三坐标测量机实验指导书_图文

1、第一章三坐标测量机系统的初步认识三坐标测量机是60年代后期发展起来的一种高效的新型精密测量设备,目前被广泛应用于机械、电子、汽车、飞机等工业部门,它不仅用于测量各种机械零件、模具等的形状尺寸、孔位、孔中心距以及各种形状的轮廓,特别适用于测量带有空间曲面的工件。由于三坐标测量机具有高准确度、高效率、测量范围大的优点,已成为几何量测量仪器的一个主要发展方向。三坐标测量机的测量过程是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的,在测量范围内可到达任意一个测点。三个轴的测量系统可以测出测点在X,Y,Z三个方向上的精确坐标位置。根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误

2、差。另外,在测量工作台上,还可以配置绕Z 轴旋转的分度转台和绕X 轴旋转的带顶尖座的分度头,以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量。三坐标测量机按其精度分为两大类:生产型测量机(CMM:一般放在生产车间,用于生产过程的检测,并可进行末道工序的精加工,分辨率为5m或10m,小型生产型测量机也有1m或2m的。§ 1.1三坐标测量机系统的硬件构成和功能三坐标测量机系统的硬件主要有三部分组成:终端控制计算机和打印机:在三坐标测量机系统的硬件结构中,计算机是整个测量系统的管理者。计算机实现与操作者对话、控制程序的执行和结果处理、与外设的通讯等功能。数控设备及其外设:数控设备是计算机和测量机的接口(I/

3、O,工具信号,紧急情况等。数控设备通过由计算机传来的数据计算出参考路径,不断地控制测量机的运动及与手提式控制盒的通讯。三坐标测量机:三坐标测量机的主体主要由以下各部分组成: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、驱动电机及测长系统。其结构形式(总体布局形式主要取决于三组坐标的相对运动方式,它对测量机的精度和适用性影响很大。图1-1列出了常见的几种结构形式:悬臂式 图1-1(a、(b悬臂式又可分为Z架移动式 图1-1 (a 和Y架移动式 图1-1 (b。Z架移动式的特点是Y轴悬臂在Y方向位置固定,而Z轴框架在Y轴上移动;Y架移动式的特点是Z轴固定在Y轴悬臂上,

4、Y轴带着Z轴作整体运动(包括Y方向。悬臂式结构的特点是工作面开阔,有利于测量操作,缺点是悬臂结构容易变形。采用这种结构必须考虑对变形的补偿。桥式 图1-1(c、(d以桥框作为导向面,X轴能沿Y或X方向移动。这种结构的特点是刚性好,缺点是桥框立柱限制了工件的装卸。这种结构适宜用于大型测量机。龙门式 图1-1(e、(f龙门式又可以分为龙门移动式 图1-1 (e和龙门固定式图1-1 (f。龙门移动式便于工件的装卸,操作性能好、龙门固定式的龙门刚度大,结构稳定性好,但不宜测量重型工件,否则工作台运动时的惯性太大。坐标镗床式或卧式镗床式 图1-1 ( g ,( h 结构形式与坐标镗床或卧式镗床相似。坐标

5、镗床式 图1-1(g的测量范围较小,精度较高;卧式镗床式 图1-1(h 适宜于完成与工作台面垂直的工件端面上的检测项目。 图1-1 三坐标测量机的结构形式(a, (b 悬臂式; (c , (d 桥式; (e,(f 龙门式; (g 坐标镗床式; (h 卧式镗床式三坐标测量机的测量系统的主要部件是测量头和测长系统。测量头三坐标测量机的准确度和测量效率与测量头密切相关。现代三坐标测量机测头主要采用电气式测量头,或以电气式测头为基本配置,另外再辅助配置光学测头。电气式测头按其原理和功能可分为动态测头和静态测头。动态测头常用的动态测头的简图如图1-2所示。测针通过三个钢珠安放在6个触点上。测量时,测针的

6、球状端部接触工件,不论受到X,Y,Z哪个方向的接触力,都会引起支承钢球与触点脱离,从而引起电路的断开,产生阶跃信号,直接或通过计算机控制采样电路,将三维测长数据送至存储器,供数据处理用。钢球触点图1-2 电气式动态测头可见,测头是在工件表面触碰的运动过程中,在与工件接触的瞬间进行测量采样的,故称为动态测头,也称触发式测头。动态测头不能以接触状态停留在工件旁,因而只能对工件表面作离散的逐点测量,而不能作连续的扫描测量。在测量曲线、曲面时,需作扫描测量,此时应使用静态测头。静态测头在静态测头中有三维几何量传感器,借助传感器可以将测头与工件表面接触时测球的三维位移量转换成电量,驱动伺服系统进行自动调

7、整,使测头停在规定的位移量(相当一定的测量力上,在测头静止的状态下采集三 维坐标数据,故称为静态测头。静态测头沿工件表面移动时,可始终保持接触状态,进行扫描测量,故静态测头也称扫描测头。静态测头常用电感式位移传感器,此时也称电感测头。图1-3为三维电感式静态测头的示意图。测头上装有三个方向互相垂直的导轨,在X ,Y ,Z 三个方向上都设有电感差动式变压器,可以灵敏地指示出方向和位置。光学非接触式测头 光学非接触式测头可用于对空间曲面、软体表面、光学刻线等的测量,尤其是不能用机械测头 和电测头测量的工件,只能用光学非接触式测头。光学点位测量头的原理如图1-4所示。光源4发出的光线经聚光镜5,照到

