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1、 柔性制造工艺三坐标测量仪及其使用三坐标测量仪的硬件组成三坐标测量仪的硬件组成三坐标测量仪的工作原理三坐标测量仪的工作原理三坐标测量仪的测量过程三坐标测量仪的测量过程三坐标测量在逆向工程中的应用三坐标测量在逆向工程中的应用三坐标测量仪（Coordinate Measure Machine，CMM）是20世纪60年代后期发展起来的一种高效率的新型精密测量设备。它广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，还可用于划线、定中心孔等，并可以对连续曲面进行扫描。三坐标测量仪是基于坐标测量原理，将被测物体置于三坐标测量仪的测量空间，通过测头可获得被
2、测物体上各个测点在X、Y、Z三个方向上的精确坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算可求出被测对象的几何形状、尺寸和位置。三坐标测量仪的硬件组成三坐标测量仪的硬件组成1.1.电气系统电气系统（1 1）电气控制系统：测量仪控制部分）电气控制系统：测量仪控制部分（2 2）计算机硬件部分）计算机硬件部分（3 3）测量软件）测量软件 测测量量仪仪软软件件包包括括控控制制软软件件和和数数据据处处理理软软件件，这这些些软软件件可可以以进进行行坐坐标标变变换换与与测测头头校校正正，生生成成测测量量路路径径，还还用用于于基基本本几几何何元元素素及及其其相相互互关关系系的的测测量量、形形状状与与位位置置误误差差
3、测测量量、曲曲线线与与曲曲面面的的测量等。测量等。2.2.测头测头 三三坐坐标标测测量量仪仪是是用用测测头头来来拾拾取取信信号号的的，它它的的准准确确度度和和测测量量效效率率与与测测头头密密切切相相关关。测测头头即即是是三三维维测测量量传传感感器器，它它可可以以在在三三个个方方向向上上感感受受瞄准信号和微小位移。瞄准信号和微小位移。3.3.三坐标测量仪三坐标测量仪 三坐标测量仪的主体主要由以下各部分组三坐标测量仪的主体主要由以下各部分组成：底座、测量工作台、立柱、测量系统、驱成：底座、测量工作台、立柱、测量系统、驱动装置、附件。动装置、附件。1 1）悬臂式）悬臂式 悬臂式又分为悬臂移动式和悬臂
4、固定式悬臂式又分为悬臂移动式和悬臂固定式2）桥式3）龙门式4）镗床式4探针1）直探针 直探针是结构最简单的探针系统，有球度非常好的工业红宝石球，杆材料可以选择。红宝石是非常硬的材料，做成的探针的磨损量最小。它的密度也非常低，这样针尖质量最小，从而可以避免由于机器运动或振动而造成的探针误触发。使用的杆可以有多种材料可供选择，如：不锈钢、碳化钨、陶瓷和各种特殊的碳纤维材料。这些结构简单的红宝石探针更适合于多种检测应用场合。尽可能选择大的红宝石探针球和尽可能短的杆，可以保证最大的球/杆距离，这样可提供更有效的工作和长度。2）星型探针 星型探针的多个探针测头可用来测量复杂的元素和孔。一般地用四个或五个
5、红宝石探针安装在刚性的不锈钢中心上。3）圆盘探针用于测量钻孔的切口和凹槽，通常用星型测头是探测不到的。可以将它们想象成球度非常好的球“截面”，有多种直径选择和厚度选项。所有的旋转调整和增加中心探针的能力都是圆盘探针的触测范围，使其具有柔性和易于使用。4）圆柱探针 用于探测薄壁材料的孔。此外，各种带螺纹的元素可以被探测，螺纹中心被定位。球端圆柱探针允许多角度采集数据和在X，Y，Z三个方向探测，这样可以进行表面检测。5）尖探针 用于检测螺纹体、特殊的点和划线。圆端尖探针允许更精确的测量和特征元素的探测，也可以用于更小的孔的检测。三坐标测量仪的工作原理三坐标测量仪的工作原理1.1.测量时把被测件置于
