三坐标测量机教材

1、 1.1 1.1 三坐标测量机的产生三坐标测量机的产生 1.2 1.2 三坐标测量机的组成三坐标测量机的组成1.3 1.3 三坐标测量机的工作原理三坐标测量机的工作原理1.4 1.4 三坐标测量机的分类三坐标测量机的分类1.1 三坐标测量的产生三坐标测量的产生反求工程需要反求工程需要生产线节拍要求生产线节拍要求在线检测需要在线检测需要三维测量工件增多三维测量工件增多进入20世纪80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三丰、SIP、FERRANTI、MOORE等为代表的众多公司不断推出新产品 1.2 三坐标测量的组成三坐标测量的组成43615X2Y机械系统机械系统 电子系统电子系统

2、11工作台工作台 22移动桥架移动桥架 33中央滑架中央滑架 4Z4Z轴轴 55测头测头 66电子系统电子系统1.3 三坐标测量机的工作原理三坐标测量机的工作原理21ZYX3OIAOI要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标OI； 三坐标测量机的工作原理三坐标测量机的工作原理三坐标测量机基本原理三坐标测量机基本原理 一个基本模型一个基本模型 一个测头一个测头 三维坐标三维坐标 三组坐标系三组坐标系基本模型基本模型XG M G： 测量点数据 X： 运算 M ：工件几何参数 一个基本模型一个基本模

3、型三坐标测量机原理三坐标测量机原理 一个测头一个测头 三维坐标三维坐标 三组坐标系三组坐标系基本模型基本模型 一个基本模型一个基本模型三坐标测量机原理三坐标测量机原理 一个测头一个测头 三维坐标三维坐标 三组坐标系三组坐标系测测 头头 一个基本模型一个基本模型三坐标测量机原理三坐标测量机原理 一个测头一个测头 三维坐标三维坐标 三组坐标系三组坐标系YX Zo以X轴为主轴依次定义另两个轴三维坐标三维坐标 一个基本模型一个基本模型三坐标测量机原理三坐标测量机原理 一个测头一个测头 三维坐标三维坐标 三组坐标系三组坐标系oZZXYX Y 机器坐标系（X，Y，Z ） 工件坐标系（X ，Y ，Z ） 测

4、头坐标系（A，B，C）Po X l1 m1 n1 x g Y = l2 m2 n2 y + h Z l3 m3 n3 z ko 1.4三坐标测量机的分类三坐标测量机的分类按按CMMCMM的技的技术水平分类术水平分类 数字显示及打印型数字显示及打印型带有计算机进行数据处理型带有计算机进行数据处理型计算机数字控制型计算机数字控制型按按CMMCMM的测的测量范围分类量范围分类小型坐标测量机小型坐标测量机中型坐标测量机中型坐标测量机大型坐标测量机大型坐标测量机按按CMMCMM的精的精度分类度分类精密型精密型CMMCMM中、低精度中、低精度CMMCMM按按CMMCMM的结构形式分类的结构形式分类2 三坐

5、标测量机的机械结构三坐标测量机的机械结构(a)(g)(c)(h)(d)(e)(i)(f)(b)2.12.1结结构构形形式式(a)移动桥式移动桥式 (b)固定桥式固定桥式(d)龙门式龙门式(e)(e)悬臂式悬臂式 (h)横臂立柱式横臂立柱式2.2 工作台工作台 早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有

6、些测量机装有可升降的工作台，以扩大加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。以扩大测量功能。2.3 导轨导轨l其结构中有六个气垫其结构中有六个气垫2（水平面四个，侧面两个），使得整个桥（水平面四个，侧面两个），使得整个桥架浮起。滚轮架浮起。滚轮3受压缩弹簧受压缩弹簧4的压力作用而与导向块的压力作用而与导向块5紧贴，由弹紧贴，由弹簧力保证气垫在工作状态下与导轨导向面之间的间隙。当桥架簧力保证气垫在工作状态下与导轨导向面之间的间隙。当桥架6移动时，若产生扭动，则使气垫与导轨面之间的间隙量发生变化，

7、移动时，若产生扭动，则使气垫与导轨面之间的间隙量发生变化，其压力也随之变化，从而造成瞬时的不平衡状态，但在弹簧力的其压力也随之变化，从而造成瞬时的不平衡状态，但在弹簧力的作用下会重新达到平衡，使之稳定地保持作用下会重新达到平衡，使之稳定地保持10m的间隙量，以保的间隙量，以保证桥架的运动精度。气浮导轨的进气压力一般为证桥架的运动精度。气浮导轨的进气压力一般为36个大气压，个大气压，要求有稳压装置。要求有稳压装置。123456A-AAA3.1 标尺系统标尺系统光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）学编码器，光栅，激光干涉仪） 电气式标

8、尺系统（如感应同步器，磁栅）电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅） 机械式标尺系统（如精密丝杠加微分机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）3 3 三坐标测量机的测量系统三坐标测量机的测量系统 机械接触式测头机械接触式测头(a)(b)(c)(d)(e)(f)3.2 3.2 测头系统测头系统 电气接触式动态测头电气接触式动态测头125346 测杆安装在芯体上，而芯体测杆安装在芯体上，而芯体则通过三个沿圆周则通过三个沿圆周12001200分布的钢分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没球安放在三对触点上，当测杆没有受到测量力时，芯体上的钢球有受到测

