三坐标测量技术的相关资料与文献

三坐标测量技术的相关资料与文献 为什么触发式测头校正后的直径值比名义值小 三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正，这是进行测量 前必须要做的一个非常重要的工作步骤，因为测头校正中的误差将加 入到以后的零件测量中。而在触发式测头校正后的测针宝石球直径要 比其名义值小，这使许多操作员感到奇怪，但是要解释原因，可不是 一两句话能说清楚的。让我们从校正测头的原理说起。 1 为什么要校正测头？校正测头主要有两个原因 为了得到测针的红宝石球的补偿直径和不同测针位置与第一个 测针位置之间的关系。坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝石球 接触被测零件的测量部位，此时测头(传感器)发出触测信号，该信号 进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，工作中的 测量软件就收到一个由 X、Y、Z 坐标 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示的点。这个坐标点我们可以 理解为是测针宝石球中心的坐标，它与我们真正需要的测针宝石球与 工件接触点相差一个宝石球半径。为了准确计算出我们所要的接触点 坐标，必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。在实际测量工 作中，零件是不能随意搬动和翻转的，为了便于测量，需要根据实际 情况选择测头位置和长度、形状不同的测针(星形、柱形、针形)。为 了使这些不同的测头位置、不同的测针所测量的元素能够直接进行计 算，要把它们之间的关系测量出来，在计算时进行换算。所以需要进 行测头校正。 2、测头校正的原理 测头校正主要使用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 球进行。标准球的直径在 10mm 至 50mm 之 间，其直径和形状误差经过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。 测头校正前需要对测头进行定义，根据测量软件要求，选择(输入) 测座、测头、加长杆、测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直 径值)等(有的软件要输入测针到测座中心距离)，同时要分别定义能 够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。用手动、操纵杆、自动 方式在标准球的最大范围内触测 5点以上(一般推荐在 7～11 点)，点 的分布要均匀。计算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标 X、Y、 Z 值)，进行球的拟合计算，得出拟合球的球心坐标、直径和形状误 差。将拟合球的直径减去标准球的直径，就得出校正后测针宝石球“直 径”(确切的讲应该是“校正值”或“校正直径”)。当其他不同角度、 位置或不同长度的测针按照以上方法校正后，由各拟合球中心点坐标 差别，就得出各测头之间的位置关系，由软件生成测头关系矩阵。当 我们使用不同角度、位置和长度的测针测量同一个零件不同部位的元 素时，测量软件都把它们转换到同一个测头号(通常是 1 号测头)上， 就象一个测头测量的一样。凡是在经过在同一标准球上(未更换位置 的)校正的测头，都能准确实现这种自动转换。 3、校正值比名义值小的原因 在了解测头校正的原理后，我们就很容易解释测针校正值比名义 值小的原因了。 a、触发式测头在原理上相当于是杠杆结构。触测时，必须使传 感器能够触发(相当于开关断开)才能发出信号。由于测针(力臂)有一 定的长度，所以在测针的宝石球接触标准球后，还要运行一段距离， 才能使传感器触发，测针越长这段距离越大。因此造成触发信号的延 迟，使拟合球的直径小于宝石球直径和标准球直径之和。当软件把拟 合球的直径减去标准球直径(已输入)后，我们得到的校正后测针的 “校正直径”就比其名义值小。 b、测针在触测过程中，会有稍许变形，加大了信号的延迟，也 是造成这种现象的原因之一。 c、传感器(测头)的触发信号到达计数器，需要的时间是固定的。 但是在这段时间内光栅读数的变化率，与测量机的触测速度有关。触 测速度快时，测针的“校正直径”就小。 4、校正测头要注意的问题 测针校正后的“校正直径”小于名义值，不会影响测量机的测量 精度。相反，还会对触测的延时和测针的变形起到补偿的作用，因为 我们在测量机测量过程中测量软件对测针宝石球半径的修正(把测针 宝石球中心点的坐标换算到触测点的坐标)，使用的是“校正直径” 而不是名义直径。 