几何数字测量技术及应用实验指导书1

1、几何数字测量技术及应用（一）实验指导书上 海 大 学2010年10月实验一 坐标测量机的介绍和功能演示一、 实验目的1. 使学生了解坐标测量机的结构及原理。2. 通过演示使学生了解三坐标测量机的功能3. 了解Calypso软件界面及控制面板的功能和操作。二、 实验设备德国OPTON（ZEISS）UMC550S主要技术指标1. 高精度几何量测量设备，能完成尺寸误差与形位误差测量2. 工作范围: 550X1200X450mm3. 测量精度：1.3+L/350, 分辨率0.24. 测量软件：calypso5. 负载能力：1000公斤三坐标测量机结构及工作原理1. 三坐标测量机结构三坐标测量机可分为主

2、机、测头、电气系统三大部分2. 工作原理三、 实验内容1. 演示三坐标测量机的启动包括电源，气源的启动，及关机。2. 演示Calypso软件的启动。3. Calypso软件界面的介绍和操作。4. 控制面板的介绍和操作。5. 演示元素测量。四、 实验步骤1. 工作台面的清洁，打开总气源。2. 启动控制柜（1）打开主开关（2）启动计算机（3）启动控制柜3. Calypso软件的启动启动及进入 Calypso（1）双击 （2）登录窗口出现：用户为Master,没有密码(空).（3）在登录窗口单击OK.（4）当此信息确认后，测量机驱动回零（5） 出现测量机回零窗口（6） 当回零后，屏幕显示无打开的测量

3、程序。启动后，CALYPSO 会在屏幕上出现CALYPSO 用户桌面，红绿灯窗口。4. Calypso软件界面及控制面板的介绍和操作。（详细阅读本指导书附录一，附录二）登陆完成后，新建文件，导入CAD模型，会出现下面的窗口： CALYPSO 主程序窗口 AutoRun 用户界面 状态窗口 工具栏窗口5.控制面板的介绍和操作。（详细阅读本指导书附录三）软件启动后，学生可以对控制面板的的操作，观察三坐标测量机的运行情况。6. 实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。7. 关闭控制柜五、操作注意事项1. 开机前准备工作。2. 清洁工作台面，移除导轨上的物品。3. 检查控压机是否正常工作。六

4、实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 写出三坐标测量机的结构特点。2) 写出三坐标测量机的原理。3) 简述如何得到以下测量元素（直线，平面，圆，圆柱，圆锥，球）4) 写出三坐标操作注意事项。 实验二 坐标测量机基本操作及探针组合和校准一、 实验目的1. 掌握三坐标测量机的启动，关机。2. 了解探测系统的分类及其特点。3. 了解探针针头的种类。4. 熟悉探针的选择原则。5. 熟悉探针的校准。二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S。2. 各种规格的探针组合。3. ZEISS培训工件。三、 实验内容1. 三坐标测量机的启动及关机。2. Cal

5、ypso软件的启动。3. 探针组合，装卸。4. 探针的校准。探针介绍1. 探测系统的介绍（详见几何测量技术应用）根据不同的零件和测量要求可能会用到多种探针配置。如下图2. 探针选择的原则（详见几何测量技术应用）3. 探针校准的目的（详见几何测量技术应用）通常，被测工件需要在不同方向用不同的探针探测，这样，计算机就应事先知道这些探针的直径及它们之间的相互位置关系，以便获得正确的测量结果。校准探针的目的就是通过校准告知计算机所用各探针的直径和它们之间的相互位置关系。二、 实验步骤1. 工作台面的清洁，打开总气源。2. 启动控制柜3. Calypos软件启动（参见实验一步骤）探针系统的装卸1. 手动

6、卸载探针组注意在卸载探针前把探测头移向自己（1) 在测量程序区域中选择探针系统图标（2) 出现探针校准对话框，单击按钮“人工装卸探针按钮（3) 出现UMC对话框，单击向下箭头（4) 点击<YES>，确认5秒钟后探针自动脱落。（5) 卸载程序启动。注意此时手要托住吸盘底部，以防探头摔落。注意持续5秒钟后释放。2. 手动安装探针系统安装探针组 暂时不要安装探针组（1) 单击按钮“人工装卸探针按钮”（2) 出现UMC对话框，单击向上按钮（3) 跳出插入探针组对话框后，选择ok，插入探针组。吸盘底部的一个缺口对准探测头的立柱。（4) 在探针系统中输入探针号。3. 探针系统校准步骤标准球的定

