《坐标检测培训》PPT课件.ppt

三坐标测量方法,2,目录,I 三坐标设备介绍： 1.1常见的三坐标测量设备； 1.2如何选择测量设备； 1.3测量前的准备； II 三坐标测量： 2.1常见元素的测量； 2.2坐标系的建立方法及风险； 2.3特殊元素测量方法及风险； 2.4形位公差评价与常见错误； 2.5自动测量的实现及优点； 2.6测头校准原理与实际意义； 2.7拟合原理及常见问题； 2.8测量需求应避免的问题； 2.9如何分析测量报告；,3,1.1常见的三坐标测量设备,按测量方式分类（测头） 分接触式测量和非接触式测量 本文仅讨论接触式测头 按测量机的结构分类（机械坐标系统） 可以概括为悬臂式、台式、桥式、龙门式、关节臂式,4,1.1常见的三坐标测量设备,悬臂式、台式、桥式、龙门式均采用直线光栅进行测量，结构上均有3个明显的轴向运动部件。可手动也可自动进行测量。 关节臂式（便携式）采用圆形光栅进行测量。结构上类似人类的手臂，具有3个（或更多）“关节”。因其结构小巧，只能手动测量。,5,1.2如何选择测量设备,选用测量设备按照以下顺序挑选： 1、精度达到要求： 通常测量设备的测量不确定度应是零件公差指标的三至十分之一。 2、测量范围 设备各方向的最大测量长度应大于被测距离，且不能有测量死角。 3、测量环境 温度、湿度、粉尘、震动等环境因素应能保证设备达到其标称测量不确定度。 4、测量速度和效率 前三个要求均能保证的前提下，采用速度和效率最高的设备。对于需要大量监控的零部件，尽量采用编程自动测量，同时对测量的重复性要进行检查（CMC）。 DPCA部分测量调研设备资源： 激光跟踪仪： 武汉工厂质检分部计量室(总装) 99285 武汉工厂焊装分厂MMG 99167 手动悬臂测量机： 武汉工厂质检分部计量室(焊装) 99262 台式测量机： 武汉工厂质检分部计量室(焊装) 99262,6,1.3测量前的准备,进行三坐标测量，首先要准备好以下这些： 1、被测零件及可能用到的辅助工具。 2、被测零件的数字定义或图纸。 3、基准元素列表。 4、需测量的要素位置或坐标值。 测量需求表达就是一份至少包含了上述4个方面信息的文件，测量人员以此为依据进行测量。神龙公司有专门的文件来规定这一文件。对于调研测量，工厂计量室有相应的表格。,7,1.3.1被测零件及可能用到的辅助工具,使用三坐标进行测量的对象根据测头的不同有以下要求： 1、接触式测量： 被测物体表面不能是橡胶、软塑料等易变形的表面。 零件、附件等产生的磁力不能影响测头的触发。 2、非接触式测量： 被测物体表面不能是玻璃、透明体等对光束会产生折射 反射或透射的物体。 根据实际测量需要，可能要使用辅助工具。,8,1.3.2被测零件的数字定义或图纸,数字定义： 不同的测量软件能够使用的数字定义格式不同。目前比较通用的是IGES格式。神龙公司使用的Metrolog测量软件能够直接使用CATIA V4的数字定义格式（.model），新版本的Metrolog XG能够使用V5的格式(.CATPart)。 图纸： 提供给3D测量用的图纸最好是坐标化的。若是传统机械图纸的话，则需要明确给出基准点的理论坐标。,9,1.3.3基准元素列表,基准元素： 基准是一个使被测要素与之相关的几何组件。 简单来说，基准元素就是用于建立测量坐标系的元素。这些元素与被测元素有固定的空间位置关系。 在测量开始之前，提出的测量需求里就要明确基准元素及坐标系建立的方式。,10,2.1常见元素的测量,常见元素的测量包括了：球、平面、圆、长圆、方槽、线、圆柱、几何点、曲面点等元素的测量。 从回避测量风险的角度考虑，建立参考系的基准元素优先使用球、平面、圆、长圆、方槽、平面上的点等。 元素测量的风险主要有以下几方面： 1、测头补偿（投影）方向的偏差 右图是测量平面上的几何点。 2、测量点位置不好 如：测量薄板件边缘时 3、料厚补偿不对,11,2.1.1球的测量,球通常作为基准元素、或者附件引出元素，实际零件上使用较少。测量一个球最少需要在球上测量4个点。形状公差至少5点才能计算。 球的测量可以完全回避3种主要的测量风险（测头补偿、测点位置、料厚）。,F.F,12,2.1.2平面的测量,平面通常作为也被用作基准元素，实际零件上很常见。测量一个平面最少需要在平面上测量3个点。形状公差（平面度）至少4点才能计算。 平面的测量可以回避2种主要的测量风险：测头补偿、测点位置。 