三坐標測量技術(shù)論文(2)
三坐標測量技術(shù)論文篇二
關于三坐標測量機坐標系的建立
摘要：坐標測量機(CoordinateMeasuringMachining。成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設備。系統(tǒng)采用ZCR-CAD和Industry3DCam軟件。提供有三種建坐標系方法。
關鍵詞：三坐標測量機，坐標系，檢測，ZCR-CAD
三坐標測量機(CoordinateMeasuring Machining，簡稱CMM)是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型高效的精密測量儀器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動機床、數(shù)控機床高效率加工以及越來越多復雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設備與之配套;另一方面是由于電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標測量機的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎。目前，CMM在生產(chǎn)測試中得到了廣泛應用，它幾乎可以對生產(chǎn)中的所有三維復雜零件尺寸、形狀和相互位置進行高準確度測量，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測量設備。
CMM在檢測批量產(chǎn)品或單件產(chǎn)品時，通過編程可以提高測量速度，降低勞動強度。然而，在編程中坐標系的建立是后續(xù)測量的基礎，建立了錯誤的坐標系將致測量錯誤的尺寸，因此建立一個正確的參考方向即坐標系是非常的關鍵和重要的，它直接影響測量速度和數(shù)據(jù)精度。1 測量系統(tǒng)的組成
本文所用的數(shù)據(jù)化采集系統(tǒng)為CHXY-30-17-15CTJ型三坐標測量儀及相關軟件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括三坐標測量機、電氣控制硬件系統(tǒng)、計算機以及測量軟件等，有X、Y、Z三個運動方向。電氣控制裝置包括主控制單元、電機驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)傳送接口、電源和電源保護電路等。它與測量機和計算機連接，接收測量機的位置檢測信號后傳送給計算機。系統(tǒng)采用ZCR-CAD和Industry3DCam軟件，完成各種三維空間曲面的數(shù)據(jù)測量和造型設計工作。
2 坐標系的建立
ZCR-CAD 提供有三種建坐標系方法，我們可以按照設計和加工基準來建立嚴格準確的工件坐標系，在工件坐標系下直接測量，與工件在測量臺上的位置、方位完全無關。
2.1 3-2-1法
3-2-1法是最基本的建坐標方式，以平面元素為主要基準，適用于箱體類機加零件; 按照此方法確定一個坐標系，需要若干基準元素。典型的情況是：1、需要兩個方向矢量作為工件坐標系的兩個軸，第三個軸按右手法則自動算出。2、需要1-3個坐標點，確定工件坐標系的原點(3個分量)。在建坐標系的對話框上(圖1)，相應地用第一軸、第二軸、原點(X，Y，Z) 對應于各個基準元素的選擇操作。
典型的建坐標系的過程分如下兩個階段：
第一階段：為了在零件上建立三軸垂直的坐標系，測量機軟件首先利用面元素確定第一軸，因為面元素的方向矢量始終是垂直于該平面的，當我們利用投影到該平面上的一條線來建立第二軸時，第一軸和第二軸就保證絕對是垂直的，這樣測量機軟件就建立了互相垂直的、符合直角坐標系原理的零件坐標系。具體方法如下：使第一軸選擇框為選中態(tài);從元素列表框或圖形窗口選擇元素，使其索引名自動填入到對應的編輯框中。碩士論文，檢測。方法一：在對話框上選擇。用鼠標雙擊列表框內(nèi)的元素索引名，該元素即被填入到第一軸的編輯框內(nèi)，表示該元素已被選上。方法二：CAD圖形選取。將光標焦點從測量對話框移到CAD圖形窗口;框選測量元素，看到表示選中的藍色小框出現(xiàn);光標焦點移回到測量對話框，點擊選取“CAD”，即可看到元素索引名自動填入到第一軸編輯框內(nèi)的結(jié)果。