8、十字分划板6上,分划板出来的光线经反射镜8、物镜7投射到工件表面上,经工件漫反射,再经棱镜9、10、物镜11、直角屋脊棱镜3,成像在分划板2上,通过目镜1进行观察。当显徽镜与工件之间的调焦距离很准确时,图1-3 静态测头 Z X-Z 平面测头;B Y-Z 平面测头; C X-Y 平面测头,具有五倍小探针; d ,e ,f Y ,X 和Z 的直线导轨 图1-4 光学非接触式测头l 目镜;2分划板;3直角屋脊棱镜;4光源;5聚光镜;6 分划板;7 物镜;8反射镜;9、10棱镜;11物镜在目镜分划板上只有一个像,如果距离偏长或偏短,就出现两个像,这种方法的瞄准准确度一般为土13µm。测长系

9、统三坐标测量机采用的测长方法很多,以测长的标准器划分,机械类有刻线标尺、精密丝杆、精密齿条等;光学类有光栅式、激光干涉式;电类有感应同步器、磁栅式、编码器等。现代的三坐标测量机多采用光栅测长。三坐标测量机的测量系统的特性比较见表1-1。表1-1 三坐标测量机中测量系统的特性综合比较 §1.2 三坐标测量机系统的软件功能现代三坐标测量机都配备有计算机,有计算机来采集数据,通过计算,并与预先存储的理论数据相比较,然后输出测量结果。图1-5为测量机与计算机及外设关系示意图。测量机生产厂家一般提供若干测量软件,如测头校验程序、坐标转换程序、普通测量程序、齿轮测量程序、形位误差评定程序、凸轮测

10、量程序、 图1-5 测量机与计算机及外设关系示意图螺纹测量程序、叶片测量程序、学习程序等等。用户可使用厂方提供的程序,也可以使用提供的语言自编程序,或通过功能键操作。由于测量对象和测量项目多种多样,利用计算机进行测量数据处理的内容很多。不同的测量机,不同的测量方法,选取测头的数目不同,数据处理软件也不通用。但其中有一些处理内容是共同的,主要有:1测头校验三坐标测量机的测量,是以测头上测针的球状端部(测球与被测工件表面接触的方式进行的,三维测长装置在测球接触表面的瞬间进行采样。因此,测球的位置和半径将直矮影响三维坐标数据。在测量一个工件的过程中,为满足不同表面的测量要求,往往需要更 换测针甚至测

11、头,同一个测头上也可以有多个测针(称为星形测头,如图1-6。此时,必须测定各测针的球径和测针间的相互位置。这就是测头校验的基本任务。为了进行测头校验,需在三坐标测量机的工作台上固定一校验基准件。校验基准件有基准球和基准立力体两种类型,相应地,有两种校验方法和程序。2 坐标变换在三坐标测量机中,存在三种坐标系,如图1-7。 测头坐标系(A ,B ,C 不同测针在此坐标系中有不同的坐标位置,引起测量数据基准不统一。测头校验,相当于将不同位置的测针统一到一个位置固定的“虚拟”测针上。 三坐标测量机坐标 系(X ,Y ,Z 工件坐标系(X ,Y ,Z 从三坐标测量机测长系统采到的测量数据是相对于测量机

12、坐标系的,但工件的尺寸要求是标注在工件坐标系中的,两者需要统一。传统的机械和光学坐标系的测量中,需调整测量坐标系或工件坐标系,使两者互相平行或重合。在三坐标测量机中,则可以通过软件,将测量机坐标数据转换到工件坐标系中来,相当于建立一个“虚拟”的与工件坐标系重合的测量坐标系。这个虚拟的坐标系有软件形成,可随工件位置而变,故称为柔性Y 图1- 6 星形测头坐标系。坐标转换包括两项工作: 建立坐标系按工件的实际位置确定虚拟坐标系的位置,即测定工件坐标系与测量机坐标系的相对位置。 坐标转换每次测量后,用程序将采得的测量机坐标值转换到工件坐标系中,再进行几何参数计算。 3 几何参数计算根据工件表面各测点

13、的坐标值,计算各种几何参数值,如 两点间距离的测量A(x l ,y 1,z 1,B(x 2,y 2,z 2两点的距离L 可由下式计算:z (122122122-+=z y y x x L 圆的直径和圆心的测量测量圆上任意三点的坐标值 (x 1,y 1,(x 2,y 2, (x 3,y 3,则圆心C 的坐标x c 、y c ,半径R 通过公式即可计算出来,在三坐标机上用类似的方法可以测量球面的曲率半径,这时,需在球面上测取不在同一圆周上的4点的坐标值。 求直线方向根据空间两点P 1(x l ,y 1,z 1,P 2(X 2,Y 2,Z 2,可以确定它在XY 平面上的投影与X 轴夹角,直线与同XY

