【正文】 三坐標(biāo)講義第1節(jié) 課 學(xué)前知識(shí)1． 三坐標(biāo)概況1. 三坐標(biāo)組成三坐標(biāo)主要由以下幾部分組成：測(cè)量機(jī)主機(jī)，控制系統(tǒng)， 計(jì)算機(jī)（測(cè)量軟件）， 測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)。2. 測(cè)量機(jī)主機(jī) 這是測(cè)量機(jī)的基本硬件，有多種結(jié)構(gòu)形式：移動(dòng)橋式：活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)是使用最為廣泛的一種機(jī)構(gòu)形式。 特點(diǎn)是開(kāi)敞性比較好，視野開(kāi)闊，上下零件方便。運(yùn)動(dòng)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(cè)量機(jī)由于橋架固定，剛性好，動(dòng)臺(tái)中心驅(qū)動(dòng)、 中心光柵阿貝誤差小，以上特點(diǎn)使這種結(jié)構(gòu)的測(cè)量機(jī)精度 非常高，是高精度和超高精度的測(cè)量機(jī)的首選結(jié)構(gòu)。 高架橋式： 高架橋式測(cè)量機(jī)適合于大型和超大型測(cè)量機(jī)，適合于航空、 航天、造船行業(yè)的大型零件或大型模具的測(cè)量。一般都采用 雙光柵、雙驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，提高精度。 水平臂式： 水平臂式測(cè)量機(jī)開(kāi)敞性好，測(cè)量范圍大，可以由兩臺(tái)機(jī)器共同組 成雙臂測(cè)量機(jī)，尤其適合汽車工業(yè)鈑金件的測(cè)量。 關(guān)節(jié)臂式： 關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)具有非常好的靈活性，適合攜帶到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量， 對(duì)環(huán)境條件要求比較低。 各種結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)“圖”以活動(dòng)橋式測(cè)量機(jī)為例，介紹三坐標(biāo)主要組成及功能： 工作臺(tái)（一般采用花崗石），用于擺放零件支撐橋架； 工作臺(tái)放置零件時(shí)，一般要根據(jù)零件的形狀和檢測(cè)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(tái)上墊等高塊，小零件可以放 在固定在工作臺(tái)上的方箱上固定后測(cè)量。 橋架，支撐 Z 滑架，形成互相垂直的三軸； 橋架是測(cè)量機(jī)的重要組成部分，由主、附腿和橫梁、滑架等組成。橋架的驅(qū)動(dòng)部分和光柵基本都 在主腿一側(cè)，附腿主要起輔助支撐的作用。由于這個(gè)原因，一般橋式測(cè)量機(jī)的橫梁長(zhǎng)度不超過(guò) 米，超過(guò)這個(gè)長(zhǎng)度就要使用雙光柵等措施對(duì)附腿滯后的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，或采用其他機(jī)構(gòu)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(shù)頭、分氣座。氣浮塊和讀數(shù)頭的調(diào) 整比較復(fù)雜，直接影響測(cè)量機(jī)精度，不允許調(diào)整。 導(dǎo)軌，具有精度要求的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向軌道，是基準(zhǔn)； 導(dǎo)軌是氣浮塊運(yùn)動(dòng)的軌道，是測(cè)量機(jī)的基準(zhǔn)之一。壓縮空氣中的油和水及空氣中的灰塵會(huì)污染導(dǎo)軌，造成導(dǎo)軌道直線度誤差變大，使測(cè)量機(jī)的系統(tǒng)誤差增大，影響測(cè)量精度。要保持導(dǎo)軌道完好， 避免對(duì)導(dǎo)軌磕碰，定期清潔導(dǎo)軌。光柵系統(tǒng)（光柵、讀數(shù)頭、零位片），是基準(zhǔn)； 光柵系統(tǒng)是測(cè)量機(jī)的測(cè)長(zhǎng)基準(zhǔn)。光柵是刻有細(xì)密等距離刻線的金屬或玻璃，讀數(shù)頭使用光學(xué)的方 法讀取這些刻線計(jì)算長(zhǎng)度。為了便于計(jì)算由于溫度變化造成光柵長(zhǎng)度變化帶來(lái)的誤差，采用光柵 一端固定，另一端放開(kāi)，使其自由伸縮。另外在光柵尺座預(yù)置有溫度傳感器，便于有溫度補(bǔ)償功 能的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償。 零位片的作用是使測(cè)量機(jī)找到機(jī)器零點(diǎn)。機(jī)器零點(diǎn)是機(jī)器坐標(biāo)系的原點(diǎn)，是測(cè)量機(jī)誤差補(bǔ)償和測(cè) 量機(jī)行程終控制的基準(zhǔn)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（伺服電機(jī)、傳動(dòng)帶）； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由直流伺服電機(jī)、減速器、傳動(dòng)帶、帶輪等組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)影響控制系統(tǒng)的參 數(shù)，不能隨便調(diào)整。