关节臂测量仪培训.ppt

三坐标培训教程 质量检查部杨书营2011 08 19 坐标测量基础知识了解为什么并且如何进行测头校正完全理解如何建立零件坐标系学会如何编制零件的測量程式从头到尾编制合理的有条理的工件测量程式 课程目标 六个良好测量实践的原则 正确的测量 测量仅应当满足已经协议的并且进行了很好定义的要求 正确的工具 应当采用合适的设备和方法进行测量 这些都经过论证并适合于工作的目的 正确的人员 测量人员应当是能胜任工作的 合格的和了解所要做工作重要程度的 定期的回顾 应当既有内部的 亦有独立的部门对所有测量设施和过程的技术性能作出评估 论证的一致性 在一个地方测量应当与在其他地方进行测量一致 正确的过程 所有的测量的过程应当经深思熟虑并与国家或国际标准相一致 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 精密型万能测量机 UMM 是一种计量型三坐标测量机 其精度可以达到1 5 m 2L 1000 一般放在有恒温条件的计量室内 用于精密测量 分辨率为0 5 m 1或2 m 也有达0 2 m或0 1 m的 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5 m或10 m 小型生产型测量机也有1 m或2 m的 三坐标测量机按其精度分为两大类 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 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 三坐标测量机系统的硬件构成和功能 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 三坐标测量机的结构形式分类 通用元素几何定义 多种几何量的测量 掌握三坐标测量机的基本功能及相应的测量方法 1 坐标系变换 被测件的三个坐标不需要与测量机的X Y Z三个方向的坐标重合 如图1 2所示 被测件在测量前可以任意放置在工作台上 不需调整找正 即可测量 通过测量及数据处理可以找到参考基准 根据新基准转换坐标 并计算出测量结果 这一切计算都通过计算机进行 速度很快 与测量前人工调整被测件位置的操作相比 既方便又省时间 根据被测工件的需要 将直角坐标转换为极坐标 确定形状 位置 中心和尺寸 测量复杂形状三坐标测量机可以测量圆柱面凸轮 端面凸轮 凸轮轴 螺纹 丝杠 齿轮及非渐开线齿形等 周长 面积和体积测量 特殊参数测量可以根据对被测件的测量计算出其重心 断面二次力矩及断面系数等参数 三坐标测量机是一种柔性的通用测量仪器 适于测量几乎是任何物体的几何参数 它的准确度 和精度 是衡量一台机器好坏的重要指标 影响测量机准确度 和精度 的因素主要有两个方面 一是测量机本身系统 二是外部环境影响 由此产生的误差有系统误差和随机误差 针对误差的补偿方法也有系统和随机两种 分析和研究误差补偿方法不但可保证三坐标测量机的现有精度而且可使之提高 三坐标测量的基础知识 坐标值为根据坐标轴上某一点对应该轴的位置测得的代数值 数值可以为正值 也可以为负值 物理意义 用来描述物体在某一方向上的长度值 同样的 二维坐标轴由两条一维坐标轴正交而来 是解析 一维坐标轴 基础 简称数轴 y 2y 1y 0y 1y 2 2 1012 y 坐标测量的基础知识 什么是三坐标 三坐标参照系是由空间三维坐标系标准正交而来 3个矢量XYZ两两垂直并等长 点M的三坐标值是向量OM在该坐标系每一个轴上的投影 点M的坐标为 X1 Y1 Z1 M的偏差值 实测值 理论值 常见的三坐标测量设备介绍介绍 1 按测量方式分类 测头 分接触式测量 