7、位主探针作用：只用于标准球的校准。假定单个探针坐标系的零点位于主探针球心，以其为零点，所有其它探针都有相应的X，Y，Z坐标。通过使用校准程序，目的是为设置坐标系零点。这对于每个校准程序都是先提条件，换言之，这步在每次校准前必须执行。（1) 安装主探针a) 在探针对话框中选择主探针b) 单击okc) 出现探针校对对话框，选择参考球定位d) 对于测量力及动态参数的选项，选择标准默认值。e) 这个数字显示从正Z方向向下看的数值。即从正上方看。对于标准位置，可以单击窗口的图形来选择。f) 手动在探针轴向方向探测一点g) 程序自动校准开始。h) 校准结束后注意校准结果。（注意：R值与S值）i) 校准完毕

8、后卸下主探针。（2) 测针校准a) 安装探针注意探针编号的选择b) 选择测针校准c) 接受测量力及动态参数值。d) 如果使用特殊探针或材料，改进探测力及动态参数。e) 在探针轴向上探测一点。f) 程序开始自动运行，并按所选模式进行探测。g) 注意测量报告中的结果。偏差应尽可能的小，它取决于几何形状。4. 校准更多的探针（1) 点击“新建探针”。（2) 在探针编号对话中输入编号，确定。（3) 点击测针校准（4) 步骤同上5. 实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。6. 关闭控制柜7. 关闭气源四、 操作注意事项1. 开机前准备工作（1）清洁工作台面，移除导轨上的物品。（2）检查控压机是

9、否正常工作。五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 探针组合注意哪些问题2) 常用探针有哪些种类，选择此形状的原因。3) 探针校准的目的。实验三 基本元素测量一、 实验目的1. 进一步熟悉Calypos软件的功能2. 能进行基本的软件操作3. 熟悉基本元素的测量4. 熟悉测量报告内容及输出二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. Calypso软件界面的介绍和操作。2. 常规几何特征的测量,包括点，线，面，圆柱，圆锥等元素测量。3. 测量报告内容及输出。四、 实验步骤1

10、. 工作台面的清洁，打开总气源。2. 启动控制柜3. Calypso软件的启动（参见实验一）（1) 新建一个文件。（2) 安装一号探针进行校准。（参见实验二）4. 基本元素操作点（1) 菜单: 元素 -> 点（2) 出现点元素对话框，按图用1号探针在上表面打点。（3) 观察点元素对话框数据的变化，同时了解参数的含义。平面：（1) 菜单：元素-> 平面（2) 在上平面探测四点。（通过元素自动识别无需选择测量元素类型。）（3) 平面即可被识别。注意空间轴，方向为“+Z”。这意味着法线方向（垂直物体表面）为+Z向(向上)在元素列表下显示平面1。圆测量：（1) 菜单：元素-> 平圆（

11、2) 出现圆元素对话框，按图用1号探针在上表面的孔打点。（3) 观察圆元素对话框数据的变化，同时了解参数的含义。圆锥：（1) 菜单：元素-> 圆锥（2) 在圆锥的位于垂直于圆柱轴的一个截面上测量4个点。（3) 在垂直于第一个截面轴的另一个截面上探测4个点。（通过元素自动识别无需选择测量元素类型。）（4) 圆锥即可被识别。注意空间轴，方向为“+Z”。这意味着法线方向（垂直物体表面）为+Z向(向上)。（5) 在元素列表下显示圆锥1。五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 写出测量注意事项2) 测量平面及圆锥，并写出平面，圆锥元素的定义参数的含义：X，Y，Z

12、，D，A1，A2，AC，S。实验四 几何特征的构造一、 实验目的1. 对坐标系的建立有初步了解2. 学生熟悉常规几何特征的三坐标测量3. 熟悉元素构造功能二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. 常规几何特征的测量,包括点，线，面，圆柱，圆锥等元素测量。2. 常用元素构造功能，包括，相交，回叫，构造3D线。四、 实验步骤1. 安装零件2. 装1,2号探针并校准3. 导入CAD模型。4. 由教师演示并讲解工件坐标系的建立。5. 测量上表面1，前表面2，及上表面3个小圆孔。构造相交 ：工件上平面与前平面相交1

13、. 分别测量平面1和平面2。 212. 选择构造 相交命令。 3. 出现相交命令对话框。4. 选择元素一，出现元素对话框，选择平面1，即工件上平面。5. 确定6. 选择元素二，出现元素对话框，选择平面2，即工件前平面。7. 确定8. 观察相交对话框的变化，了解元素参数的含义。9. 此时可以看到模型上显示出上表面与前表面的相交线。 回叫圆回叫1. 分别测量上表面三个小圆。2. 选择元素 圆。3. 在名义值定义下拉对话框中选择回叫。 4. 出现回叫对话框，在列表中选择刚才所测三个圆。5. 单击确定。6. cad模型上显示由3个小圆的圆心组成的圆。 五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实