如用平面做基准元素，尽量选择不须料厚补偿的那面。,矢量方向,F.F,13,2.1.3圆的测量,圆也可用作基准元素，实际零件上很常见。测量一个圆最少需要在圆上测量3个点。形状公差（圆跳动度）至少4点才能计算。 圆需要投影平面，投影平面可以测量，也可以选择理论平面。 圆的测量可以回避1种主要的测量风险：测头补偿。 如用圆做基准元素，请测量投影平面，避免料厚补偿，至少测4点。,矢量方向,投影平面,矢量方向视图,14,2.1.4长圆、方槽的测量,长圆、方槽也可用作基准元素，实际零件上比较常见。测量一个长圆或方槽最少需要测量5个点。形状公差至少6点才能计算。 长圆、方槽需要投影平面，投影平面可以测量，也可以选择理论平面。 长圆、方槽的测量可以回避1种主要的测量风险：测头补偿。 如用做基准元素，请测量投影平面，避免料厚补偿。,15,2.1.5直线的测量,直线也可用作基准元素，实际零件上不多见。测量直线需要测量2个点。形状公差（直线度）至少3点才能计算。 直线需要投影平面，投影平面可以测量，也可以选择理论平面。 直线的测量可以回避1种主要的测量风险：测头补偿。 如用做基准元素，请测量投影平面，避免料厚补偿。,F.F,投影平面,16,2.1.6圆柱的测量,圆柱可以当作直线使用，因此也可用作基准元素，实际零件上比较常见。测量圆柱需要测量6个点。形状公差至少7点才能计算。 圆柱的测量可以回避3种主要的测量风险。 如用做基准元素，请确保加工精度足够。,测量时第1、2两个点为轴向计算参考点，需与矢量方向尽量平行,矢量方向视图,17,2.1.7几何点、曲面点的测量,几何点（平面上点除外）、曲面点不推荐用作基准元素，实际零件上比较常见。测量几何点需要测量1个点。无形状公差。 点的测量无法回避测量风险。 测量几何点需选取补偿投影方向，常用参考平面、理论矢量、参考系轴向等。测量曲面点时，补偿方向是理论矢量，因此没有数模不能测量。 几何点测量时，为保证投影方向正确（回避第一种风险），可使用3点拟合或参考实测平面来测量几何点。 几何点与曲面点在N.D向的偏差计算有区别： 几何点的N.D：理论与实测点在理论矢量方向上的偏差。 曲面点的N.D：理论与实测点在空间的3D偏差。,18,2.2坐标系的建立方法及风险,在实际工作中为了分析零件，通常需要将零件放置在“理论坐标系”下。三坐标测量中通过建立“测量坐标系”来实现这一目的。 为了将零件约束在理论坐标系上，最简单的办法就是在零件上找6个坐标值，使其“实际值=理论值”（基准元素法）。 1、6个值建立坐标系的几何过程。 首先空间中要确定一个“主轴及其0点”，这需要3个坐标值，如Z1、Z2、Z3。 其次通过3个坐标值，Y1、Y2、X1，可以在“主轴平面”建立剩余的2个轴并找到原点。 这样建立的坐标系的特点：用于建坐标的坐标值在报告上理论值与实际值相同，偏差为0。,19,2.2坐标系的建立方法及风险,2、建立坐标系时的风险。 由坐标系建立的过程我们可以得知，建立的“测量坐标系”与“主轴”选取有直接的关系。看下一个图例： 因此，在选择“主轴平面”时，需要根据测量的需求来选择,20,2.2.1几何法,优点：可用来手动平移、旋转坐标系 例如使用下面的元素： 测量平面Plan1 直线line2 测量并投影在Plan1上 直线line3 测量并投影在Plan1上 点poin4 是line2 与 line3相交的构造点 坐标系： 主轴 ：Z，选取Plan1 第二轴 ：X，选择直线Line2 原点 ：选择点poin4 坐标系不旋转 坐标系不平移,21,2.2.2特征值法,优点：所用元素均是选取的已测元素，坐标系直观。 报告特点：基准元素偏差为0 例如使用下面的元素： 点Pt1、pt2、pt3 在平面上 圆Cerc1、Cerc2 在平面上 坐标系： 主轴 ：Z，选取pt1、pt2、pt3的Z向 第二轴 ：X，选择Cerc1、Cerc2 的X向,22,2.2.3 3点法,优点：3轴不分主次，测量值与3个基准点之间的距离偏差结果最小 报告特点：3个基准元素同向偏差之和为0 例如使用下面的元素： 球 sphere1、 sphere1 、 sphere1 坐标系： 3轴不分主次,23,2.2.4 1面2点法,优点：坐标系直观。 报告特点：3个基准元素中某1个元素偏差为0 例如使用下面的元素： 点p1、 p2 平面PL 坐标系：可按需要选取主轴。