在进行测头校正时，应该注意以下问题： 1)、测座、测头(传感器)、加长杆、测针、标准球要安装可靠、 牢固，不能松动，有间隙。检查了安装的测针、标准球是否牢固后， 要擦拭测针和标准球上的手印和污渍，保持测针和标准球清洁。 2)、校正测头时，测量速度应与测量时的速度一致。注意观察校 正后测针的直径(是否与以前同样长度时的校正结果有大偏差)和校 正时的形状误差。如果有很大变化，则要查找原因或清洁标准球和测 针。重复进行 2 至 3 次校正，观察其结果的重复程度。检查了测头、 测针、标准球是否安装牢固，同时也检查了机器的工作状态。 3)、当需要进行多个测头角度、位置或不同测针长度的测头校正 时，校正后一定要检查校正效果(准确性)。方法是：全部定义的测头 校正后，使用测球功能，用校正后的全部测头依次测量标准球，观察 球心坐标的变化，如果有 1至 2 个微米变化，是正常的。如果变化比 较大，则要检查测座、测头、加长杆、测针、标准球的安装是否有牢 固，这是造成这种现象的重要原因。 4)、更换测(不同的软件方法不同)，因为测针长度是测头自动校 正的重要参数，如果出现错误，会造成测针的非正常碰撞，轻者碰坏 测针，重则造成测头损坏。一定要注意。 5)、正确输入标准球直径。 从以上所述的校正测头的原理中可以得知，标准球直径值直接影 响测针宝石球直径的校正值。虽然这是一个“小概率事件”，但是对 初学者来说，这是可能发生的。测头校正是测量过程中的重要环节， 在校正中产生的误差将加入到测量结果中，尤其是使用组合测头(多 测头角度、位置和测针长度)时，校正的准确性特别重要。当发现问 题再重新检查测头校正的效果，会浪费宝贵的时间和增加大量的工作 量。 ----------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------- 三坐标测量机（2005-09-27 11:29:15 现代制造 杂志） 测量机技术发展迅速 -----李洪全先生 海克斯康测量技术(青岛)有限公司总裁 2005 年 5 月，全球最大的计量产业集团 Hexagon 在全球知名的 Control 展会上郑重发布了该集团关于尺寸计量的发展战略。从纳 米测量、坐标测量、激光跟踪测量一直到 GPS 宇宙空间测量是其战 略的横向思路，而在垂直方向上推出了其对于测量的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 和手段的 认识，包括软件技术、硬件和探测系统三个部分，集中体现了作为 世界上最大的尺寸计量产业集团尺寸计量的最新发展的理解。 坐标测量作为整个尺寸计量的一部分，将集中在测头、软件和硬 件技术上进行突破，以求适应现代制造业关于坐标测量的不同应用 需要。 在 Hexagon 计量产业集团的垂直战略中，最显著的特征就是对于 探测系统(测头技术)和软件技术的关注。根据不同的测量特征，坐 标测量机需要选择使用不同类型的测头，包括传统的触发测头、接 触式扫描测头以及非接触的光学镜头和激光扫描测头等。测头技术 能够为坐标测量机提供足够的灵活性，增强了其适应能力，因此， 测头技术是我们集团目前一个重点关注的方向。 另外，坐标测量一个未来的方向和我们目前的重点就是软件的技 术发展。Hexagon 计量产业集团一年前推出了 EMS(企业计量解决方 案)，从而提出了一整套贯穿设计、制造到最终检验的关于测量数 据的收集和管理的计量手段，目的在于利用一种软件，实现制造企 业计量数据的整合。这样，我们不仅包括具备有坐标测量业界著名 的 PC-DMIS 通用测量软件，同时我们正在将这个越来越通用的平台 扩展到计量乃至设计、制造的其他方面，从而大大便利了数据整合 的能力以及操作的便利性。 大力发展硬件技术。硬件是测头和软件的载体，我们集团不仅拥 有全系列的固定式测量机产品，同时还具有便携的柔性关节臂式测 量机。通过利用不同的测头技术、软件技术结合先进的温度补偿技 术，实现系统的整合，从而为客户不同的检测要求、环境条件提供 适用的解决方案。 前沿技术巧夺天功 ---徐海卫先生 中国测试技术研究院测量仪器研究所所长 三坐标测量机作为大型空间几何量检测设备，在推动我国制造业 的发展方面起到越来越重要的作用。尤其是我国汽车工业逐步走上 核心技术自主开发，模具、摩托车行业走出国门，造船工业做大做 强，赶超世界一流的今天，三坐标测量更是相关企业技术进步、产 品升级、质量控制不可或缺的检测手段。中国测试技术研究院测量 仪器研究所专业从事三坐标技术的研究、开发工作已有 20 多年的 历史，早在 1996 年就被国家科委确定为国家三坐标技术依托单位。 近几年，通过行业推动、同行激励和国际合作，研究所始终站在国 内三坐标测量技术的前沿，其产品技术优势得到了新的发展。 