三坐标培训教程

1、三坐标培训教程三坐标培训教程 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六个良好测量实践的原则六个良好测量实践的原则三坐标测量机系统的初步认识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

2、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0.5m，1或2m，也有达0.2m或0.1m的。生产型测量机（CMM）：一般放在生产车

3、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。三坐标测量机三坐标测量机按其精度分为两大类：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：

4、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

5、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

6、（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=-2 y=-1 y=0 y=+1 y=+2-2 -1 0 1 2y坐标测量的基础知

7、识坐标测量的基础知识什么是三坐标？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：常见的三坐标测量设备介绍介绍：1、按测量方式分类（测头）、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）、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

8、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。车身坐标系车身坐标系ISO 4130-1978 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及坐标系的建立常见元素的测量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

9、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法建立坐标系法建立坐标系测量报告的分析测量报告的分析注意事宜注意事宜1、三坐标测量机的精度、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

10、度）、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（、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和余弦误差矢量矢量 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。IKJXZY+I+J

11、+K矢量方向矢量方向 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 )XY(+J )45(+I )I = 0.707J = 0.707 K = 045度方向矢量精选课件余弦误差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直角坐标系精选课件坐标系类型坐标系类型 直角坐标系YXZ 柱坐标系 球坐标系zxoQrZY),(rPxz),(zPyQOZZY原点原点测量机的

12、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。XZ1005Y105 | | | | | | | | 5 10实例实例 1测量点的坐标分测量点的坐标分别是别是: X = 10Y = 5Z = 5XZY1051050 5 10 | | | | | | | | X = 0Y = 0Z = 5105XZY | | | | | | | | 105 0 5 10实例实例 2测量点的坐标分测量点的坐标分别是别是: X = 10Y = 10Z = 0XZ0Y | | |

13、 | | | | | 105105 5 10实例实例 3测量点的坐标分测量点的坐标分别是别是: 校正坐标系校正坐标系 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。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。测座和触发测头测座和触发测头 测座的A角以7.5 分度从0 旋转到105 A 角旋转角旋转B角从-180 到180 以7.5 的分度(按顺时针、逆时针)旋

14、转B 角旋转角旋转正如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运行 PcDmisPcDmis 文件管理器界面文件管理器界面选择这一图选择这一图标可

15、以产生标可以产生一个新文件一个新文件夹夹这个新文件夹这个新文件夹可以改名为用可以改名为用户名或操作员户名或操作员姓名姓名建立一个新建立一个新文件。文件。打开一个打开一个已生成的已生成的文件。文件。设置所需设置所需的测量单的测量单位非常重位非常重要。（公要。（公、英制）、英制）输入你输入你要建立要建立的文件的文件名名输入相输入相应的测应的测量信息量信息产生测头文件产生测头文件输入测头输入测头文件名，文件名，然后按回然后按回车键，这车键，这时测头没时测头没被定义显被定义显示为高亮示为高亮度。度。第一步第一步从清单中选从清单中选择测座类型择测座类型第二步第二步从这里用从这里用鼠标单击鼠标单击下拉菜单

16、下拉菜单从清单从清单中选择中选择测头附测头附件件第三步第三步从清单中选从清单中选择相应的传择相应的传感器如：感器如： Tp20, Tp200等等第四步第四步从测头清从测头清单中选择单中选择所用的测所用的测杆，如杆，如：4 *20 （直径直径、长度）、长度）第五步第五步定义结束时定义结束时测头系统的测头系统的配置完全图配置完全图示化显示出示化显示出来。来。第六步第六步 从加入测头角度从加入测头角度按钮输入测头按钮输入测头度。度。需要追加其需要追加其它角度，可它角度，可通过输入每通过输入每一个一个A、B角角，然后对其，然后对其进行校验测进行校验测量。量。第七步第七步如果需要多组如果需要多组复合角度

17、，可复合角度，可以通过以通过A、B角的起始角，角的起始角，它们的增量和它们的增量和终止角的输入终止角的输入来实现。来实现。第八步第八步当所需的测当所需的测头位置全部头位置全部输入后，选输入后，选择择“测量测量”。选择手动或自选择手动或自动校验测头。动校验测头。第九步第九步输入测量标输入测量标准球的点数准球的点数。单击单击“测量测量”按按钮进行测头校验钮进行测头校验。PcDmis的工作平面的工作平面在在 PC-DMIS中中, 当计当计算算2D距离时，和其它距离时，和其它软件一样，工作平面软件一样，工作平面的选择非常重要。有的选择非常重要。有效的工作平面是效的工作平面是:Z+Z-X+X-Y+Y-什