空氣軸承氣路系統(tǒng)（過(guò)濾器、開(kāi)關(guān)、傳感器、氣浮塊、氣管）； 空氣軸承（又稱氣浮塊）是測(cè)量機(jī)的重要部件，主要功能是保持測(cè)量機(jī)的各運(yùn)動(dòng)軸相互無(wú)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(zhì)、油，也 不能有水。過(guò)濾器系統(tǒng)是氣路中的最后一道關(guān)卡，由于其過(guò)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(guò)濾裝置和管道進(jìn)行前置過(guò)濾處理。氣路中連接的空氣開(kāi)關(guān)和空氣傳 感器都具有保護(hù)功能，不能隨便調(diào)整。 支承（架）、隨動(dòng)帶。 小型測(cè)量機(jī)采用支架支撐測(cè)量機(jī)工作臺(tái)，中、大型測(cè)量機(jī)一般采用千斤頂支撐工作臺(tái)。都采用三 點(diǎn)支撐，在一個(gè)支撐的一側(cè)，有兩個(gè)附助支撐，只起保險(xiǎn)作用。每個(gè)支撐都有一個(gè)海綿墊，能夠 吸收振幅較小的震動(dòng)，如果安裝測(cè)量機(jī)的附近有幅度較大的震動(dòng)源，要另外采取減震措施。 三坐標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 這是測(cè)量機(jī)的控制中樞，主要功能：控制、驅(qū)動(dòng)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)，三軸同步、速度、加速度控制； 操縱盒或計(jì)算機(jī)指令通過(guò)系統(tǒng)控制單元，按照設(shè)置好的速度、加速度，驅(qū)動(dòng)三軸直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)，并通過(guò)光柵和電機(jī)的反饋電路對(duì)運(yùn)行速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使三軸同步平穩(wěn)的按指定 軌跡運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軌跡有飛行測(cè)量、點(diǎn)定位兩種方式，飛行方式測(cè)量效率高，運(yùn)動(dòng)時(shí)停頓少。點(diǎn)定 位方式適合指定截面或指定位置的測(cè)量?？梢酝ㄟ^(guò)語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)置。在進(jìn)入計(jì)算機(jī)指令指定的觸測(cè) 的探測(cè)距離時(shí)，控制單元會(huì)控制測(cè)量機(jī)由位置運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換到探測(cè)速度，使測(cè)頭慢速接近被測(cè)零件。 在有觸發(fā)信號(hào)時(shí)采集數(shù)據(jù)，對(duì)光柵讀數(shù)進(jìn)行處理； 當(dāng)通過(guò)操縱盒或計(jì)算機(jī)指令控制運(yùn)動(dòng)的測(cè)量機(jī)測(cè)頭傳感器與被測(cè)零件接觸時(shí)，測(cè)頭傳感器（簡(jiǎn)稱 “測(cè)頭”）就會(huì)發(fā)出被觸發(fā)的信號(hào)。信號(hào)傳送到控制單元后，立即令測(cè)量機(jī)停止運(yùn)動(dòng)（測(cè)頭保護(hù)功能），同時(shí)鎖存此刻的三軸光柵讀數(shù)。這就是測(cè)量機(jī)測(cè)量的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。 根據(jù)補(bǔ)償文件，對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行 21 項(xiàng)誤差補(bǔ)償； 測(cè)量機(jī)在制造組裝完成后，都要使用激光干涉儀和其它檢測(cè)工具對(duì) 21 項(xiàng)系統(tǒng)誤差（各軸的兩個(gè) 直線度、兩個(gè)角擺誤差、自轉(zhuǎn)誤差、位置度誤差，三軸之間的兩個(gè)垂直度誤差，共 21 項(xiàng)）進(jìn)行 檢測(cè)，生成誤差補(bǔ)償文件，將這些誤差用軟件進(jìn)行補(bǔ)償，以保證測(cè)量機(jī)精度符合合同的要求。測(cè) 頭觸發(fā)后鎖存的每一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)都要經(jīng)過(guò)誤差計(jì)算、補(bǔ)償后再傳送給計(jì)算機(jī)軟件。采集溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償； 有溫度補(bǔ)償功能的測(cè)量機(jī)，可以根據(jù)設(shè)定的方式自動(dòng)采取各軸光柵和被測(cè)零件的溫度，對(duì)于測(cè)量 機(jī)和零件溫度由于偏離 20℃帶來(lái)的長(zhǎng)度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以保持高精度。 對(duì)測(cè)量機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（行程控制、氣壓、速度、讀數(shù)、測(cè)頭等），采取保護(hù)措施； 控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能，對(duì)測(cè)量機(jī)正常工作及安全有影響的部位進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些 有異?