14、 面相垂直的轴的夹角。类似的,直线与其他坐标轴的夹角,直线在其他坐标平面的投影与坐标轴的夹角也可计算出来。X l1 m 1n 1 x gY = l 2 m 2 n 2 y + h Z l 3 m 3 n 3 z k对于形位误差评定,应用比较普遍的是最小二乘法。最小区域法是最合理的评定方法,但算法较为复杂,有的形位误差的数据处理,如圆柱度的评定,只能是近似计算。计算机数控三坐标测量机能实现自动测量。测量时可用预先编好的程序或采用“学习程序”。学习程序是模拟人工测量的方式来编制程序的。计算机记录下第一个零件手工测量的全过程,包括测头移动的轨迹、测量点坐标、子程序的调用等,作为这一批零件的测量程序。

15、在测量同批零件时,可反复调用此程序,并通过数控伺服机构控制测量机按程序自动测量。这种方法可缩短编程时间,提高测量效率。§1.3 DEA MISTRAL070705 三坐标测量机MISTRAL070705 三坐标测量机是意大利DEA公司生产的,如图1-8 所示。它采用了斜桥式结构,斜面加大接触面,因而强度大,变形小;采用铝合金材料、气浮导轨、伺服电机驱动,重量轻,惯性小,运行非常轻便。测量机主要性能参数如下:型号:MISTRAL 070705有效行程:710×660×460 mm测量精度:3.5+4×L/1000m主体结构:斜桥式、气浮导轨分辨率:0 .5

16、m系统构成:DEA测量机、计算机、WTUTOR 测量软件测量机主要功能: 图1-8 MISTRAL 三坐标测量机1支撑底座2大理石工作台3主支架4 Z轴 5 次支架6主支架几何尺寸测量:测量机能实现点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环的几何尺寸测量,在测量点数足够的情况下,形状误差也同时测量出来。几何元素构造:测量机通过测量相关尺寸,由软件构造出未知的点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环等,并计算出它们的几何尺寸和形状误差。计算元素间的关系:测量机通过测量一些相关尺寸,由软件计算出元素间的距离、相交、对称、投影、角度等关系位置误差检测:测量机可方便地测量出平行度、垂直度、倾

17、斜度、同轴度、位置度、对称度等位置误差。几何形状扫描:用DEA公司提供的TFSCAN软件包可扫描测量多边形(由特定点定义的工件上的一个区域或轮廓(工件轮廓线或形状。测量机所具有的测量方式:手动测量:在WTUTOR测量环境下,利用手控盒(见图1-10手动控制测头完成测量操作过程。自动测量:即CNC测量模式,用DEA-PPL语言人工编制测量程序,经WTCOMP编译器编译生成TEC执行文件控制测量机自动检测。自学习测量:相同零件首件测量时,在WTUTOR测量环境下,采用自学习测量方式,计算机记录下第一次零件手工测量的全过程,包括测头移动的轨迹,测量点的坐标、子程序的调用等,自动生成相应的TEC测量程

18、序,后续件的测量可反复调用此程序实现自动测量。这种测量方法可缩短编程时间,提高测量效率。测量机控制系统( B3P控制盒:测量机控制系统安装在测量机后面的金属盒内,是测量机与计算机的接口电路,通过RS-232串口与计算机连接。它包括:电源板、逻辑运算板、电机驱动板、故障检测板等。控制系统框图如图1-9所示。LOG186卡:控制的数字部分。它调整和控制三坐标测量机的三个坐标轴,实现与工具信号的接口和处理系统的紧急情况。 PWM24卡:三坐标测量机三维坐标的伺服驱动卡。电源盒:为数控设备的马达和逻辑电路供电。测量机的手提式控制盒TU04如图1-10。它借助操纵杆对马达驱动进行手动控制,通过异步串行线

19、与LOG 186卡相联。手控盒安装了操纵杆用于运动控制,8个按键分别负责测量功能、电源控制和紧急情况处理、进给以及紧急制动。红色蘑菇状的急停按钮使测量机停止运动。松开按钮必须沿顺时针方向转动。红色EME 灯亮表示整个系统处于紧急状态。 红色FAIL 灯亮表示系统有致命错误。黄色ON 灯亮表示控制系统打开。MOTOR ON 按键起动马达,需要时可紧急复位和给测量机马达供电。(过流、过热、断路等检测电 缆测 图1-9 B3P 控制盒START按键启动检查过程。HOLD按键中止检查过程。 图1-10 TU-04手控盒!注意: TU04盒左侧功能键(8个皆灭测头处于飞行状态,此时测头移动速度较快,应注

20、意碰撞。测量机只能在允许的测量范围内沿X,Y,Z三个坐标轴移动,三坐标轴形成一个直角笛卡儿参考坐标系。具体操作步骤为:计算机分析部件程序指令或操作者的命令,定义将要执行的基本操作,并把它传输到数控设备的逻辑卡。逻辑卡计算运动的路径,传送参考值到轴伺服控制卡并检查运动的精度,再把这些值与轴输出值进行比较。当测头与工件接触时,逻辑卡读出测量点的位置坐标并传送到计算机,计算机按照测量程序发出的指令来进行处理。测量结果以选定的格式输出,也可存储起来供以后处理。测头MISTRAL070705 三坐标测量机采用英国RENISHAW公司生产的PH10M型测头,它由旋转测座、动态测头、测尖三部分组成。旋转测座