第二階段：確定第二軸和原點X、Y、Z，方法同上，填入坐標原點的理論值并計算即可。
我們在用此方法確定坐標軸時，因注意以下幾個方面：第一、只有具有方向特征的元素才能選作為坐標軸，也就是，單點和球面是不能作為第一軸和第二軸的。碩士論文，檢測。第二、要注意所選元素的方向矢量的正負號，因為用它的方向來定義的坐標軸的方向也有正負問題。碩士論文，檢測。因此，在元素測量時除點和球之外，要遵循正確的采點順序規(guī)定。為防止建坐標的方向錯誤，建議在事前先查看元素參數(shù)。第三、在建坐標系的過程中，程序要嚴格遵守坐標軸的正交性原則，第一軸參數(shù)，是完全不折不扣照搬的，第二軸，程序就要進行審查修正了，第三軸則是完全自己確定的。顯然在實際測量時，哪個基準做第一軸就要仔細考慮了。第四、并不是每建一個坐標系都需要兩個基準，比如軸類零件只要一個端面或軸線基準就夠了。這只要選定第一軸就可以了，程序自動確定另外兩坐標軸。第五、如果第一軸和第二軸均無指定方向，僅選擇園點，則相當于平移機器坐標系。第六、采集特征元素時，要注意保證最大范圍包容所測元素并均勻分布。
2.2 三點找正法
三點法以三個點坐標為基準，適用于曲面類零件的找正。多點找正，又叫“Best Fit”是基于CAD數(shù)模的多測點找正方法。已知工件上的三個點的理論坐標值， 則可以在測量后快速建立工件坐標系。 對三點基本要求是： 1、必須是可測量的， 例如點，園，球，園錐; 或可通過測量計算的，例如，各種交點等，三點不能位于一條直線上。2、在工件上的分布越大，精度越高。3、一個典型的應用，是當一個工件無法在一個裝夾工位下完成測量時，例如需要反轉(zhuǎn)后測量，但需保持坐標系不變?？稍诠ぜ喜贾萌齻€附助參考球， 則可以實現(xiàn)坐標系的統(tǒng)一。碩士論文，檢測。具體方法如下：
(1)在測頭與坐標系菜單條目下打開建坐標系(3點)對話框(圖2)，測量元素列表區(qū)內(nèi)列出了當前文件中所有的元素，例如這里是4個測量元素。第一點先用光標在列表欄內(nèi)選中第一個元素，再按該按鈕，將把該元素名填入點元素組的第一個文本框內(nèi)。用同樣方法選出第二點和第三點。 例如，這里的園8、園6和園3。
(2)將三個測量點對應的理論坐標填入到對應的文本框內(nèi)。要注意的是從左至右，第一列對應第一點，以此類推，不要混淆次序。
(3)完成計算。碩士論文，檢測。碩士論文，檢測。
2.3 旋轉(zhuǎn)與平移法
通過坐標系的旋轉(zhuǎn)和平移也可以創(chuàng)建新的坐標系，這就大大增加了建坐標系的靈活性。從菜單上選擇建坐標系(旋轉(zhuǎn)與平移)，啟動后的命令行顯示(圖3)：平移輸入?yún)^(qū)將三個移動分量填入對應文本框。旋轉(zhuǎn)輸入?yún)^(qū)選中旋轉(zhuǎn)軸(X，Y，或Z)，將角度填入對應文本框并執(zhí)行。在此我們要注意的是，移動分量和旋轉(zhuǎn)軸都是基于當前坐標系。
3 檢查坐標系的建立是否正確
如何確定零件坐標系的建立是否正確，可以觀察軟件中的坐標值來判斷。方法是：將軟件顯示坐標置于“零件坐標系”方式，用操縱桿控制測量機運動，使寶石球盡量接近零件坐標系零點，觀察坐標顯示，然后按照設想的方向運動測量機的某個軸，觀察坐標值是否有相應的變化，如果偏離比較大或方向相反，那就要找出原因，重新建立坐標系。
4 結(jié)束語
建立零件坐標系是非常靈活的，在測量過程中我們可以根據(jù)具體情況和測量的需要多次建立和反復調(diào)用零件坐標系，使利用三坐標檢測工件可以達到準確、快速、高效的目的。
參考文獻：
[1]于馨芝,王寧,聞濟世.機械設計、制造工藝、質(zhì)量檢測與標準規(guī)范全書[M].北京：金版電子出版社,2003
[2]譚慶永.長度計量技術(shù)問答[M].北京：中國計量出版社,1990
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