基于三坐标测量机的平面测量方法

1、基于三坐标测量机的平面测量方法1.三坐标测量简介三坐标测量机是一种通用性强、自动化程度高的高精度测量系统。对一般的测量软件而 言，三坐标测量机的测量过程可分为以下几个步骤（假设测头校验与坐标系的建立已经完成）：（1）采集特征点的坐标位置。即通过测头直接测被测对象、读取并记录坐标值（2）按照“最小条件”对前面测得的特征点进行计算与构建。如果是形状误差，可直接 计算出误差值。（3）如果是位置误差则按照“最小条件”将特征点构建出误差评价所需的点、线、面等 基本要素，并用数学的方法计算出各要素间的实际误差，对照图样判断其是否合格。在这一过程中，第一步特征点的采集是后续工作的基础，如果有误，构建出的特征

2、要素 就不能真实的反映出零件的实际情况，误差计算与评价的结果也就不可信了。因此，特征点 的位置、特征点的数量和采集方式对三坐标测量结果有着非常重要的影响。本文就是针对此 类问题，对三坐标测量的取点进行了一定程度的试验与讨论，并得出了有益的结论。2.平面度测量与评价方法平面度测量是几何量评价的基本内容，是14类误差测量（直线度、平面度、圆度、圆柱 度、线轮廓度、面轮廓度、平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、 全跳动）中最基本也是最具有代表性的。按照“最小条件”的要求，平面度误差可以由最小 包容区域法、对角线法和三点法来评定。以最小包容区域法为例，只要满足了下列条件中的 一条即

3、可确定平面度误差的大小：（1）三角形法则 图1a为三角形法则。图中点A为凹形实际表面的最高点，a、b、c为三个最低点，A点的投影落在由a、b、c三点构成的三角形内。在满足这一条件的基础 上,a、b、c点确定平面1,过A点做平面2平行于平面1,则平面1与平面2之间就构成 了最小区域，两平面间的距离即为平面度误差。（2） 交叉法则 图1b为交叉法则。图中点A、点B为鞍形实际面的最高点，点a、点b为最低点，过直线AB和过直线ab决定了一对平行平面，且两直线成交叉状态，则两平行 平面就构成了最小区域，两平面间的距离即为平面度误差。 QSSsi用冷小区域抚耦定平面粥羞对三坐标测量而言，上述两种评价方式都

4、是由相应的特征点（最高点和最低点）通过计 算得到的，可以这样讲，特征点的位置与数量实际决定了平面度误差的大小。另外，评价每一种要素都有一个最低测量点数，如平面度测量，无论采用哪种法则都至 少要测4点才能计算平面度误差；直线至少要测3点；圆至少要测4点；圆柱至少要测6点 一般情况下，如果测量条件与对象已经确定，那么测点越多，测得的误差值就越能反映测量 对象的真实情况，但考虑到测量效率和经济性，测点不可能无限制的增多，特别是在某些精 度与批量都要求比较高的场合，希望能够找到一个合适的测点数，使得测量设备既能较快的 完成测量任务，又能较为真实的反映被测对象的实际情况。3.试验条件与试验方法本文采用三

5、坐标测量机这一先进的测量手段，以平面度测量为研究对象，对铣削加工的HT20Q 4 5钢、硬铝三种材料进行测量试验，具体的测量条件如下：测量机精度的示值误差MPE E=1.7+3L/1000 （卩m），探测误差MPE P=1.9卩m,零件测量面积10 000mm2零件加 工方法用端铣刀铣削加工，零件精度IT6IT8。实验对上述三种材料分别进行随机手动米点和建立坐标系后自动米点，米点数分别为440点不等，每次采点完毕后立即评价（如4点评价，即采4点后立即计算其平面度误差；而 后再重新采10点，再评价10点的平面度误差等以保证同一个测点不会被重复使用）。预期 解决以下两个问题：采点的方法与位置对测量

6、精度有何影响。采点的数量对测量精度有 何影响。4.试验数据通过试验得到以下数据:（1）HT200加工表面的测量数据 图2为平面测量图，手动随机采点后计算得到平面度误差值的数据如图3所示建立坐标系后自动采点，计算得到平面度误差值的数据如图4所示。建立坐标系后自动采点，计算得到平面度误差值的数据如图7所示。(3)硬铝加工表面的测量数据 图8为铝块平面测量图，手动随机采点后计算得到平面 度误差值的数据如图9所示。(2)45钢件加工表面的测量数据到平面度误差值的数据如图6所示。图5为45钢件平面测量图，手动随机采点后计算得45辛船爭面建立坐标系后自动采点，计算得到平面度误差值的数据如图10所示5.试验

7、结果通过上述试验得到以下三点结论：（1）在三坐标测量中，只选取基本测点数得到的误差值不能真实地反映被测对象的实际 情况 评价平面度最少要测4点，本次试验中：4点测量HT200得到的平面度误差为0.004mm而实际的误差值约为0.01mm相差2.5倍。4点测量45钢得到的平面度误差为0.006 5mm而实际的误差值约为0.021mm相差3.23倍。4点测量硬铝得到的平面度误差为0.003 2mm而实际的误 差值约为0.008mm相差2.5倍。（2）当测点数达到一定数量时， 测得的误差能够较为真实的反映被测平面的实际情况三坐标测量时为追求测量精度可适当多采点，但也不需无限增多。每一类表面都有合适的

8、测点 数，既能真实反映实际情况，又能保证一定的经济性。从试验的三个样品来看：HT200尺寸精度IT8IT9,Ra=3.2卩m的理想评价平面度测点数为17个。45钢尺寸精度IT7IT8,R a=1.6卩m的理想评价平面度测点数为16个。硬铝尺寸精度IT6IT7,Ra=0.8卩m的理 想评价平面度测点数为15个。（3）采点方法对测量结果影响大 在3组试验中，每次都是先对不建立坐标系的零件进 行手动采点评价，然后再建立坐标系自动采点评价。两组数据对比，前者数据混乱无序，后 者数据则更有规律，基本能够体现测点数与测量值间的变化关系，说明手动测量测力不均， 对结果影响大。6.结语 三坐标测量机作为一种全新的测量方式已经被越来越多的用户所接受和肯定，但由于测量原理的不同，该测量设备有其独特的测量规范。在三坐标测量中，首先要对特征要素选择合适的测点数，测点数过少会造成较大的误差 （在本例中，中间的差值达到3倍以上）；对于确定的测量对象可以通过样本试验寻找合适 的测点数（这对于批量的高精度测量更有意义） ，以保证测量的精度与效率； 比较各类表面， 精度高的表面获得的测值比精度低的表面获得的测值更为可信，测点数对其影响也更小；手 动取点误差大，应选用自动测量的