9、量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接触，当测杆与三对触点均保持接触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论的球状端部与工件接触时，不论受到受到X X、Y Y、Z Z哪个方向的接触力，哪个方向的接触力，至少会引起一个钢球与触点脱离至少会引起一个钢球与触点脱离接触，从而引起电路的断开，产接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号，直接或通过计算机生阶跃信号，直接或通过计算机控制采样电路，将沿三个轴方向控制采样电路，将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据的坐标数据送至存储器，供数据处理用。处理用。 TP20触发式测头触发式测头 静态测头静态测头12314457891315161718610111230

10、312928222526272321201924(d)(c)(b)(a)ZXSP80模拟扫描测头模拟扫描测头 激光非接触式测头激光非接触式测头 52314测头附件测头附件 (a)(c)(d)(b)(e)5126437测头附件测头附件 B2211A(b)(a)ZYX图3 叶片型面测量O测头及附件测头及附件 * * 控制系统的结构控制系统的结构 手动型与机动型控制系统手动型与机动型控制系统 CNC CNC型控制系统型控制系统 * * 测量进给控制测量进给控制* * 控制系统的通信控制系统的通信* * 人机对话和编程软件人机对话和编程软件 图示及窗口编程方式 自学习编程方式 脱机编程 上位机编程 *

11、 * 测量软件包测量软件包 * * 系统调试软件系统调试软件 * * 系统工作软件系统工作软件内、外圆柱直齿轮和斜齿轮的测量内、外圆柱直齿轮和斜齿轮的测量直伞齿轮测量直伞齿轮测量螺旋伞齿轮测量螺旋伞齿轮测量叶片测量叶片测量整体叶轮测量整体叶轮测量MISTRAL070705坐标测量主机坐标测量主机测量机主要参数：测量机主要参数：型号：型号： MISTRAL 070705有效行程：有效行程： 710660460 mm测量精度：测量精度： 3.5+4L/1000m主体结构：主体结构： 斜桥式、气浮导轨分辨率：分辨率： 0 .5m 系统构成：系统构成： DEA测量机、计算机、 TUTOR 测量软件l

12、手动测量模式：手动测量模式： 几何元素测量：几何元素测量：点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环 几何元素构造：几何元素构造：点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环 计算元素关系：计算元素关系：元素间距离、相交、对称、投影、角度等关系 位置误差检测：位置误差检测：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、位置度、对称度l CNCCNC测量模式测量模式： 人工编制测量程序，测量机自动检测l 自学习测量模式：自学习测量模式： 通过自学习模式下零件测量，生成零件测量程序系统组成系统组成 主体结构形式主体结构形式：底座、测量工作台、立柱、X向支撑梁和导轨、Y向支撑梁和导轨、 Z轴部件、测头、驱动

13、电机及测长系统系统构成系统构成主体、控制箱、计算机、手控盒、测头控制箱、电源系统、气源系统控制系统（控制系统（ B3P） 电源板、逻辑运算板、电机驱动板、故障检测板 三坐标测量机系统构成框图三坐标测量机系统构成框图380V测量机主体控制箱计算机手控盒打印机测 头空气压缩机冷干机UPS稳压源 220VRENISHAW测头控制盒串行线油水分离DEAC B3P控制系统框图控制系统框图TU04手控盒计算机LOG186卡电源板PWM24卡DEAC B3 P 数控设备PILZ 卡220V应急按钮 X Y Z驱动电机状态(过流、过热、断路等检测) X Y Z 驱动电机 测量机 电 缆 光 栅数据采集RENI

14、SHAW 测 头确 定测量方案测 头与零件管理输出设置输 出测量报告测量操作开 机分析图纸尺寸及形位公差要求以及零件的具体结构确定：分析图纸尺寸及形位公差要求以及零件的具体结构确定： 根据图纸设计基准确定测量基准 确定检测几何尺寸项和获取方式 _ 直接检测尺寸、 _ 通过间接测量构造尺寸 _ 计算几何元素之间的关系而获得尺寸 确定各几何元素所需要输出的参数项目。 开启气源：开启气源：依次开启空压机、冷干机和测量机气源， 检查气压是否在0.40.5Mpa范围之内。 如果不在 此范围内则可通过气源调节阀调节。 开启电源：开启电源：依次接通交流稳压电源，UPS电源，控制 箱电源和计算机电源。 启动测

15、量程序：启动测量程序： WTUTOR屏幕出现SOI页面。 机器初始化：机器初始化：依次单击“电源”、“初始化”键，机器完 成通讯和坐标初始化。l 测头管理测头管理： 测头标定 测头校正 数据存储。l 建立零件参考坐标系：建立零件参考坐标系： 定义三个相互垂直的坐标轴 零件坐标系原点相对于机器坐标系原点的位置 存储参考坐标系 外围设备控制：外围设备控制： 屏幕、打印机、文件 几何元素的输出格式控制：几何元素的输出格式控制： 测量值、误差值、完全值1. 直接测量直接测量 利用测量活动页的元素测量功能直接测量获得尺寸2. 构造元素构造元素 利用测量存储的几何元素的特征点得到一个新 的元素或获得尺寸3. 计算关系计算关系： 计算几何元素之间关系的而获得尺寸或形位误差4.几何形状扫描几何形状扫描发动机零件反求发动机零件反求TUTORTUTOR软件包软件包TUTORTUTOR软件包软件包TUTORTUTOR软件包软件包TUTORTUTOR软件包