非接触式测量2 按测量机的结构分类 机械坐标系统 悬臂式 台式 桥式 龙门式 关节臂式 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 车身坐标系 ISO4130 1978道路车辆三维基准系统和基准符号定义 测量机在现代汽车工业中的应用 常见元素的测量及坐标系的建立 常见元素的测量 元素的构造 是通过间接的方法得到一些我们需要却无法直接测量的特征元素 构造在测量之后进行 是对测量的延伸 元素的评价 评价元素包含 距离 角度 几何公差 文本值 坐标信息 坐标系的原理与使用 软件给我们提供了7种建立坐标系的方法 运用得当 会让我们测量起来事半功1 3 2 1法2 几何法3 三个中心点法 3 2 1法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标系方法 如下图所示建立坐标系 1 在零件上平面测量3个点拟合一平面找正 2 在零件前端面上测量2个点拟合一直线旋转轴 3 在零件左端面测量1个点设定原点 3 2 1法建立坐标系 测量报告的分析 注意事宜 1 三坐标测量机的精度 省市级计量院精度检测报告 有效期内的合格证书 一般三坐标测量机精度为测量元素公差的三分之一至十分之一 简易的验证方法 测量标准球 偏差值在合适范围 公差的三分之一至十分之一 2 检具的制造精度 加工精度 检具标定报告 可以要求出具最新精度报告 3 检具的重复性精度 CMC CMC是指用1个标准样件按照相同的装夹顺序在检具上重复测量5次 将测量数值填入专用的表格中 根据自动生成的标准偏差值与IT 16进行比较 如果所有点的偏差值 IT 16 则认为重复性精度 CMC 合格 否则 则认为重复性精度 CMC 不合格 矢量和余弦误差 矢量 矢量可以被看做一个单位长的直线 并指向矢量方向 相对于三个轴的方向矢量 I方向在X轴 J方向在Y轴 K方向在Z轴 矢量I J K值介于1和 1之间 分别表示与X Y Z夹角的余弦 I K J I J K 矢量方向 矢量用一条末端带箭头的直线表示 箭头表示了它的方向 X Y Z表示三坐标测量机的坐标位置 矢量I J K表示了三坐标测量机三轴正确的测量方向 在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的方向 即测头触测后的回退方向 Z K X Y J I I 0 707J 0 707K 045度方向矢量 余弦误差 不正确的矢量测量产生余弦误差 期望接触点 导致的误差 法向矢量 理论接触点 逼近方向 角度 直角坐标系 坐标系类型 直角坐标系 柱坐标系 球坐标系 z Z Y 直角坐标系 原点 测量机的空间范围可用一个立方体表示 立方体的每条边是测量机的一个轴向 三条边的交点为机器的原点 X 直角坐标系 每個軸被分成許多相同的分割來表示測量單位 測量空間的任意一點可被期間的唯一一組X Y Z值來定義 X Z 10 0 5 Y 510 直角坐标系 实例1测量点的坐标分别是 X 10Y 5Z 5 X Z Y 105 10 5 0510 直角坐标系 X 0Y 0Z 5 105 X Z Y 10 5 0510 实例2测量点的坐标分别是 直角坐标系 X 10Y 10Z 0 X Z 0 Y 105 10 5 510 实例3测量点的坐标分别是 校正坐标系 校正坐标系是建立零件坐标系的过程 通过数学计算将机器坐标系和零件坐标系联系起来 1 零件找正找正元素控制了工作平面的方向 2 旋转轴旋转元素需垂直于已找正的元素 这控制着轴线相对于工作平面的旋转定位 3 原点定义坐标系X Y Z零点的元素 测座和触发测头 关节旋转测座 测座的A角以7 5 分度从0 旋转到105 