,顺序：PL-p1-p2,顺序：p1-PL-p2,顺序：p1-p2-PL,24,2.2.5 3-2-1法,优点：坐标系直观。 缺点：不能选取已有元素，需测量创建 报告特点：基准元素无法显示，复测的基准元素值有微小偏差 例如使用下面的元素： 点1, 2, 3 设定了X方向，这些点的坐标位置是 X=-100 点4, 5 设定了Y 方向坐标是Y=45 点 6 设定了Z方向是 Z=50. 坐标系： 主轴为X 第二轴为Y,25,2.3 特殊元素测量方法及风险,实际测量中，某些特殊的元素直接测量风险较大（测头补偿和测量点位置） ，测量时常常采用多次局部坐标系的方法来回避风险 。,26,2.3.2 下沉的冲孔,右边这种下沉的冲孔在测量投影平面（黄色）时存在风险（尤其是自动测量时） 为准确定位，利用附近在平面上的约束进行局部坐标系创建,27,2.3.2 错层圆孔,当零件发生错层时，为考察孔的通过性，需要测量最小通过孔 此时，测头应测量在两层板的交错处，测量时使用constraints的INSCRIT 准则,28,2.3.3 斜面圆形冲孔,右图表示一个斜面上的圆形冲头冲孔。为测量冲孔位置，通常希望得到的是圆形或圆柱的结果。此时，我们需要按以下步骤建立局部坐标系来测量。 1- 定义Plan面、椭圆Ellipse 1 和 2。 两个椭圆圆心连线构造直线Drte1。 2- 测量平面Plan1，Drte与Plan平面相交于poin1点。 3- 构造局部坐标系（几何法）： 主轴为Drte1 第二轴利用原有坐标系对应方向 原点为poin1. 4- 测量圆，投影平面选择局部坐标系的主轴平面,29,2.3.4 薄板边缘,薄板边缘测量时存在测头补偿和测量点位置不好的风险。这可以通过局部坐标系来回避。 测量结果的解读如下图，测量结果轴向上的偏差并不能反映实际状态。,理论,实际,实测偏差,真实偏差,30,2.4位置公差评价的常见错误,在测量需求当中，经常会提出对元素之间空间关系进行评价的要求。这种位置公差常会碰到以下错误表达： 1、平行度：线线、线面、面面之间的并行度常被错误的表达为“距离”。 2、,31,2.5自动测量的实现及优点,自动测量具有测量速度快，劳动强度低，人为因素干扰小，重复性好等优点，适合大批量复杂零件的测量。 实现自动测量要具备以下几个条件： 1、测量设备可以自动测量。 2、编好了测量程序。 3、零件装夹位置固定。 4、测头校准球位置固定。 其中1、2两点便于理解，3、4两点作用是让零件在机器坐标系（MCS）下位置固定。下面详细解释3、4两点。,32,2.5.1装夹位置的固定,为了让零件在机器坐标系下具有固定的位置，必须让零件的装夹位置固定。我们通过测量支架来实现这一功能。零件在支架上的装配位置固定，支架在三坐标设备平台上的装配位置固定。从而使零件相对与测量设备是固定的。,33,2.5.2 测头校准球位置固定,为了让测量设备在机器坐标系（MCS）下能够准确找到固定好的零件，我们需要将MCS也固定下来。这可以通过固定校准球的位置来实现。,34,2.6测头校准原理与实际意义,在自动测量中，测头可以进行旋转，而具有多种姿态。不同姿态时测量同一个位置得到的光栅读数是不一样的。 因为不同的姿态的测头在XYZ三个光栅方向上运动时的轨迹是相同的，因此坐标轴的方向不需要校准。故而实际上不同姿态的机器坐标系之间的关系是平移的关系。因此我们可以通过让所有的姿态测量统一位置的小球，把所有姿态的机器坐标系原点都定义在小球上，就可以统一所有的机器坐标系。在此基础上，就可以在测量过程中随意旋转测头了。这一过程称为“测头校准”,35,2.7拟合原理及常见问题,拟合坐标系步骤举例： 选择四个Y向基准区域，每个区域测量3点，选择XZ向基准(圆A)及一个Z向基准(长圆B)并测量。,36,2.7拟合原理及常见问题,第一次拟合所有点均参加，拟合参数选择时将所有方向的平移及旋转都勾选。 以实测圆A为圆点，A-B中心理论距离为半径作圆弧与实测长圆B（红色）的长轴交于点B（B理论值与B一致）。 第二次拟合选择除B以外所有的点和B点，拟合参数选择X、Z平移，Y旋转。 要点：保证拟合时AB间距离与理论相同，消除因此产生的坐标平移（如不消除，则相当于点B的2个方向坐标参与了计算，出现过定位）。圆弧与B长轴相交，可以理解为长圆B沿着长轴方向运动。,37,2.7拟合原理及常见问题,拟合坐标系，实际上是通过一批新的基准元素（可能含有原坐标系的基准元素