，F(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)采取保護(hù)措施（停機(jī)，斷驅(qū)動(dòng)電源），同時(shí)發(fā)出信息通知操作人員。 對(duì)掃描測(cè)頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并控制掃描: 配備有掃描功能的測(cè)量機(jī)，由于掃描測(cè)頭采集的數(shù)據(jù)量非常大，必須有專用的掃描數(shù)據(jù)處 理單元進(jìn)行處理，并控制測(cè)量機(jī)按照零件表面形狀，保持掃描接觸的方式運(yùn)動(dòng)。與計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信息交流。 雖然控制系統(tǒng)本身就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但是沒(méi)有與外界交互動(dòng)介面，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)都要通過(guò) 與上位計(jì)算機(jī)的通訊進(jìn)行輸入和設(shè)置?？刂菩畔⒑蜏y(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都通過(guò)信息傳輸、交流。交流方式 主要是 RS232 接口或網(wǎng)卡?？刂乒?，控制器圖4. 計(jì)算機(jī)（測(cè)量軟件） 計(jì)算機(jī)（又稱上位機(jī)）是數(shù)據(jù)處理中心，主要功能：對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置； 上位計(jì)算機(jī)通過(guò)“超級(jí)終端”方式，與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊并實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置等操作?？梢允?用專用軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)。進(jìn)行測(cè)頭定義和測(cè)頭校正，及測(cè)針半徑補(bǔ)償: 不同的測(cè)頭配置和不同的測(cè)頭角度，測(cè)量的坐標(biāo)數(shù)值是不一樣的。為使不同配置和不同測(cè) 頭位置測(cè)量的結(jié)果都能夠統(tǒng)一進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量軟件要求進(jìn)行測(cè)量前必須進(jìn)行測(cè)頭校正，以獲得測(cè) 頭配置和測(cè)頭角度的相關(guān)信息。以便在測(cè)量時(shí)對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)針半徑補(bǔ)償，并把不同測(cè)頭角度 測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)都轉(zhuǎn)換到“基準(zhǔn)”測(cè)頭位置上。建立坐標(biāo)系（零件找正） 為測(cè)量的需要，測(cè)量軟件以零件的基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系統(tǒng)，稱零件坐標(biāo)系。零件坐標(biāo)系可以根據(jù) 需要，進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。為方便測(cè)量，可以建立多個(gè)零件坐標(biāo)系。 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)、處理； 測(cè)量軟件可以根據(jù)需要進(jìn)行各種投影、構(gòu)造、擬和計(jì)算，也可以對(duì)零件圖紙要求的各項(xiàng)形位 公差進(jìn)行計(jì)算、評(píng)價(jià)，對(duì)各測(cè)量結(jié)果使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。借助各種專用測(cè)量軟件可以進(jìn)行齒 輪、曲線、曲面和復(fù)雜零件的掃描等測(cè)量。 編程并將運(yùn)動(dòng)位置和觸測(cè)控制通知控制系統(tǒng)； 測(cè)量軟件可以根據(jù)用戶需要，采用記錄測(cè)量過(guò)程和脫機(jī)編程等方法編程，可以對(duì)批量零件進(jìn) 行自動(dòng)和高精度的測(cè)量或掃描。 輸出測(cè)量報(bào)告； 在測(cè)量軟件中，操作員可以按照自己需要的格式設(shè)置模板，并生成檢測(cè)報(bào)告輸出。 傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)到指定網(wǎng)路或計(jì)算機(jī)。 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)、程序的輸入和輸出。軟件界面圖 、測(cè)頭系統(tǒng) 測(cè)座、測(cè)頭系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集的傳感器系統(tǒng)，主要功能：測(cè)頭傳感器在探針接觸被測(cè)點(diǎn)時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào): 測(cè)頭部分是測(cè)量機(jī)的重要部件，測(cè)頭根據(jù)其功能有：觸