A角旋转 关节旋转测座 B角从 180 到180 以7 5 的分度 按顺时针 逆时针 旋转 B角旋转 关节旋转测座 正如TP20这样的机械测头 包括3个电子接触器 当测杆接触物体使测杆偏斜时 至少有一个接触器断开 此时机器的X Y Z光柵被讀出 這組數值表示此時的測杆球心位置 接触器断开 测头校正 测头校正 已知直径并且可以溯源到国家基准的标准器 测头校正对所定义测头的有效直径及位置参数进行测量的过程 为了完成这一任务 需要用被校正的测头对一个校验标准进行测量 未知直径和位置的测头 测头校正 在实物基准的每个测量点的球心坐标同它的已知道直径比较 有效的测头直径是通过计算每个测量点所组成的直径与已知直径的差值 有效测头半径 运行PcDmis 运行PcDmis PcDmis文件管理器界面 选择这一图标可以产生一个新文件夹 运行PcDmis 这个新文件夹可以改名为用户名或操作员姓名 运行PcDmis 运行PcDmis 产生测头文件 产生测头文件 输入测头文件名 然后按回车键 这时测头没被定义显示为高亮度 第一步 从清单中选择测座类型 第二步 从这里用鼠标单击下拉菜单 产生测头文件 从清单中选择测头附件 第三步 从清单中选择相应的传感器如 Tp20 Tp200等 第四步 产生测头文件 从测头清单中选择所用的测杆 如 4 20 直径 长度 第五步 产生测头文件 定义结束时测头系统的配置完全图示化显示出来 第六步 从加入测头角度按钮输入测头度 产生测头文件 需要追加其它角度 可通过输入每一个A B角 然后对其进行校验测量 第七步 如果需要多组复合角度 可以通过A B角的起始角 它们的增量和终止角的输入来实现 产生测头文件 第八步 当所需的测头位置全部输入后 选择 测量 产生测头文件 选择手动或自动校验测头 第九步 输入测量标准球的点数 单击 测量 按钮进行测头校验 PcDmis的工作平面 PC DMIS的工作平面 在PC DMIS中 当计算2D距离时 和其它软件一样 工作平面的选择非常重要 有效的工作平面是 Z Z X X Y Y 什么是工作平面工作平面是我们当前所看的方向 例如 当你想去测量工件的上平面时 工作平面是Z 如果测量元素在前平面时 工作平面为Y 这一选择对于极坐标系非常重要 PC DMKIS将决定当前工作平面的0度 例 平面元素做工作平面测量圆 PC DMIS的工作平面 在Z 平面 0度在X 90度在Y 向 在X 平面 0度在Y 向 90度在Z 向 在Y 平面 0度在X 90度在Z 方向 PC DMIS的工作平面 X 90deg 测量圆的方向 0deg 45deg 135deg 180deg 225deg 270deg 315deg 零件找正 零件找正 零件找正 零件找正 校正坐标系是建立零件坐标系的过程 通过数学计算将机器坐标系和零件坐标系联系起来 建立零件坐标系时需要做三件事 找正 用任何元素的方向矢量 找正元素控制了工作平面的方向 旋转坐标轴 用所测量元素的方向矢量 旋转元素需垂直于已找正的元素 这控制着轴线相对于工作平面的旋转定位 原点 任意测量元素或将其设为零点的定义了X Y Z值的元素 机器坐标轴方向 所需的零件坐标系 零件找正 X Z Y 找正元素 平面旋转轴线 直线原点元素 圆 零件找正 步骤1 找正Z轴并将Z的原点平移到此平面上 步骤2 将X轴旋转到平行于线的方向 步骤3 将X Y的原点平移到圆上 Z X Y X Z Y 建立零件坐标系 建立零件坐标系 测量3点确立一个平面 测量2点确定一条直线 在侧平面测量一点 从工具栏选择 工具 菜单 然后选择零件找正 建立零件坐标系 从特征元素清单中选择 Plane1Line1Point1 建立零件坐标系 单击 找正 按钮 建立零件坐标系 