6、测量机的测量空间中测量时把被测件置于测量机的测量空间中2.2.通过机器运动系统带动测头对测量空间内任意位通过机器运动系统带动测头对测量空间内任意位置的被测点瞄准，当瞄准实现时测头即发出读置的被测点瞄准，当瞄准实现时测头即发出读数信号数信号3.3.通过测量系统获得被测物体上各测点的坐标位置通过测量系统获得被测物体上各测点的坐标位置4.4.根据这些点的空间坐标值，通过专业测量软件对根据这些点的空间坐标值，通过专业测量软件对被测物体的规格尺寸，形状和相互位置关系进被测物体的规格尺寸，形状和相互位置关系进行快速和精确（微米级）的计算与输出行快速和精确（微米级）的计算与输出结论：三坐标测量实际上是数控加
7、工的逆过程结论：三坐标测量实际上是数控加工的逆过程三坐标测量仪的测量过程三坐标测量仪的测量过程1.1.开机，机器归零开机，机器归零三坐标测量仪也拥有一个参考点，其三坐标测量仪也拥有一个参考点，其归零过程与归零过程与数控机床回参考点相似数控机床回参考点相似注意：归零时机器注意：归零时机器的起始点不能与零的起始点不能与零点过近点过近2.2.探针校准探针校准测量时系统记录的是探针中心的坐标，而不是接测量时系统记录的是探针中心的坐标，而不是接触点的坐标，因此必须对探针的半径进行补偿，触点的坐标，因此必须对探针的半径进行补偿，其其类似于数控机床上的刀具偏置参数类似于数控机床上的刀具偏置参数校准方法：校准
8、方法：使用校准球，利用探针对校准求测量使用校准球，利用探针对校准求测量至少至少5 5个点个点，获取球的位置、直径、形状偏差，最，获取球的位置、直径、形状偏差，最终得到探针的半径值终得到探针的半径值3.3.零件的找正零件的找正在测量前应确定零件坐标系在三坐标测量仪机器在测量前应确定零件坐标系在三坐标测量仪机器坐标系中的位置，其坐标系中的位置，其类似于数控加工中的对刀操作类似于数控加工中的对刀操作找正方法：找正方法：采用采用“3-2-1”3-2-1”方法方法，即测量，即测量3 3个点确定一个点确定一个基准面，然后测量个基准面，然后测量2 2个点确定基准轴，最后测量个点确定基准轴，最后测量1 1个点
9、确定原点位置个点确定原点位置4.4.数据的测量数据的测量测量数据时应保证数据能反映零件的特征，同时数测量数据时应保证数据能反映零件的特征，同时数据应尽量少据应尽量少反映一个平面需要至少反映一个平面需要至少3 3个点，但平面所在轮廓复个点，但平面所在轮廓复杂时，采集点数应增加杂时，采集点数应增加5.5.其它三坐标测量仪器其它三坐标测量仪器三坐标测量在逆向工程中的应用三坐标测量在逆向工程中的应用1.1.点云数据的概念点云数据的概念三坐标测量机测量曲面时获取的是三坐标测量机测量曲面时获取的是大量反映曲面大量反映曲面特征的点云数据特征的点云数据，点云数据对曲面的还原取决于，点云数据对曲面的还原取决于采
10、样点的数量采样点的数量。2.2.逆向工程设计的基本过程逆向工程设计的基本过程（1 1）点云数据的导入（使用）点云数据的导入（使用Pro/EPro/E软件）软件）（2 2）点云数据的处理）点云数据的处理去除噪声：在三坐标测量中可能因为零件表面的去除噪声：在三坐标测量中可能因为零件表面的瑕瑕疵疵会会出出现现测测量量表表面面的的“突突变变”，这这些些突突变变点点不不能能反映原始曲面的状况，称为反映原始曲面的状况，称为“噪声噪声”填充破洞：测量过程中可能因为三坐标测量机或填充破洞：测量过程中可能因为三坐标测量机或被测量曲面的原因而造成部分极小区域数据丢被测量曲面的原因而造成部分极小区域数据丢失，则需要
11、根据周围曲面的曲率情况对该区域进失，则需要根据周围曲面的曲率情况对该区域进行填充行填充（3 3）包络处理）包络处理对处理过的数据点进行三角平面处理，其基本原对处理过的数据点进行三角平面处理，其基本原理是利用点云数据中的理是利用点云数据中的每一点与其相邻的两点构每一点与其相邻的两点构成一个小三角平面成一个小三角平面，用大量的小三角面表示曲面用大量的小三角面表示曲面的大致形状的大致形状，即用三角平面代替曲面，即用三角平面代替曲面（4 4）重新造型）重新造型利利用用一一定定数数量量的的样样条条曲曲面面替替代代小小三三角角平平面面，使使得得曲面整体更加平滑，并接近原始曲面的形状曲面整体更加平滑，并接近原始曲面的形状课后作业1.1.简述简述三坐标测量仪的测量过程三坐标测量仪的测量过程。