21、可在垂直方向(A向旋转0° 105°,在水平方向(B向旋转 -180° +180°, (逆时针方向为“+”。测尖为球形,由人造红宝石加工而成,分别有6mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm,可根据需要选择安装使用。PH10M测头的测量力为10g左右,故工件安装要求不高。测量机系统的主要软件MISTRAL070705 三坐标测量机使用DEA公司的WTUTOR测量软件,它是采用基于特征测量方法的控制及数据处理软件,为用户提供了一个非常容易学习的图形接口。该接口在其图示例行程序和任务转换的操作中是一致的。它减少了误差的可能性,并可使任何接受过基本培训的人都可

22、以进行测量。该软件中还嵌入了一个称之为MAESTRO的专用教师软件包,使操作者既可自学控制功能的使用方法,也可以对其不经常使用的操作例程的存储器进行更新。MAESTRO还包括一个绘图CMM模拟器,使操作者可在没有使用CMM的情况下进行训练和实验。该软件系统具有执行诸如将测量同统计估算相结合的多任务的功能,并能通过柔性协议同几乎任何打印机、绘图机或监测装置进行通信。它还具有动态数据交换(DDE的能力,通过WINDOWS TOOLS,如词处理及电子数据表(ELECTRONIC SPREADSHEET程序,可将测量结果转换成管理报告。此外,还有应用程序库软件包,它包括SPC、手动或自动连续扫描及DM

23、IS转换程序,另外还配有能以图形方式显示测量结果的齿轮及凸轮测量软件包。§1.4 MISTRAL070705 三坐标测量机的测量操作三坐标测量机的一个测量过程包括预备操作、测量操作和补充操作。要使三坐标测量机能全面快速地完成几何元素的测量,计量人员必须很好地掌握WTUTOR软件中可测量元素的几何特点和计量特征。图1-11为测量机的测量操作步骤框图。 图1-11 测量步骤确定测量方案测量人员应仔细审阅图纸,分析图纸的各尺寸、形位公差以及零件的具体结构确定:确定各几何元素所须输出的参数项目。确定被测几何元素尺寸能否通过直接测量、间接测量或计算几何元素间的关系而获得。根据图纸标注尺寸的基准

24、元素确定测量基准。根据测量点的方位确定测头数。开机首先打开空气压缩机储气罐排水阀排水,然后依次开启空压机、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。再依次接通交流稳压电源、UPS电源、控制系统电源和计算机电源,启动WTUTOR测量程序,屏幕出现如图1-12所示的SOI页面。依次单击“电源”、“初始化”键,机器完成通讯和坐标初始化。测量预备操作测头管理:包括测尖标定、校正、数据存储。详细操作见第二章。零件管理:包括零件坐标系的建立与存储。详细操作见第二章。输出方式设置:设置测量结果由屏幕输出或打印机输出或文件输出。 测量操作通过几何元素

25、的直接测量、构造、元素间关系的计算、位置误差的检测、几何形状扫描等方法测出所需参数。 补充操作结束测量操作后,对测量输出格式进行设置,以满足用户的特殊需求。该设置也可在测量操作前完成。 关机完成以上各步骤后,整个测量过程也就结束了。三坐标测量机的关机顺序与开机顺序相反。即首先 “初始化”使测头停止在安全位置,其次关闭WTUTOR 测量程序,再依次关闭计算机电源、控制系统电源、UPS 电源、交流稳压电源,最后关闭气源系统。图1-12 标准操作界面(SOI 页面第二章WTUTOR测量软件WTUTOR 测量软件应用在范围很广的DEA测量机中。它要求计算机: 486微处理器或更高,4MB RAM存贮器

26、,120MB硬盘或更大,一个鼠标,两个串口,WINDOWS3.1以上操作系统。WTUTOR 测量软件具有一个灵活的结构,所有的功能包括在两个软件环境中:SOI环境(标准操作员界面,测量环境。§ 2-1 SOI环境SOI环境是一个可执行操作或过程的按钮菜单屏幕。图1-12所示为初始SOI页面,测量系统能完成:不需要测量机的辅助操作、一些不需要测量机的应用软件的启动、接通或断开测量机。辅助操作状态按钮显示所使用的WTUTOR软件版本信息及其它信息。LED灯显 示系统有特殊信息输出。帮助按钮显示与SOI初始页相关的帮助窗。一般而言,帮助按钮可在 所有窗内出现的地方执行,激活在线帮助。 目录

27、按钮显示WINDOWS文件管理窗。其相当于WINDOWS操作系统中的资源管理器。启动一个实用程序 点击“应用区”按钮,可以启动一个不需要测量机的实用程序。PC机内的实用程序图标将在一个窗内显示出来。接通或断开测量机 点击SOI页上的电源按钮,启动与测量机的连接,相应的LED 灯亮。然后点击初始化钮,开始初始化测量机和PH10测头。首先机床回零,确知从当前测头位置到机器行程终点(0,0,0过程中没有障碍物后,点击Home按钮自动执行机器回零,完成后,相应的LED灯变绿。再回复PH10测头零点,点击PH10按钮执行回零,完成后,相应的LED 灯变绿。最后点击OK钮结束初始化过程,关闭初始化窗口,“

