三坐標(biāo)測量技術(shù)論文(2)
三坐標(biāo)測量技術(shù)論文篇二
關(guān)于三坐標(biāo)測量機(jī)坐標(biāo)系的建立
摘要：坐標(biāo)測量機(jī)(CoordinateMeasuringMachining。成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設(shè)備。系統(tǒng)采用ZCR-CAD和Industry3DCam軟件。提供有三種建坐標(biāo)系方法。
關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測量機(jī)，坐標(biāo)系，檢測，ZCR-CAD
三坐標(biāo)測量機(jī)(CoordinateMeasuring Machining，簡稱CMM)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型高效的精密測量儀器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動機(jī)床、數(shù)控機(jī)床高效率加工以及越來越多復(fù)雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設(shè)備與之配套;另一方面是由于電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標(biāo)測量機(jī)的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)。目前，CMM在生產(chǎn)測試中得到了廣泛應(yīng)用，它幾乎可以對生產(chǎn)中的所有三維復(fù)雜零件尺寸、形狀和相互位置進(jìn)行高準(zhǔn)確度測量，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設(shè)備。
CMM在檢測批量產(chǎn)品或單件產(chǎn)品時，通過編程可以提高測量速度，降低勞動強(qiáng)度。然而，在編程中坐標(biāo)系的建立是后續(xù)測量的基礎(chǔ)，建立了錯誤的坐標(biāo)系將致測量錯誤的尺寸，因此建立一個正確的參考方向即坐標(biāo)系是非常的關(guān)鍵和重要的，它直接影響測量速度和數(shù)據(jù)精度。1 測量系統(tǒng)的組成
本文所用的數(shù)據(jù)化采集系統(tǒng)為CHXY-30-17-15CTJ型三坐標(biāo)測量儀及相關(guān)軟件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括三坐標(biāo)測量機(jī)、電氣控制硬件系統(tǒng)、計算機(jī)以及測量軟件等，有X、Y、Z三個運(yùn)動方向。電氣控制裝置包括主控制單元、電機(jī)驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)傳送接口、電源和電源保護(hù)電路等。它與測量機(jī)和計算機(jī)連接，接收測量機(jī)的位置檢測信號后傳送給計算機(jī)。系統(tǒng)采用ZCR-CAD和Industry3DCam軟件，完成各種三維空間曲面的數(shù)據(jù)測量和造型設(shè)計工作。
2 坐標(biāo)系的建立
ZCR-CAD 提供有三種建坐標(biāo)系方法，我們可以按照設(shè)計和加工基準(zhǔn)來建立嚴(yán)格準(zhǔn)確的工件坐標(biāo)系，在工件坐標(biāo)系下直接測量，與工件在測量臺上的位置、方位完全無關(guān)。
2.1 3-2-1法
3-2-1法是最基本的建坐標(biāo)方式，以平面元素為主要基準(zhǔn)，適用于箱體類機(jī)加零件; 按照此方法確定一個坐標(biāo)系，需要若干基準(zhǔn)元素。典型的情況是：1、需要兩個方向矢量作為工件坐標(biāo)系的兩個軸，第三個軸按右手法則自動算出。2、需要1-3個坐標(biāo)點(diǎn)，確定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)(3個分量)。在建坐標(biāo)系的對話框上(圖1)，相應(yīng)地用第一軸、第二軸、原點(diǎn)(X，Y，Z) 對應(yīng)于各個基準(zhǔn)元素的選擇操作。
典型的建坐標(biāo)系的過程分如下兩個階段：
第一階段：為了在零件上建立三軸垂直的坐標(biāo)系，測量機(jī)軟件首先利用面元素確定第一軸，因為面元素的方向矢量始終是垂直于該平面的，當(dāng)我們利用投影到該平面上的一條線來建立第二軸時，第一軸和第二軸就保證絕對是垂直的，這樣測量機(jī)軟件就建立了互相垂直的、符合直角坐標(biāo)系原理的零件坐標(biāo)系。具體方法如下：使第一軸選擇框為選中態(tài);從元素列表框或圖形窗口選擇元素，使其索引名自動填入到對應(yīng)的編輯框中。碩士論文，檢測。方法一：在對話框上選擇。用鼠標(biāo)雙擊列表框內(nèi)的元素索引名，該元素即被填入到第一軸的編輯框內(nèi)，表示該元素已被選上。方法二：CAD圖形選取。將光標(biāo)焦點(diǎn)從測量對話框移到CAD圖形窗口;框選測量元素，看到表示選中的藍(lán)色小框出現(xiàn);光標(biāo)焦點(diǎn)移回到測量對話框，點(diǎn)擊選取“CAD”，即可看到元素索引名自動填入到第一軸編輯框內(nèi)的結(jié)果。
