结果超差时、标定结果超差时f f、标定数据过期时、标
5、定数据过期时三、测头需要重新标定的情况三、测头需要重新标定的情况a、测座或者测针有拆卸过、测座或者测针有拆卸过矢量与余弦误差矢量与余弦误差 矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线，矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线，I I方向方向在在X X轴，轴，J J方向在方向在Y Y轴，轴，K K方向在方向在Z Z轴。矢量轴。矢量I I、J J、K K值介于值介于1 1和和-1-1之间，分别表示与之间，分别表示与X X、Y Y、Z Z夹角的余弦。夹角的余弦。在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的方向，即测头触测后的回退方向。的方向，即测头触测
6、后的回退方向。YX(+J)45(+I)(+k)ZI=0.707I=0.707J=0.707 J=0.707 K=0K=04545度方向矢量度方向矢量一、矢量的定义一、矢量的定义 矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线 实际接触点实际接触点导致的误差导致的误差期望接触点期望接触点法向矢量法向矢量逼近方向逼近方向二、余弦误差二、余弦误差 用三坐标测量机进行元素测量时，正确的测量用三坐标测量机进行元素测量时，正确的测量坐标系坐标系 测量机的空间范围可用一个立方体表示。立方体的每测量机的空间范围可用一个立方体表示。立方体的每条边是测量机的一个轴向。如下图所示，
7、条边是测量机的一个轴向。如下图所示，X X轴为左右指向，轴为左右指向，Y Y轴为前后指向，轴为前后指向，Z Z轴为上下指向，三条边的交点为机器的轴为上下指向，三条边的交点为机器的原点。原点。ZY原点原点X一、测量机的坐标空间（一、测量机的坐标空间（MC S）测量机的空间范围可用一测量机的空间范围可用一a a、通过建立零件坐标系，限制被测工件的、通过建立零件坐标系，限制被测工件的6 6个自由度；个自由度；b b、通过建立零件坐标系，实现数模对齐以方便测量；、通过建立零件坐标系，实现数模对齐以方便测量；c c、通过建立零件坐标系，提高检测结果的准确性；、通过建立零件坐标系，提高检测结果的准确性；二
8、、建立零件坐标系的意义二、建立零件坐标系的意义a、通过建立零件坐标系，限制被测工件、通过建立零件坐标系，限制被测工件 3-2-1 3-2-1法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标系方法，测量软件中很多其他建坐标系方法都是基于该方系方法，测量软件中很多其他建坐标系方法都是基于该方法进行延伸与拓展。法进行延伸与拓展。默认情况下，默认情况下，点点1 1、2 2、3 3拟合一个平面进行零件找拟合一个平面进行零件找 正，并确定零件坐标系正，并确定零件坐标系Z Z轴方向。轴方向。点点4 4、5 5拟合一条直线以控制工件旋转拟合一条直线以控制工件旋转 自由度，并
9、确定零件坐标系自由度，并确定零件坐标系X X轴方向。轴方向。点点6 6拟合一个单点，确定任一坐标轴拟合一个单点，确定任一坐标轴起点位置。起点位置。三、三、3-2-1 法建立坐标系法建立坐标系 3-2-1 法建立坐标系是三法建立坐标系是三工作平面工作平面一、工作平面定义一、工作平面定义 工作平面用来定义二维元素数学计算的平工作平面用来定义二维元素数学计算的平RationalDMIS在在“工作平面工作平面”选项里可以选择所需的选项里可以选择所需的面，作为当前的工作平面。面，作为当前的工作平面。“最近的最近的CRDCRD平面平面”这个窗口这个窗口接受从元素数据区拖放平面元素。接受从元素数据区拖放平面
10、元素。计算需要工作平面的元素有：直线元素计算需要工作平面的元素有：直线元素,圆元素圆元素,圆圆弧元素弧元素,椭圆元素椭圆元素,键槽元素和二维曲线元素；键槽元素和二维曲线元素；对于其他所有元素对于其他所有元素,工作平面选择窗口会自动隐藏起工作平面选择窗口会自动隐藏起来。来。二、二、R a t i o n a l D MI S 工作平面工作平面R a t i o n a l D MI S基本几何元素基本几何元素元素元素:点点 矢量矢量:无无位置位置:XYZ XYZ 位置位置最少点数最少点数:1:1形状误差形状误差:无无元素名前缀元素名前缀:PT:PT 点元素点元素:点点 元素元素:直线直线位置位置
11、:重心重心矢量矢量:第一点到最后一点第一点到最后一点形状误差形状误差:直线度直线度最小点数最小点数:2:2元素名前缀元素名前缀:LN:LN直线元素直线元素:直线直线元素元素:圆圆位置位置:圆心圆心矢量矢量:与所在平面矢量一致与所在平面矢量一致形状误差形状误差:圆度圆度最小点数最小点数:3 3元素名后缀：元素名后缀：CIRCIR圆元素圆元素:圆圆元素元素:圆柱圆柱位置位置:轴线中点轴线中点矢量矢量:从下到上从下到上形状误差形状误差:圆柱圆柱度度最小点数最小点数:5:5元素名后缀元素名后缀:CYL:CYL元素元素:圆柱圆柱圆柱圆柱元素元素:圆锥圆锥位置位置:顶点顶点矢量矢量:从小圆到大圆从小圆到大