28、初始化”按钮的LED 灯变绿,系统现在可以去完成任何需要测量机的任务。如果运行WTUTOR 程序执行一个不需要测量机的任务(启动一个实用程序,可以关掉测量机:首先点击“电源”钮,机器转入应急状态,再关掉机器后备箱(控制柜上的开关。测量机启动后,SOI 页面所有的按钮都被激活,机器处于准备测量状态。这时除了可以启动初始的SOI 页上的所有活动外,还能:调一个数据文件到内存、执行一个零件程序、启动测量功能。 调数据文件调一个数据文件到计算机内存。点击“公用区”按钮,图2-1窗口 将显示,若点击Load Probe 图标,屏幕上出现测头校正数据文件的列表窗口,在此窗口中再确定文件所在的路径、文件类型

29、、需调入内存的 文件名,点击OK 钮,则测头校正数据文件调入完成。若点击Load Retsys 图标,屏幕上出现零件坐标参考系数据文件的列表窗口,选中所需的文件名,点击OK 按钮完成零件坐标参考系数据文件的调入。 执行一个零件程序调零件程序文件到计算机内存。点击“装入”按钮,屏幕上出现零 件程序文件的列表窗口,选中所需的文件,点击 OK 键完成。启动零件程序。点击“执行”按钮,如果文件已调入内存,图2-2 所示窗口将被显示,拖动整个零件程序的滚动条,点击该零件程序图2-1 调数据文件窗口 行选择从该处启动零件测量程序。 执行零件测量程序。点击Run 按钮,在连续模式下执行;点击Single S

30、tep ,在单步模式下执行,反复点击step ,程序可一行一行向前执行。在该方式下,可查看零件程序功能;点击Pause ,挂起零件程序;点击Go back ,停止零件程序执行,回到SOI 页面。 启动测量功能该活动只能在测量环境内执行。在SOI 页中点击“程序区”钮,出 现三个与测量功能相关的按钮,如图2-3所示,可实现不同的测量方式。 图2-2 零件测量程序窗口图2-3 测量活动方式窗口 执行手动模式的直接测量。点击Inspec 图标,屏幕就显示直接测量功能页(如图2-4所示,在此页中含有12个功能键,用户要执行一个测量过程,必须要进行预备操作、测量操作和补充操作。 点击Teach 图标,执

31、行自学习测量模式。 点击Append 图标,在自学习测量模式下,继续创建零件程序。 § 2-2 测量环境测量环境有三个功能:直接测量、自学习零件测量程序的生成和追加。一、直接测量图2-4为手动模式下直接测量时屏幕显示的测量功能页。该页有12个功能键,任一个都可通过鼠标点击启动。 测头管理测头管理包括标定标准球、对配置的测尖进行校正和存储测尖校正图2-4 测量功能页 数据。该操作有手动方法和自动方法两种。 手动法测头管理操作在测量功能页单击“Tip Util ”图标按键,弹出测头管理窗口(如图2-5,该窗口第一行的三个图标用于标定三个标准球,以便确定标准球在机 床测量空间的实际位置,输

32、入标准球的直径后,可确定出第一个测尖的动态半径及测尖的偏置量(由用户输入。第二行的三个图标用于校正测尖(分别对应各自的标准球,该操作可确定出其他测尖的动态半径及偏置量(由系统计算出。第三行的三个图标用于执行辅助操作,即删除、存储标定的测尖和从文件中 调用以前标定的测尖。标定标准球过程是首先把标准球安装在不影响零件测量、又可被所有位置测尖测量的地方,然后单击图2-5中1号球图标即可对工作台上的第一个标准球或仅有的标准球进行标定,这时屏幕上就显示标定参数窗口(如图2-6所示,用户输入或修改标准球直径、用于标定标准球的测尖偏置量,单击OK 键,屏幕就显示标准球参数测量窗口(如图2-7所示。在此窗口,

33、用户可根据需要选择测尖,或增加测球的采点数以获得较好的校正结果。测头和测尖的选择过程是,在参数测量窗口中,如果是TF 测头,在选择测头列表中选择一个测头或直接单击测头图标;如果是PH10测头,可以打开测头列表选择一个测头并输入垂直旋转角度(A 和水平旋转角度(B ,输入旋转角度后单击OK 键,测头将自动旋转到相应位置。单击“+”或“-”键可增加或减少测球的采点数,或直接在输入区域输入新的采点数。如果输入的测量参数全部图2-5 测头管理窗口图2-6 标准球标定窗 正确,就可以开始采点,采样点要尽量均匀分布在球体表面。采点完成以后,屏幕将显示测量结果,包括标准球的球心坐标及直径。标定过程结束后,单

34、击OK BACK 键退回测量管理窗口(图2-5,这时就可以进行测头校正,单击测头校正图标进入测头校正程序,球体测量参数窗口将被显示,选择将要校正的测头和测尖,输入采点数(尽量与标定时的采点数相同进行采点,采点完成后,被校正的测尖的动态半径和偏置量显示在屏幕上。通常建议把所配置的测头都校正完毕,如果用户在测量过程中想临时增加测头配置,可随时进行标定。在结束WTUTOR 程序运行时,如果不存储标定数据,测头标定数据将全部丢失,所以,一般要求在离开WTUTOR 程序前将标定数据保存下来,这样在重新启动WTUTOR 时,如果测头没被移动,没和工件发生碰撞,可直接调用测头标定数据而不必重新进行标定和校正