14、验设备4. 实验要求1) 测量上表面中的锥孔，记录小孔直径，坐标数据，角度。按图计算圆锥轴线与上倾斜平面的相交点，记录交点数据。2) 利用回叫命令按图构建直线。实验五 测量坐标系的建立（一）一、 实验目的1. 掌握坐标系的概念2. 掌握坐标系的建立二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1 坐标系的建立。2 建立安全平面。四、 实验步骤例1：建立测量坐标系1. 根据测量需要配置探针，校准探针。2. 将练习件安装在机器平台上，并使练习件的前平面明显倾斜。3. 在上平面上探测四点，在前平面测量一条线，在右平面打一

15、点如下图。（注意角度及各方向的数值） 4. 在元素图标中出现刚才所打的3个元素5. 选择资源图标中的定义基本坐标系图标。6. 选择创建新坐标系4. 按下图输入之前测量元素，基本坐标建立完后，资源图标中的定义基本坐标系图标变为绿色。注解：平面1的法线方向确定了Z轴方向。2-D直线1确定了X轴方向。点1确定了X轴的零点。2-D直线1确定了Y轴的零点。平面1确定了Z轴的零点。7. 此时坐标系如下图8. 再次在上平面探测四点，在前平面测量一条线，在右平面打一点。并与第二步比较，观察这三个点元素数值。3. 单击“安全平面” (CNC(计算机数字控制)运行的前提)4. 输入窗口出现5. 安全平面两个角点各

16、显示三个坐标值(X,Y,Z)。6. 通过两个角点，Calypso沿轴向建立一个安全平面。这个安全平面将工件包围。7. 驱动底部探针至一特定位置，离工件右上后方大约10-15mm。8. 这是最大的X,Y,Z值位置。9. 按右操纵杆上方按钮三次，值被输入。值与相对坐标系关系在图中可以看到，并对其合理性进行确认。10. 驱动底部探针至一特定位置，离工件左下前方大约10-15mm。11. 这是最小的X,Y,Z值位置。按右操纵杆上方按钮三次，值被输入。12. 值与相对坐标系关系在图中可以看到，并对其合理性进行确认。13. 注意：对于这个过程，需要输入X,Y,Z的最大值和最小值。在第一个位置，输入了最大值

17、，在第二个位置，输入了最小值。14. 安全平面现已被建立并在各个方向上包围工件。任何校准过的探针只有在探测时才能进入该安全平面。15. 单击“Yes”关闭此窗口，Calypso会重新计算。五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 按图建立坐标系，利用前表面，下表面，及左侧面确定方向及零点。空间旋转，平面旋转，X零点，Y零点，Z零点分别选择哪些元素。请填入下表中空间旋转平面旋转X零点Y零点Z零点实验六 测量坐标系的建立（二）一、 实验目的1 掌握坐标系的概念2 掌握坐标系的的建立二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针

18、组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. cad模型的导入。2. 坐标系的建立。四、 实验步骤例1:上表面为空间旋转面，同时为Z方向零点，前表面中间孔为轴旋转，上表面中间空为X，Y零点。1. 根据图示，分别测量上表面，前平面孔及上表面圆。2. 定义基本坐标系。观察图中坐标系的变化注解：平面1的法线方向确定了Z轴方向。圆柱2的轴线方向确定了X轴方向。圆1的中心确定了X,Y轴的零点。平面1确定了Z轴的零点。五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 使用下列基准元素，利用前表面圆柱1，圆1，圆2。建立工件坐标系的方向。零点由前表面及前表面圆柱中心而定。圆柱1圆

19、2圆1 空间旋转，平面旋转，X零点，Y零点，Z零点分别选择哪些元素。请填入下表中空间旋转平面旋转X零点Y零点Z零点实验七 测量坐标系的建立（三）一、 实验目的1. 掌握坐标系的概念2. 掌握坐标系的的建立二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. cad模型的导入。2. 坐标系的建立。四、 实验步骤使用下列基准元素，平面1，平面2建立工件坐标系的方向。上表面及圆柱孔为XYZ零点。记录下操作过程。 1. 分别测量平面1平面2上表面1点及上表面中心圆2. 将各元素填入坐标系选项中五、 实验报告1. 实验目的2.