18、么是工作平面什么是工作平面n工作平面是我们当前所看的方向。例如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当你想去测量工件的上平面时，平面时， 工作平面是工作平面是Z+, 如果测量元素在前平面时如果测量元素在前平面时,工作平面为工作平面为Y-。这一选择对于极坐标系非常重要，这一选择对于极坐标系非常重要，PC-DMKIS将决定当前工作将决定当前工作平面的平面的0度。度。n例：平面元素做工作平面测量圆例：平面元素做工作平面测量圆n * 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。+ X90 deg

19、 +Y0 deg 45 deg 135 deg180 deg225 deg270 deg315 deg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。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。所需的零件坐标系所需的零件坐标系XZY找正元素找

20、正元素 = 平面平面旋转轴线旋转轴线 = 直线直线原点元素原点元素 = 圆圆步骤 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。ZXYXZY建立零件坐标系建立零件坐标系测量测量3点确立一个平面。点确立一个平面。测量测量2点确定一条直线。点确定一条直线。在侧平面测量一点。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。从特征元素从特征元素清单中选择清单中选择Plane1Line1Point1单击单击“找找正正”按钮按钮PcDmis将找正将找正PLN1。将坐标轴旋转到将坐标轴旋转到平行于直线平行于直线LNE1的

21、方向。的方向。将将 X 原点设置到原点设置到PNT1。将将 Y 设置到设置到 LN1 。将将 Z设置到设置到PLN1选择要找正选择要找正的坐标轴的坐标轴选择要旋转选择要旋转的轴的轴选择元素建立选择元素建立原点原点.几何元素几何元素元素元素: POINT最小点数最小点数: 1位置位置: XYZ 位置位置矢量矢量: 无无形状误差形状误差: 无无2维维/3维维: 3维维实例实例Y555ZX输出输出 X = 5 Y = 5 Z = 5元素元素: 直线直线最小点数最小点数: 2位置位置: 重心重心矢量矢量: 第一点到最后一点。第一点到最后一点。形状误差形状误差: 直线度直线度2维维/3维维: 2维维/3

22、维维实例实例输出输出 X = 2.5 I = -1 Y = 0 J = 0 Z = 5 K = 0Y555ZX12元素元素: 圆圆最小点数最小点数:3位置位置: 中心中心矢量矢量*:相应的截平面矢量相应的截平面矢量形状误差形状误差:圆度圆度2维维/3维维:2维维实例实例 输出输出 X = 2 Y = 2 Z = 0 I = 0 J = 0 K = 1 D = 4 R = 2 Y555ZX* 圆的矢量只是为了测量。不单独描述元素的几何特征。213元素元素: 平面平面最小点数最小点数: 3位置位置: 重心重心矢量矢量: 垂直于平面垂直于平面形状误差形状误差:平面度平面度2维维/3维维: 3维维实例

23、实例输出输出 X = 1.67 I = 0.707 Y = 2.50 J = 0.000 Z = 3.33 K = 0.707Y555ZX123元素元素: 圆柱圆柱最小点数最小点数: 5位置位置: 重心重心矢量矢量: 从起始层指向终止层从起始层指向终止层or高度指向深度高度指向深度形状误差形状误差: 圆柱度圆柱度2维维/3维维: 3维维实例实例输出输出: X = 2.0 I = 0 D = 4 Y = 2.0 J = 0 R = 2 Z = 2.5 K = 1Y555ZX541623元素元素: 圆锥圆锥最小点数最小点数: 6位置位置: 顶点顶点矢量矢量: 从小端指向大端从小端指向大端形状误差形