35、工作。如果测头被移动或碰撞,必须重新标定,如果与此同时,标准球也被移动或取消而不得不重新安装时,则需要首先标定标准球,然后进行测头校正。 图2-7 标准球参数测量窗口 图2-8 dat文件格式自动法测头管理操作在SOI页面点击“装入”图标,调入PH10.TEC文件(测头标定程序,点击“执行”图标执行PH10.TEC文件,按要求输入测尖长度(LP2=20mm、直径,并选用“File”形式标定(选用“F ile”形式后,程序要求输入文件名*.dat,该文件是事先用wordpad编好的测头文件,其形式如图2-8。标定完后存盘以备后用。零件管理零件管理操作主要是利用被测零件的几何元素(几何特征建立零件

36、参考坐标系,即定义三个相互垂直的坐标轴和确定坐标原点相对于机床坐标系或其它坐标系原点的位置并存储参考坐标系的操作。单击“Align”图标,可进入零件管理窗口(如图2-9所示。零件参考系建立有两种方法:宏过程和自由过程。宏过程. 根据零件特征在“坐标轴找正和原点设置”宏过程(图2-9中第一排当中任选其一来找正新参考系的两个轴。在选定宏过程后,按提示对相应几何元素进行测量,测量完成后,可进行轴找正和原点设置。. 根据零件特征在“坐标原点设置”宏过程(图2-9中第二排当中任选其一来设置新参考系的原点。在选定宏过程后,按提示对相应几何元素进行测量,测量完成后,可进行原点设置。. “坐标系的旋转”:理论

37、旋转宏过程是通过在垂直第一轴(固定轴的平面内旋转另外两个轴来对坐标系进行变换的过程。单击“Theo.Rotation” 图标执行坐标系理论旋转操作,屏幕出现理论旋转参数窗口,检查当前坐图2-9 零件管理窗口 图2-10 测量活动页标系的代码及旋转后坐标系的代码,选择当前参考系的固定轴和旋转角度的类型:极角(by angle 或坐标偏置量(by offset ,输入旋转角度或两个坐标偏置量,单击OK 键完成旋转。 自由过程。该过程必须在用以找正或设置原点的元素被测量或计算之后进行(如果已经测量,则可直接使用。单击图2-9中的第三行第二个图标为第一轴找正。检查当前参考系的代码,输入准备建立的参考系

38、代码,在WM1、WM2或MEMORY 当中选择一存储的已测量几何元素,通过滚动光标检查其尺寸,选择第一轴的方向和符号,单击OK 键找正第一轴。依次单击图2-9中的第三行第三个图标为第二轴找正,单击图2-9中的第三行第四个图标设置坐标轴原点 。由以上三步完成零件参考坐标系的建立。 存储零件参考系。单击图2-9中“Save RelSys ”图标,可将零件参考系存储到一文件中,在被测零件没有被碰撞、移动、重定位或更换的情况下,可单击“Load ”图标,有效调用零件参考系。如果一些零件参考系不再被使用,可单击“Delete RetSys ”图标将其删除。 测量输出控制输出控制不是一项必须的操作,如果没

39、有特殊需求,WTUTOR 将使用缺省参数控制输出。单击“output ”图标,进入测量输出控制窗口。在此窗口可进行外围输出设备的启动和关闭、测量单位的选择、输出格式的定义、存储和加载输出控制参数等操作。 测量元素单击“measure ”图标,进入几何元素直接测量过程(如图2-10。通过点击相应的图标,可对15种几何元素(点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环等进行直接测量。测量窗口类似于图2-7。在测量窗口进行测量之前应首先检查输入区内的各项参数是否正确,特别是: 参考坐标系、测头号和测尖号。 特定情况下二维直线的投影平面、三级平面的距离。 元素存储器序号、元素输出块号。 采点数:缺省

40、值为决定几何元素的最小采点数加1,可根据需要单击“+”和 “-”增加或减少。 “setup ” 功能:设置监控输出的形式(图形、数字、直方图、形位误差计算方法(最小二乘法、ISO/ANSI 标准、是否存储采点。在输入正确的测量参数后便可开始采点。建议采样点的位置尽量均匀分布,以便更好地定义几何元素,优化测量结果。图2-11为常用元素采点示意图。 构造元素元素的构造可认为是一种间接测量。WTUTOR 通过处理已测的几 何元素的特征点得到一新的几何元素。例如:测量分布在圆周上的一圈孔而得到孔心圆的直径及圆心坐标。单击“Conse ”键,屏幕出现构造元素窗口,点中所要构造元素的图标,屏幕出现选定元素

41、的构造元素窗口,在此窗口设置所有构造当前元素必需的参数,单击“ok”完成新元素的构造。 元素间的关系有些尺寸不能通过测量或构造某一几何元素获得,只有通过计算 几何元素之间的关系而得到。例如:两元素间的距离、角度等。单击“relation ”图标,进入元素间关系窗口,如图2-12。图中第一排对应于距离、相交、求中、投影、角度等5种可能的几何关系。在选择几何关图2-11 常用元素采点系类型后,出现相应的几何元素关系图标,每个图标代表一个宏过程(最 图2-12 元素间的关系后两个图标为自由过程。WTUTOR 可用两种方法来建立两个元素间的几何关系:先确定想要获得的关系结果类型(如:距离、角度等,然后