20、 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 将上面例子空间旋转，平面旋转，X零点，Y零点，Z零点分别选择哪些元素。请填入下表中空间旋转平面旋转X零点Y零点Z零点实验八 尺寸测量及公差评定一、 实验目的1. 掌握尺寸测量2. 掌握公差评定二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件四、 实验内容1. 尺寸测量。2. 公差评定。五、 实验步骤例1：按图建立工件坐标系的零点，测量标有尺寸线的孔距。1. 根据测量需要配置探针，校准探针。2. 按图建立坐标系2.3. 分别测量圆1，圆2，圆3。4. 选择尺寸 距离 综合距离5.5. 出现

21、综合距离对话框，在对话框中选择之前的圆1，圆2。X方向值即是所求距离，在X前打勾，此特性值可以输出。6.7. 同上步骤选择圆2，圆3。Z方向的值即是所求距离，在Z前打勾，此特性值可以输出。例2：按图建立工件坐标系及零点，计算标有尺寸线的元素。交点11. 根据测量需要配置探针，校准探针。2. 按图建立坐标系3. 求中间圆与斜槽边线的交点，交点X方向值即为所求距离。注意交点的选择4. 测量后斜平面，选择构造 垂直线5. 在垂直线对话框中选择圆心和斜面（注意选择次序）求出圆心到斜面的垂线。选择择构造 投影元素选择垂直线1和上平面。结果中的长度即是需要的距离六、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3

22、. 实验设备4. 实验要求1) 按图建立工件坐标系及零点，测量标有尺寸线的尺寸。记录步骤，给出测量结果。12) 按图建立工件坐标系及零点，确定面1与面2相交线的位置和方向记录步骤，给出测量结果。实验九 几何公差的测量及评定一、 实验目的1. 掌握几何公差的测量2. 掌握几何公差的评定二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. 几何公差的测量。2. 几何公差的测量及评定。（平面度，垂直度，平行度，圆度）四、 实验步骤根据测量要求配置探针例1：根据图纸，测量倾斜平，检查该平面的平面度。1. 测量倾斜平2. 选择

23、形状与位置 平面度3. 选择所测量的平面。公差中填入公差范围4. 选择5. 可以显示特性图例2：根据图纸，检查平行度。1. 测量A基准平面2. 测量被评定平面3. 选择形状与位置 平行度4. 元素中选择被测平面（上平面）5. 基准一中选择A基准面（下平面）6. 填入公差值0.2五、 实验报告1. 实验目的2. 实验内容3. 实验设备4. 实验要求1) 根据图纸，在圆上测8个点，然后计算该图的圆度误差。填写下表并打印特性图元素基准一基准二实际值2) 根据图纸，检查前平面对圆柱轴线的垂直度。填写下表并打印特性图元素基准一基准二实际值实验十 数字测量综合应用一、 实验目的使学生对几何数字测量有一个综

24、合的了解二、 实验设备1. 德国OPTON（ZEISS） UMC550S2. 各种规格的探针组合3. ZEISS培训工件三、 实验内容1. 探针的配置校准2. 坐标系建立3. 尺寸测量。4. 几何公差评定5. 打印测量报告四、 实验步骤根据图纸要求测量零件附录一Calypos用户界面各控制键说明如下：- 菜单栏主菜单选项中含有包括了Calypso 基本命令的下拉子菜单。- 工具栏工具栏中包含了那些经常使用的命令图标。测量程序区域使用测量程序图标可以交替显示三个主窗口： 资源这儿你可以找到那些用于测量程序准备的对话框。 元素这儿你可以创建元素列表并在它们的模板上工作。基本上，Calypso包括两

25、种测量元素：一个工件实际存在的部分，如平面（侧面），圆柱(孔)等等，一个是构造元素，它实际并不存在。如交线或圆柱轴线等也都是必要的。 特性这儿你可以定义特性及其在CNC 运行过程中的顺序，并可以在它们的模板上工作。测量特性源于工程图纸。通过测量特性方式，你可以确定测量元素的尺寸，形位的名义值及公差值如何评定（如孔的直径，孔的垂直度，两个平面的距离）。测量程序区域下面描述准备工作的项目：- CMM回零或状态：这个按钮显示测量机的状态以及Calypso 和测量机的连接状态。如果测量机尚未初始化和回零，这个按钮将是红色的。- 探针：通过这个按钮可以校准当前安装的探针。- CT 设置：这个按钮允许你设

26、置 CT 记录的测量。 CALYPSO 允许使用METROTOM 方法来显示和评价点云测量的结果。- 基本/ 初定位坐标系：为测量程序定义基本坐标系- 转台：点击这个按钮为当前测量程序激活转台并为转台操作定义设置- 安全平面：为了使程序正常运行，通过点击这个按钮在工件周围定义一个安全区。此功能对CNC 机器起作用。- 元素表达：点击这个按钮可以检查及编辑结果记录的设置- 程序元素编辑：点击这个按钮，可以打开测量程序的元素编辑器- 温度补偿：点击这个按钮将使Calypso 在计算过程中考虑工件温度及测量机光栅尺的温度。准备工作列表中按钮的颜色代码表明了它们的工作状态：- 红色：在你继续创建测量程序之前，必须完成准备工作。然而手动测量不需要准