PcDmis将找正PLN1 将坐标轴旋转到平行于直线LNE1的方向 将X原点设置到PNT1 将Y设置到LN1 将Z设置到PLN1 选择要找正的坐标轴 选择要旋转的轴 选择元素建立原点 几何元素 基本几何元素 元素 POINT最小点数 1位置 XYZ位置矢量 无形状误差 无2维 3维 3维 实例 Y 5 5 5 Z X 输出X 5Y 5Z 5 元素 直线最小点数 2位置 重心矢量 第一点到最后一点 形状误差 直线度2维 3维 2维 3维 实例 输出X 2 5I 1Y 0J 0Z 5K 0 Y 5 5 5 Z X 1 2 基本几何元素 基本几何元素 元素 圆最小点数 3位置 中心矢量 相应的截平面矢量形状误差 圆度2维 3维 2维 实例 输出X 2Y 2Z 0I 0J 0K 1D 4R 2 Y 5 5 5 Z X 圆的矢量只是为了测量 不单独描述元素的几何特征 基本几何元素 元素 平面最小点数 3位置 重心矢量 垂直于平面形状误差 平面度2维 3维 3维 实例 输出X 1 67I 0 707Y 2 50J 0 000Z 3 33K 0 707 Y 5 5 5 Z X 基本几何元素 元素 圆柱最小点数 5位置 重心矢量 从起始层指向终止层or高度指向深度形状误差 圆柱度2维 3维 3维 实例 输出 X 2 0I 0D 4Y 2 0J 0R 2Z 2 5K 1 Y 5 5 5 Z X 基本几何元素 元素 圆锥最小点数 6位置 顶点矢量 从小端指向大端形状误差 锥度2维 3维 3维 实例 5 5 X 2 0I 0A 43degY 2 0J 0Z 5 0K 1 Y 5 Z X 基本几何元素 元素 球最小点数 4位置 中心矢量 如右图向上形状误差 球度2维 3维 3维 实例 5 X 2 5I 0D 5 0Y 2 5J 0R 2 5Z 2 5K 1 Y 5 5 Z X 球的矢量只是为了测量 并不描述元素的几何特征 元素构造点 元素构造 点 原点 X Z Y 在当前坐标系的原点构造一个点 坐标值为0 0 0 基本几何元素 点 产生 在所选元素的中心产生一个点 它的坐标与所选的元素相等 X Y Z 输入 圆1 圆1 基本几何元素 点 拐角点 这个点是三个平面的交点 输入 平面1平面2平面3 平面1 平面2 平面3 基本几何元素 点 刺穿 通过第一元素刺穿第二元素创立一个点 元素的选择顺序非常重要 输入 圆柱1平面1 平面1 圆柱1 基本几何元素 点 偏置 从选择元素设置指定的偏置值创建一个点 输入 点1X偏置 0Y偏置 4Z偏置 1 基本几何元素 点 相交 在两个元素相交处产生一个交点 输入 线1线2 线1 线2 基本几何元素 点 垂落 将第一点的重心投影到第二个元素上 直线 圆锥 圆柱或槽 输入 圆1线1 线1 圆 基本几何元素 点 中分 产生两个所选元素的中分点 输入 圆1圆2 圆1 圆2 基本几何元素 点 投影 输入 点1平面1 将一个元素投影所选平面上 点1 平面1 元素构造圆 基本几何元素 圆 最佳拟和 输入 圆1圆2圆3圆4 通过所选的几个元素通过最佳拟和产生一个圆 圆1 圆4 圆3 圆2 基本几何元素 圆 圆锥 输入 圆锥1直径 50 8 在一个圆锥指定的直径位置产生一个圆 101 6 圆锥1 50 8 圆 基本几何元素 圆 相交 输入 圆锥1平面1 一个平面和一个圆锥 圆柱或球相交产生一个圆 圆锥1 平面1 元素构造直线 基本几何元素 直线 坐标轴 X Z Y 沿着当前坐标系的一个坐标轴建立一条轴线 它垂直于当前工作平面 当前工作平面 Z Z 平面 基本几何元素 直线 最佳拟和 通过所选元素建立一条最佳拟和直线 输入 圆1圆2 圆2 圆1 基本几何元素 直线 相交 输入 平面1平面2 两个平面相交产生一条交线 