42、按“宏过程”引导,测量用以计算关系的几何元素。先单独测量用以计算关系的几何元素并存储,然后按“自由过程”图2-13 位置误差检测 进行元素间关系的计算。 位置误差的检测 位置误差的检测有定向误差检测(平行度、垂直度、倾斜度等和定位误差检测(同轴度、同心度、对称度等。单击“GD&T ”图标,进入位置误差检测窗口,如图2-13。其操作步骤类似于元素间关系计算窗口。注意:在每项几何误差检测中测出的都是被测元素相对于基准元素的定向误差或定位误差。 存储器管理 元素存储器管理操作包括以下内容:查看一个元素的测量结果(或同时查看四个元素的测量结果、将存储器内容作为一个文件存到硬盘、把硬盘文件的内容

43、调入存储器、图形或数字输出元素测量结果、把一个存储器的内容拷贝到另一个存储器中、清除存储器中的元素、修改被存储元素的尺寸、生成一个理论元素。单击“Memory ”按键,系统即可进入元素存储器管理操作。 执行一个子程序在自学习零件测量. 过程中,可调用预设的子程序。单击“Proc.call ”键,屏幕出现图2-14子程序调用窗口,在该窗口中,选择一个子程 序,屏幕出现该子程序要求的参数输入窗口,键入合理的数值后,单击OK 键开始执行子程序。图2-14 子程序调用窗口在零件程序中加注释WTUTOR允许用户在零件程序 .中插入注释(文字或位图,单击“Comment”键,屏幕出现注释窗口,键入文本或调

44、入位图文件,单击“ok”按键,完成注释插入。显示自学习下生成的零件程序单击“edit”图标,一个零件程序 .指令窗口将出现,在此窗口可检查自学习生成的测量块的程序指令。显示和修改机器参数 在开始测量以前,建议先检查测量机参数是否符合测量要求。单击“Mach.Par”按键,屏幕出现测量机参数窗口,在窗口中可检查和修改测量机参数,单击OK键结束操作。二、自学习测量为了避免重复相同的操作,提高测量效率,对一些批量工件的检测,可通过自学习测量,由WTUTOR系统自动生成一个零件测量程序。以自学习方式创建零件程序,用户可以不了解任何零件编程知识,生成的程序可不作任何修改立即执行。其生成的文件有三个:以.

45、tec为扩展名的执行文件,它包含有零件程序指令。以.tpd为扩展名的运动文件,它包含有引导测量机运动的所有点。以.tpi为扩展名的同步文件,它把上述两个文件链接在一起。自学习零件测量程序的生成在图2-3所示窗口中选择“Teach”按键进入自学习测量模式,屏幕弹出一窗口,在该窗口输入要生成的测量程序文件名,单击OK键返回测量窗口,此时用户做的工作和手动直接测量时基本相同,在每完成一个序列操作后,系统会将此序列操作自动生成一个零件测量程序块。零件测量程序如果在自动模式下执行,必须设计出零件程序运动的各个阶段测头的行走路线,测头路线是三种不同类型的点的连线:测量点(M:即在几何元素上的采样点。接近/

46、回撤点(AR:测头从该点减速到达测量点又返回该点。定位点(P或停止点(S:停止点是特殊的定位点,即使测头在飞行模式下运行,测头也必须定位于该点。 图2-15 自学习/路线编辑窗口在采点时,仅仅测量点和接近/回撤点(AR 被自动自学习。如果不另外输定位点(P 的话,测头将直接沿着两个相邻的接近/回撤点(AR 的连线运动,在如下两种情况下,测头将有可能危险。 测量圆、柱体、球体的外表面。 被测元素在工件的不同面上。为了防止碰撞的发生,可在适当的位置按TU04 手控盒上的“INSERT ”键,测头此时的位置将被作为定位点自学习。在自学习过程中,如果测量点和定位点不理想或有误时,可单击“Delete

47、”键删除。删除顺序从最后一个点开始往回减,每删除一个点伴有声音出现,声音较大的删除点为测量点,声音较弱删除点为定位点。采点完成后,屏幕出现图2-15所示自学习/路线编辑窗口,在该窗口中,可为自学习块选择运动形式(手动或自动;单击“EditPath ”键可查看测头行走路径,有必要的话,可修改测量点(M 、定位点(P或输入停止点(S;单击“Learn ” 按键,则当前测量块被自学习,所有被学习的操作将存到零件测量程序文件中;否则,单击“discard ”键。如果要终止自学习,则必须回到测量活动页,单击Go Back键,屏幕出现图2-16所示终止自学习窗口,在该窗口中,如果想生成源文件或生成(打印列

48、表文件,可单击相应的选择键;若单击Exit 键,则存储零件测量程序后退出自学习测量模式;若单击Quit 键,则不存储自学习零件程序,退出自学习模式;若单击Cancel 键将继续自学习测量模式。 自学习零件测量程序的追加 图2-16 终止自学习窗口对已中断的零件测量程序,可追加新的零件测量块程序。操作如下:单击图2-3窗口中的“Append”键,屏幕弹出一窗口,在此窗口中确定要追加程序的文件的名称,单击OK键确认。在追加零件测量程序前, WTUTOR要求用户执行已学习的零件程序部分以便恢复到中断学习时的状态。在程序执行完成后,测量活动页出现,此时,用户可继续自学习测量,直到完成整个零件测量程序。