12、圆形状误差形状误差:锥度锥度最小点数最小点数:6:6元素名后缀元素名后缀:CON:CON圆锥元素圆锥元素:圆锥圆锥元素构造元素构造 元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块，便于用户元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块，便于用户在测量中由于受测量局限性的影响，而我们有必须得到某些在测量中由于受测量局限性的影响，而我们有必须得到某些特定元素所设立的功能操作区，其主要意义如下：特定元素所设立的功能操作区，其主要意义如下：通过已测的元素构造出无法直接测量得到的元素。通过已测的元素构造出无法直接测量得到的元素。构造元素可以是计算辅助元素，也可以是测量结果元素。构造元素可以是计算辅助元素，也可以是测量结
13、果元素。元素构造的意义元素构造的意义 元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块圆心（球心）点构造圆心（球心）点构造圆圆线线1线线2两直线相交点构造两直线相交点构造投影点投影点原始点原始点任一点投影至某一平面任一点投影至某一平面原原始始点点偏移点偏移点任一点偏置某一距离任一点偏置某一距离示例一：点构造圆心（球心）点构造圆线示例一：点构造圆心（球心）点构造圆线1 线线2 两直线相交点构造投两直线相交点构造投在一个圆锥指定的直在一个圆锥指定的直径位置产生一个圆。径位置产生一个圆。平面和圆锥相交产生平面和圆锥相交产生某一高度的截面圆。某一高度的截面圆。同时通过所选的
14、几个元同时通过所选的几个元素拟和产生虚拟圆。素拟和产生虚拟圆。示例二：圆构造在一个圆锥指定的直径位置产生一个圆。平面和圆锥示例二：圆构造在一个圆锥指定的直径位置产生一个圆。平面和圆锥矩形阵列矩形阵列环形阵列环形阵列矩形阵列结果矩形阵列结果 环形阵列结果环形阵列结果示例三：镜像构造矩形阵列环形阵列矩形阵列结果示例三：镜像构造矩形阵列环形阵列矩形阵列结果 环形阵环形阵1 1、如何得到下图所示，从圆锥斜平面沿轴线向上偏置、如何得到下图所示，从圆锥斜平面沿轴线向上偏置30mm30mm处的直径？处的直径？2 2、如何得到下图所示，两小圆的最大距离与最小距离？、如何得到下图所示，两小圆的最大距离与最小距离
15、？思考思考1、如何得到下图所示，从圆锥斜平面沿轴线向上偏置、如何得到下图所示，从圆锥斜平面沿轴线向上偏置3 0 m元素的尺寸及公差元素的尺寸及公差 二维距离的计算是两元素相对于当前工作平面的距离。二维距离的计算是两元素相对于当前工作平面的距离。典型例子有点到线、圆到圆、圆到线的距离等。典型例子有点到线、圆到圆、圆到线的距离等。元素到元素的二维距离在计算时，此距离可能既不平行元素到元素的二维距离在计算时，此距离可能既不平行于当前坐标系的任何坐标轴，也不垂直于任一坐标轴，此时于当前坐标系的任何坐标轴，也不垂直于任一坐标轴，此时要注意区分哪个方向的位移才是我们要的有效距离。要注意区分哪个方向的位移才
16、是我们要的有效距离。元素尺寸公差元素尺寸公差二维距离二维距离 二维距离的计算是两元素相对于二维距离的计算是两元素相对于YX距离距离2 2距离距离3 3 距离距离1 1 距离距离1 1的计算可以是的计算可以是:平行平行于于X X轴轴,垂直于垂直于Y Y轴。轴。距离距离2 2的计算可以是：平行的计算可以是：平行于于Y Y轴，垂直于轴，垂直于X X轴。轴。距离距离3 3的计算可以是：用中的计算可以是：用中心到中心，不需要选择坐标心到中心，不需要选择坐标轴。轴。Y X 距离距离2 距离距离3 距离距离1 圆与圆二维距离分析圆与圆二维距离分析 距离距离1 的计算可以的计算可以 三维距离计算的是两个元素之
17、间的最小距离三维距离计算的是两个元素之间的最小距离,与工作与工作平面无关。典型例子有点到面的距离，面到面的距离，面平面无关。典型例子有点到面的距离，面到面的距离，面与面的夹角。与面的夹角。PLN1PLN2DISTANCE元素尺寸公差元素尺寸公差三维距离三维距离 三维距离计算的是两个元素之间三维距离计算的是两个元素之间 加工后的工件不仅有尺寸误差，构成工件几何特征的点、加工后的工件不仅有尺寸误差，构成工件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种形状上的差异就是形状误位置还不可避免地存在
18、差异，这种形状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。测量软件支持国家或国际标准的大部分几何元素的形位公测量软件支持国家或国际标准的大部分几何元素的形位公差评价项目，包括：基本几何元素尺寸偏差，直线度、平面差评价项目，包括：基本几何元素尺寸偏差，直线度、平面度、圆度、圆柱度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴度、圆度、圆柱度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴（心）度、对称度、圆（全）跳动等形位公差。（心）度、对称度、圆（全）跳动等形位公差。元素形位公差元素形位公差 加工后的工件不仅有尺寸误差，构成工件几何加工后的工件不仅有尺寸误差，构成工件几何 测头标定的原理及意义。测头标定的原理及意义。余弦误差产生原因及避免方法。余弦误差产生原因及避免方法。构建坐标系的意义及对构建坐标系的意义及对3-2-13-2-1法的理解。法的理解。工作平面的理解及掌握其适用场合。工作平面的理解及掌握其适用场合。基本几何元素的最少点数及矢量方向记忆。基本几何元素的最少点数及矢量方向记忆。元素构造的意义及其功能应用。元素构造的意义及其功能应用。元素尺寸偏差及形位公差的理解。元素尺寸偏差及形位公差的理解。本章知识要点本章知识要点 测头标定的原理及意义。测头标定的原理及意义。E N D!
