【文章內容簡介】 課程總結 2 合計 40 40 教學環(huán)節(jié) 教學時數(shù) 課程內容 實訓 9 二 、 三坐標測量基礎知識 測量機的基 本組成 測量機由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成。 現(xiàn)代測量機的特點： （ 1）高精度、高性能； （ 2）高速度 /高效率 （ 3）高性能價格比； （ 4）適應于車間環(huán)境； 主機 結構 主機 （ 1） 按結構形式可以分橋式、懸臂式、龍門式等； （ 2） 按傳動方式：氣浮式傳動、絲桿傳動； 主機要有大理石臺面、橫梁、垂直軸，機械結構件，氣路系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，外罩等組成； 氣路系統(tǒng)具有自保護功能，氣路系統(tǒng)必須包括氣源處理模塊，是測量機精度長期穩(wěn)定的保證； 主機是測量機精度的基礎： （ 1） 大理石熱穩(wěn)定性好； （ 2） 氣浮結構、同步帶傳動、直 流伺服傳動保證無摩擦傳動，傳動平穩(wěn)，精度高，且精度穩(wěn)定性好； 電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)包括：光柵系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制器、測頭系統(tǒng)； 光柵系統(tǒng)： （ 1） 是提高測量機精度的保證，分辨率一般為 或 ， （ 2） 獲得三軸的空間坐標； 驅動系統(tǒng)：一般采用直流伺服驅動，特點傳動平穩(wěn)，功率較??； 控制器： （ 1） 是整個電氣系統(tǒng)的核心，負責設備各種電氣信號的處理，和軟件的通訊； （ 2） 把軟件的控制指令轉化為電氣信號控制主機運動，把設備實時狀態(tài)信息傳輸給軟件。 （ 3） 目前控制器的發(fā)展方向：模塊化、數(shù)字化、支持 I++協(xié)議，通用化； 測頭 系統(tǒng)： （ 1） 是測量機的核心部件，精度的保證，精度 ； （ 2） 測頭包括測座、測頭、測針 3 部分；測座由手動、機動、全自動測座；測頭分觸發(fā)式和掃描式；測針有各種類型：針尖、球頭、盤式等。 （ 3） 測頭的作用是提供信號，通知系統(tǒng)獲取當前坐標數(shù)據(jù)； （ 4） 測頭系統(tǒng)的發(fā)展：全自動，精度更高，更靈敏； 軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)從功能上分主要包括：通用測量模塊、專用測量模塊、統(tǒng)計分析模塊、各類補償模塊。 10 通用測量模塊作用：完成整個測量系統(tǒng)的管理，包括探針校正，坐標系建立與轉換，幾何元素測量，形位公差評價，輸出文本檢測報告； 專用測量模塊：一般包 括齒輪測量模塊，凸輪測量模塊、葉片模塊； 統(tǒng)計分析模塊：一般在工廠里，對一批工件的測量結果的平均值、標準偏差、變化趨勢、分散范圍、概率分布等進行統(tǒng)計分析，可以對加工設備 測頭簡介 探測系統(tǒng)是由測頭及其附件組成的系統(tǒng)，測頭是測量機探測時發(fā)送信號的裝置，它可以輸出開頭信號，亦可以輸出與探針偏轉角度成正比的比例信號，它是坐標測量機的關鍵部件，測頭精度的高低很大程度決定了測量機的測量重復性及精度；不同零件需要選擇不同功能的測頭進行測量。 觸發(fā)測頭（ Trigger probe） 又稱為開關測頭，測 頭的主要任務是探測零件并發(fā)出鎖存信號，實時的鎖存被測表面坐標點的三維坐標值。 掃描測頭（ Scanning Probe） 又稱為比例測頭或模擬測頭，此類測頭有的不僅能作觸發(fā)測頭使用，更重要的是能輸出與探針的偏轉成比例的信號（模擬電壓或數(shù)字信號），由計算機同時讀入探針偏轉及測量機的三維坐標信號（作觸發(fā)測頭時則鎖存探測點的三維坐標值），以保證實時的得到被探測點的三維坐標。 由于取點時沒有機械的往復運動，因此采點率大大提高，掃描測頭用于離散點測量時，由于探針的三維運動可以確定該點所在表面的法矢方 向，因此更適于曲面的測量。 