24、状误差: 锥度锥度2维维/3维维: 3维维实例实例55X = 2.0 I = 0 A = 43degY = 2.0 J = 0 Z = 5.0 K = 1Y5ZX254136元素：元素： 球球最小点数最小点数: 4位置位置: 中心中心矢量矢量*: 如右图向上如右图向上形状误差形状误差: 球度球度2维维/3维维: 3维维实例实例5X = 2.5 I = 0 D = 5.0Y = 2.5 J = 0 R = 2.5Z = 2.5 K = 1Y55ZX*球的矢量只是为了测量。并不描述元素的几何特征。3421元素构造元素构造点点点点: 原点原点XZY点在当前坐标系的原点构造一个点。坐标值为0，0，0。

25、点点 : 产生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）。点输入 : 圆1圆1点点: 拐角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点点点: 刺穿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点点点: 偏置偏置点从选择元素设置指定的偏置值创建一个点。输入: 点1X 偏置 = 0 Y 偏置 = 4 Z偏置 = 1 XZY点1555点点: 相交相交在两个元素相交处产生一个交点。点输入: 线1 线2线1线2点点: 垂落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）点输

26、入: 圆1 线1线1圆点点: 中分中分产生两个所选元素的中分点。点输入: 圆1 圆2圆1圆2点点: 投影投影输入: 点1 平面1 将一个元素投影所选平面上。点1平面1点元素构造元素构造圆圆圆圆: 最佳拟和最佳拟和输入: 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圆圆圆: 圆锥圆锥输入: 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150.8圆圆圆: 相交相交输入: 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圆平面1元素构造元素构造直线直线直线直线: 坐标轴坐标轴XZY直线沿着当前坐标系的一个坐标轴建立

27、一条轴线，它垂直于当前工作平面。当前工作平面 = Z+Z+ 平面直线直线: 最佳拟和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直线直线直线: 相交相交输入: 平面1 平面2两个平面相交产生一条交线。平面2平面1直线直线直线: 垂直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直线直线直线: 平行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直线直线直线: 反向反向输入: 线1 将一条直线的方向进行反向产生一条直线。直线线1直线直线: 偏置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

28、2圆1直线25.4元素的尺寸及公差元素的尺寸及公差位置位置位置位置位置公差选项,产生所选元素的指定特征的参数报告。特征参数具体如下：Ang（和）Rad(方根)位置位置XZYCIR1123231实例:输出圆： CIR1X = 2cmY = 2cmD = 2cmR = 1cm21210位置位置XZYCONE112331实例:输出圆锥： CONE1A = 60V = 0, 0, 1 (I, J, K)210260位置位置XY点125.450.876.250.876.2实例:输出点： 点1Prad = 71.831mmPang = 45071.8314525.4元素的尺寸及公差元素的尺寸及公差位置度位

29、置度位置度位置度下面的实例是输出圆的常规公差：50.8 0 .1225.4 0.1225.4 0 .120.240.24位置度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50.9225.1850.6825.52位置度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。40300.15A20+/- 0.2DiaBonusMMC19.8000.1519.900.100.2520.000.200.3520.100.300.4520.200.400.55尺寸是公制单位Dia A Dia 2

30、MMC - MMC19.8019.800.1519.9019.900.3520.0020.000.5520.1020.100.7520.2020.200.9540300.15A20+/- 0.220+/- 0.2ADiaBonusLMC19.800.400.5519.900.300.4520.000.200.3520.100.100.2520.200.0.1540300.15A20+/- 0.2最小实体条件最小实体条件 - 最小实体条件最小实体条件 Dia A Dia 2LMC-LMC19.8019.800.9519.9019.900.7520.0020.000.5520.1020.100.3

31、520.2020.200.1520+/- 0.240300.15AA元素的尺寸公差元素的尺寸公差二维距离二维距离二维距离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。 二维距离二维距离 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距离1距离2距离3YCIR2CIR1两维距离两维距离 X距离2距离3Y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

32、于X轴计算距离3 是用中心到中心，不需要选择坐标轴。而且距离1二维距离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。二维距离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。PNT1LINE1距离计算点到直线1的二维距离，需用“到元素”选项,并垂直于直线1.二维距离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这并不是你所需要的.LINE1PNT1距离二维持距离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. XYZ +工作平面二维距离二维距离“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.YX常规距离加半径的距离减半径的距离元素尺寸公差测量元素尺寸公差测量三维距离三维距离三维距离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. 典型用途典型用途: 点到平面的距离点到平面的距离三维距离三维距离点到平面的三维距离定位 2定位