平面2 平面1 基本几何元素 直线 垂直 通过第二元素做第一元素的垂直直线 输入 线1圆1 线1 圆1 基本几何元素 直线 平行 通过第二元素做第一元素的平行线 输入 线1圆1 线1 圆1 基本几何元素 直线 反向 输入 线1 将一条直线的方向进行反向产生一条直线 线1 基本几何元素 直线 偏置 通过第一元素从第二元素偏置一个指定值产生一条直线 输入 圆1圆2偏置值 25 4mm 圆2 圆1 元素的尺寸及公差位置 元素的尺寸及公差 位置 位置公差选项 产生所选元素的指定特征的参数报告 特征参数具体如下 元素的尺寸及公差 位置 X Z Y CIR1 1 2 3 2 3 1 实例 输出圆 CIR1 X 2cm Y 2cm D 2cm R 1cm 2 1 0 元素的尺寸及公差 位置 X Z Y CONE1 1 2 3 3 1 实例 输出圆锥 CONE1 A 60 V 0 0 1 I J K 2 1 0 2 元素的尺寸及公差 位置 X Y 点1 25 4 50 8 76 2 50 8 76 2 实例 输出点 点1 Prad 71 831mm Pang 45 0 25 4 元素的尺寸及公差位置度 元素的尺寸及公差 位置度 下面的实例是输出圆的常规公差 50 8 0 12 25 4 0 12 25 4 0 12 0 24 0 24 元素的尺寸及公差 位置度 下图是理论圆中心的示意图 表示 好 表示超差 测量圆的中心位置 50 92 25 18 50 68 25 52 元素的尺寸及公差 位置度 下图显示了为什么两个点距离相同但不是每个都在公差之内 合格 超差表示 位置度公差带 位置度产生一个圆形公差带 它能很好地判断特征元素的配合关系 20 0 2 尺寸是公制单位 位置度基准被测元素均为最大实体条件 40 30 20 0 2 位置度最小实体条件 最小实体条件 最小实体条件 20 0 2 40 30 A 位置度基准 被测均采用最小实体条件 元素的尺寸公差二维距离 元素的尺寸公差 二维距离 二维距离的计算是两元素相对于当前工作平面的距离 典型例子就是点到线 圆到圆 圆到线的距离 元素的尺寸公差 二维距离 当计算二维距离时 你可以选择各个方向的距离 例如 你可以通过CIR1和CIR2产生以下几种方向的距离 X 元素的尺寸公差 两维距离 X Y 有效选项 中心到中心元素到元素元素到X轴元素到Y轴元素到Z轴 平行于指定轴垂直于指定轴 计算距离1可以 平行于X轴垂直于Y轴 距离2的计算可以是 平行于Y轴垂直于X轴 计算距离3是用中心到中心 不需要选择坐标轴 而且 元素的尺寸公差 二维距离 元素到元素的距离在计算时 此距离既不平行于当前坐标系的任何坐标轴 也不垂直于坐标轴 元素的选择顺序非常重要 计算的距离要么垂直要么平行于你选择的第二元素 元素的尺寸公差 二维距离 如何计算全长上的距离 在一边测量一条直线 在另一边测量一个点 计算点到直线1的二维距离 需用 到元素 选项 并垂直于直线1 元素的尺寸公差 二维距离 如果你选择点1和直线1 而且选择了 不要任何选项 那末这一距离为点到直线的重心的距离 这并不是你所需要的 告诫 元素的尺寸公差 二维持距离 当计算二维距离时 选择正当的工作平面是非常重要的 现在的实例就是在Z 工作平面下计算的 X Y Z 工作平面 元素的尺寸公差 二维距离 加半径 和 减半径 的选项可以控制计算距离时是否需要加或减去圆的半径 Y X 常规距离 元素尺寸公差测量三维距离 元素的尺寸公差 三维距离 三维距离计算的是两个元素之间的最小距离 与工作平面无关 典型用途 点到平面的距离 元素的尺寸公差 三维距离 点到平面的三维距离 定位2 定位1 实例 元素的尺寸公差 角度 在两条直线相交处产生一个夹角 垂直度 0