RTP20 測座 RTP20 測座隸屬 Renishaw 系列測頭座之一，是機動雙旋轉測座，可對接 TP20 測力模塊。測座分 A、 B 兩個旋轉角度 ， A 角以 15 176。分度從 0 176。旋轉到 90 176。， B 角以 15 176。分度從－ 180 176。旋轉到 180 176。 TP20 工作原理 包括 3 個電子接觸器，當測桿接觸物體使測桿偏斜時，至少有一個接觸器斷開，此時機器的 X、 Y、 Z 光柵被讀出， 這組數(shù)值表示此時的測桿球心位置。探針接觸被測物體并與物體接觸的力通過測頭內部的彈簧力平衡，探針產生彎曲；探針繞測頭內部 支點轉動，造成一 個或兩個接點斷開，在斷開前測頭發(fā)出觸發(fā)信號；然后機器回退，測頭復位。 觸發(fā)測頭通過觸點形成電氣回路；當測頭與零件接觸時測力增加，接觸面積減小，電阻增加，當電阻到達閾值時，測頭發(fā)出觸發(fā)信號。 測頭校正 測頭校驗的意義 測頭校正對所定義測頭的有效直徑及位置參數(shù)進行測量的過程。為了完成這一任務，需要用被校正的測頭對一個校驗標準進行測量。 如右圖：該球體是 已知直徑并且可以溯源到國家基準的標準器 ，紅色小球是 未知直徑和位置的測頭 測針。 11 測頭校驗的意義 在實物基準的每個測量點的球心坐標同它的已知道直徑比較。有效的測頭直徑是通過計算每個測量點所組成的直徑與已知直徑的差值 。如右圖所示為有效測頭半徑。 矢量和余弦誤差 矢量 矢量可以被看做一個單位長的直線，并指向矢量方向。相對于三個軸的方向矢量。 I 方向在 X 軸， J 方向在 Y 軸， K方向在 Z軸。矢量 I、 J、 K 值介于 1和 1 之間，分別表示與 X、Y、 Z 夾角的余弦。 矢量方向 矢量用一條末端帶箭頭的直線表示，箭頭表示了它的方向。 X、 Y、 Z 表示三坐標測量機的坐標位置，矢量 I、 J、 K 表示了三坐標測量機三軸正 確的測量方向。在三坐標測量中矢量精確指明測頭垂直觸測被測特征的方向，即測頭觸測后的回退方向。 如下圖，綠色箭頭表示在 XY 平面內 45 度方向矢量 I = ， J = ， K = 0。 余弦誤差 矢量的另一個很重要的作用是軟件利用矢量方向進行測頭補嘗，如果觸測方向不正確，將引起 “余弦誤差 ”。 如圖，分析余弦誤差產生的原因。 坐標系 在 DCC 三坐標測量機上測量工件區(qū)別于傳統(tǒng)的測量另一個主要特點是測量效率高。效率高源于兩個方面：一是具有數(shù)據(jù)自動處理程序；二是對待測工件易于 安裝定位，通過測量軟件系統(tǒng)對任意放置的工件建立零件坐標系，進行坐標轉換，實現(xiàn)自動找正。 精確的測量工作中，正確地建坐標系，與具有精確的測量機，校驗好的測頭一樣重要。由于我們的工件圖紙都是有設計基準的，所有尺寸都是與設計基準相關的，要得到一個正確的檢測報告，就必須建立零件坐標系，同時，在批量工件的檢測過程中，只需建立好零件坐標系即可運行程序，從而更快捷有效。 坐標系類型 綜合各類測量機， 常使用三種類型坐標系：直角坐標系、柱坐標系和球坐標系。這三種坐標系用于不同的測量目的和對象。對于圓柱類型零件、 球類零件和凸輪零件，采用極坐標系和球坐標系進行測量。由于直角坐標系可用線性轉換矩陣實現(xiàn)坐標變換，故在三坐標測量機中大都以直角坐標系作為坐標系轉換基礎。 直角坐標系： 指由三條數(shù)軸相交于原點且相互垂直建立的坐標系，又稱笛卡爾直角坐標系。 柱坐標系： 柱坐標系又稱半極坐標系，它是由平面極坐標系與空間直角坐標系中的部分建立起來的。 球坐標系： 是一種三維坐標。 設 P（ x， y， z）為空間內一點，則點 P 也可用這樣三個有次序的數(shù) r，φ，θ來確定，其中 r 為原點 O 與點 P 間的距離，θ為有向線段與 z 軸正向 12 所夾的角，φ為從正 z軸來看自 x軸按逆時針方向轉到有向線段的角，這里 M 為點 P 在 xOy面上的投影。這樣的三個數(shù) r，φ，θ叫做點 P 的球面坐標 。 測量機坐標軸 測量機的空間范圍可用一個立方體表示。立方體的每條邊是測量機的一個軸向。三條邊的交點為機器的原點（通常指測頭所在的