第二階段：確定第二軸和原點(diǎn)X、Y、Z，方法同上，填入坐標(biāo)原點(diǎn)的理論值并計算即可。
我們在用此方法確定坐標(biāo)軸時，因注意以下幾個方面：第一、只有具有方向特征的元素才能選作為坐標(biāo)軸，也就是，單點(diǎn)和球面是不能作為第一軸和第二軸的。碩士論文，檢測。第二、要注意所選元素的方向矢量的正負(fù)號，因為用它的方向來定義的坐標(biāo)軸的方向也有正負(fù)問題。碩士論文，檢測。因此，在元素測量時除點(diǎn)和球之外，要遵循正確的采點(diǎn)順序規(guī)定。為防止建坐標(biāo)的方向錯誤，建議在事前先查看元素參數(shù)。第三、在建坐標(biāo)系的過程中，程序要嚴(yán)格遵守坐標(biāo)軸的正交性原則，第一軸參數(shù)，是完全不折不扣照搬的，第二軸，程序就要進(jìn)行審查修正了，第三軸則是完全自己確定的。顯然在實際測量時，哪個基準(zhǔn)做第一軸就要仔細(xì)考慮了。第四、并不是每建一個坐標(biāo)系都需要兩個基準(zhǔn)，比如軸類零件只要一個端面或軸線基準(zhǔn)就夠了。這只要選定第一軸就可以了，程序自動確定另外兩坐標(biāo)軸。第五、如果第一軸和第二軸均無指定方向，僅選擇園點(diǎn)，則相當(dāng)于平移機(jī)器坐標(biāo)系。第六、采集特征元素時，要注意保證最大范圍包容所測元素并均勻分布。
2.2 三點(diǎn)找正法
三點(diǎn)法以三個點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)，適用于曲面類零件的找正。多點(diǎn)找正，又叫“Best Fit”是基于CAD數(shù)模的多測點(diǎn)找正方法。已知工件上的三個點(diǎn)的理論坐標(biāo)值， 則可以在測量后快速建立工件坐標(biāo)系。 對三點(diǎn)基本要求是： 1、必須是可測量的， 例如點(diǎn)，園，球，園錐; 或可通過測量計算的，例如，各種交點(diǎn)等，三點(diǎn)不能位于一條直線上。2、在工件上的分布越大，精度越高。3、一個典型的應(yīng)用，是當(dāng)一個工件無法在一個裝夾工位下完成測量時，例如需要反轉(zhuǎn)后測量，但需保持坐標(biāo)系不變?？稍诠ぜ喜贾萌齻€附助參考球， 則可以實現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。碩士論文，檢測。具體方法如下：
(1)在測頭與坐標(biāo)系菜單條目下打開建坐標(biāo)系(3點(diǎn))對話框(圖2)，測量元素列表區(qū)內(nèi)列出了當(dāng)前文件中所有的元素，例如這里是4個測量元素。第一點(diǎn)先用光標(biāo)在列表欄內(nèi)選中第一個元素，再按該按鈕，將把該元素名填入點(diǎn)元素組的第一個文本框內(nèi)。用同樣方法選出第二點(diǎn)和第三點(diǎn)。 例如，這里的園8、園6和園3。
(2)將三個測量點(diǎn)對應(yīng)的理論坐標(biāo)填入到對應(yīng)的文本框內(nèi)。要注意的是從左至右，第一列對應(yīng)第一點(diǎn)，以此類推，不要混淆次序。
(3)完成計算。碩士論文，檢測。碩士論文，檢測。
2.3 旋轉(zhuǎn)與平移法
通過坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移也可以創(chuàng)建新的坐標(biāo)系，這就大大增加了建坐標(biāo)系的靈活性。從菜單上選擇建坐標(biāo)系(旋轉(zhuǎn)與平移)，啟動后的命令行顯示(圖3)：平移輸入?yún)^(qū)將三個移動分量填入對應(yīng)文本框。旋轉(zhuǎn)輸入?yún)^(qū)選中旋轉(zhuǎn)軸(X，Y，或Z)，將角度填入對應(yīng)文本框并執(zhí)行。在此我們要注意的是，移動分量和旋轉(zhuǎn)軸都是基于當(dāng)前坐標(biāo)系。
3 檢查坐標(biāo)系的建立是否正確
如何確定零件坐標(biāo)系的建立是否正確，可以觀察軟件中的坐標(biāo)值來判斷。方法是：將軟件顯示坐標(biāo)置于“零件坐標(biāo)系”方式，用操縱桿控制測量機(jī)運(yùn)動，使寶石球盡量接近零件坐標(biāo)系零點(diǎn)，觀察坐標(biāo)顯示，然后按照設(shè)想的方向運(yùn)動測量機(jī)的某個軸，觀察坐標(biāo)值是否有相應(yīng)的變化，如果偏離比較大或方向相反，那就要找出原因，重新建立坐標(biāo)系。
4 結(jié)束語
建立零件坐標(biāo)系是非常靈活的，在測量過程中我們可以根據(jù)具體情況和測量的需要多次建立和反復(fù)調(diào)用零件坐標(biāo)系，使利用三坐標(biāo)檢測工件可以達(dá)到準(zhǔn)確、快速、高效的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1]于馨芝,王寧,聞濟(jì)世.機(jī)械設(shè)計、制造工藝、質(zhì)量檢測與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全書[M].北京：金版電子出版社,2003
[2]譚慶永.長度計量技術(shù)問答[M].北京：中國計量出版社,1990
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