49、零件程序编完后,需要进一步核实。在测量功能页(图2-4单击Edit 键,出现一个零件程序窗口,在此窗口中可进行插入、置换、删除程序语句的操作。第三章 零件程序为了优化一份有自学习创建的零件程序,特别是优化结果输出方式,或者以脱机方式编写一份具有优化测量和计算方式的零件程序,DEA 公司提供了一个和一种有自己的词法、语法的编写零件程序的语言DEAPPL 语言(DEA Part Program Language 。§3-1 WTUTOR 系统的编辑/编译器如果WTUTOR 系统已经安装好,则在计算机的程序管理窗口有一个WTUTOR 系统的编辑/编译器图标,点击它,一个类似于Borland

50、 C+的编辑/编译器窗口显示出来。在此窗口中,可新建或修改一个零 件程序。要编辑一个零件源程序文件,可使用任何文本文件编辑器或WTUTOR 编辑/编译器,但文件必须以.tsc 为扩展名存盘,并经过WTUTOR 编辑/编译器编译后,生成.tec 文件,才可执行。WTUTOR 编辑/编译器编译不能处理大于28KB 的文件(相当于大约500行的程序。§3-2 DEAPPL 语言DEAPPL 语言是一种类似于BASIC 、PASCAL 的语言,但它也有自己的词法、语法结构。其数据、变量类型基本相似于BASIC ,但也有不同。下面描述的是DEAPPL 语言与BASIC 语言的不同之处。 变量类

51、型中的复合变量 coord 型 一个coord 型变量包括三个实型值,分别对应坐标 (X 、Y 、Z ,该坐标值是在一个给定的坐标系下的。 vector 型 一个vector 型变量包括三个实型值,它是在当前参考坐C1|X 0 C1|Y C1|Z标系内,对应于一个矢量的三个方向余弦(CX 、CY 、CZ 。 element 型 一个element 型变量包括15个实型值,它分别对应一个测量计算或定义元素可能的特征尺寸(X 、Y 、Z 、PR 、PA 、CX 、CY 、CZ 、DM 、DM2、DS 、A 、F 、SDEV 、TP ,根据不同的元素,仅有部分值是有意义的。 注意:这15个分量中,X

52、 、Y 、Z 既不能读也不能写,PR 、PA 、TP 仅能读。 所有函数的表达 计算整数或实数的绝对值 ABS (-10.6 =10.6 舍去实数的小数部分 TRUNC (10.6 =10 对实数四舍五入取整 ROUND (10.6 =11 计算一个实数的平方值 SQR (8 =64 计算一个正实数的平方根 SQRT (64 =8 计算一个实数的幂值(以e 为底 EXP (2 =7.3891 计算一个实数的自然对数 LN (7.3891=2 计算一个角度的正弦值(用角度 SIN (30=0.5 计算一个反正弦值 ARCSIN (0.5=30 计算一个角度的余弦值(用角度 COS (60 =0.

53、5 计算一个反余弦值 ARCOS (0.5 =60 计算一个角度的正切值(用角度 TAN (45 =1 计算一个反余切值 ARCTAN (1=45V1|X0 V1|Y V1|ZE1计算一个矢量的模(实数MODULE(0,3,4 =5归一化矢量的三个分量NORM(0,3,4=0,0.6,0.8 操作符算术操作符:-(负号、*、/、DIV(整数商、MOD(相除的余数、+、-矢量操作符:-(负号、*、/、SCAL(数量积、EXT(矢量积、+、- 逻辑操作符:NOT、AND、OR关系运算符:EQ(=、NE(、GT(>、LT(<、GE(、LE(§3-2 零件程序的结构零件程序是由许

54、多条可执行的指令组成的。它可通过自学习生成,也可在编辑器中编写/编译得到。零件程序按结构可分为顺序零件程序和结构化零件程序。顺序零件程序顺序零件程序由四部分组成(如图3-1: 图3-1 顺序零件程序结构打开部分通过PROGRAM关键字开始,后跟文件名。文件名最多包含8个字母与数字混合的字符,第一个必须是字母。紧随程序名之后的是两个元素的变量名,这两个变量名必须以逗号隔开,放入方括号内,最新的两个测量结果将放在这两个变量中,如WM1,WM2。说明部分DEAPPL语言需要说明在程序中被使用到的所有变量的类型。说明部分包括类型关键字、要说明的变量,变量多于一个时(最多为10个,必须以逗号隔开。整数型

55、INTEGER ivarl, ivar2, ivar3.实数型REAL rvarl, rvar2, rvar3 .逻辑型BOOLEAN bvarl, bvar2, bvar3.坐标型COORD cvarl, cvar2, cvar3.矢量型 VECTOR vvarl, vvar2, vvar3.TEACH tvarl, tvar2, tvar3.元素型 ELEMENT evarl, evar2, evar3.字符串型 STRING svarln, svar2n, svar3n .整数集合型 INTEGER_ARRAY i_varl n, i_var2 n , i_var3 n .实数集合型 REAL_ ARRAY r_ varln, r_ var2n, r_ var3n .逻辑集合型 BOOLEAN_ ARRAY b_varln, b_var2n, b_var3n .坐标集合型COORD_ ARRAY c varln, c_var2n, c_var3n .矢量型集合VECTOR_ ARRAY v_ varln, v_ var2n, v_var3n.元素型集合ELEMENT_ ARRAY e_ varl n, e_ var2 n , e_var3 n .在程序中,element_array变量的说明必须作为第一条指令,