在三坐标测量机机械结构上，我们引进了美国、日本、德国等国 的先进技术，并依托中国测试技术研究院在几何量检测误差分析、 性能测试等方面的专业务实力和基础，运用测量仪器研究所多年的 开发基础和成果，优化设计的三坐标测量机的机械结构其可靠性和 稳定性已经达到国际先进水平。 在三坐标测量机主体材料的应用上，测量仪器研究所生产的三坐 标测量机不仅可以选用成型钢材，而且在采用国际上流行的铝合金 材料方面已具有近 20 年使用经验。在材料的定制、热处理、机加 工、时效、表面处理、检验、测试等方面已经形成一套科学先进的 国内领先的工艺流程。 测量仪器研究所生产的三坐标测量机，在大范围测量方面具有独 特的优势。目前，国内测量高度在 2500mm 以上的三坐标测量机， 有 80％是中国测试技术研究院测量仪器研究所提供的；国内测量 高度在 3000mm 以上的三坐标测量机，有 95％由本所提供。 目前我们生产的三坐标测量机已经形成不直角坐标和极柱坐标 两大系列产品，可以满足精度划线、测量、测绘、设计等多种使用 要求。极柱坐标测量技术在我国是独家拥有，填补了国内空白。 在配套产品方面，测量仪器研究所生产的三坐标测量机配套产品 齐全，软件、测头、自定心测针、精密回转工作台、可调支撑、微 调手轮、划针头等均可自行研发生产。 三坐标测量机在运动性能方面可分别实现手动、电动、数控和全 自动测量，在使用性能方面可根据不同要求提供点接触式和线性非 接触式及激光扫描和数字成像测量功能。 CAM / CAD 一体化是三坐标测量机发展的一个特点。为满足汽车 等行业自主开发的需要，中国测试技术研究院测量仪器研究所已首 家推出 CAM / CAD 一体化三坐标测量切削机，市场反映情况良好。 生产三坐标测量机还需要个性支持。中国测试技术研究院测量仪 器研究所有一支 20 多年三坐标测量机研发经验的科研队伍，能为 众多客户提供多方面的个性化技术支持和服务。有各工种工序齐全 的机加工队伍和设备，95％以上的三坐机加工零件的加工制造由自 行加工完成。测量仪器研究所是国内同行中唯一通 ISO9001 质量体 系认证的企业。 测量呼唤高精度 ---赵斌先生 中航 303 所测量机销售区域经理 测量机按照精度分可以分为计量型和生产型，前者在精度指标 上测量不确定度小于 1μm，后者又叫车间型或工作型，在精度指 标上，测量不确定度大于 3μm 而小于 10μm。随着制造技术的不 断提高和软件补偿技术的出现，工作型测量机的精度也不断提高, 逐渐接近计量型测量机的精度指标。为了加以区别，中航 303 所将 精度指标上测量不确定度大于1μm而小于3μm的测量机定义为精 密型测量机。一般理解的手动型测量机分为两种，一种是生产型测 量机的手动版本，因为是手动操作则尺寸一般都很小；另一种是划 线测量机，其精度很低，一般在 50μm 以上，主要用在大型的外覆 件和毛坯的尺寸测量上。 这几种测量机的区别主要在以下几个方面： 计量型测量机一般是作为计量器具的检定和误差传递使用，材料 一般选用稳定的材料，如花岗岩、工业陶瓷和碳纤维；生产型测量 机主要是作为机械加工件形位公差的测量用，材料上一般选用花岗 岩、钢材和铝材；手动划线机因为对精度要求不高，一般采用稳定 性不好但是重量轻、而且容易加工的合金铝材料；精密型测量机介 乎计量型和生产型之间。 为了保证计量型测量机的测量精度，测量机的结构大多采用比较 稳定而且能减少阿贝误差的结构，比如采用工作台移动光栅尺中置 的结构；生产型三坐标测量机一般采用桥式移动结构；而手动测量 机和划线机为了手动操作方便，大多采用悬臂结构。 为了保证计量型测量机的精度，在传动上一般选用比较稳定的摩 擦轮和齿轮齿条结构，以保证传动精度；生产型测量机为了兼顾精 度和测量效率，一般采用齿轮或齿形带的传动方式；在导轨的选择 上，高精度的测量机都采用了空气轴承，而划线机等低精度的测量 机大多采用滑动轴承。 计量型测量机对环境要求很高，不仅要保证一定的环境温度，温 度梯度也要保证，而且对环境中的灰尘也比较敏感。相对来说，生 产型测量机对环境的要求就不那么高，但是，起码的条件要保证， 例如空调、地基和封闭房间等。划线测量机主要在加工现场使用， 对环境的要求不高。像有的单位花大价钱买了计量型测量机却放在 一个环境并不合乎要求的场地使用，实际测量精度不仅不能达到设 计要求，而且还会大大降低使用寿命。 计量型三坐标测量机大多采用复杂的三向电感测头，其测头的技 术含量高甚至超过测量机本身，目前这种技术只有德国蔡司公司、 莱兹公司和中航 303 所掌握。而生产型测量机一般都采用英国 RENISHAW 公司的标准工业测头配置，有自动和手动型，对于手动 型测量机只配置手动测头。 三坐标测量机的精度在达到 1μm 左右后，提高一点哪怕只有提 高 0.1μm 也是非常困难的事情，往往带来会是成本的巨大增加。 同样行程的测量机，计量型的价格都成倍高于生产型测量机。 综上所述，在选择测量机上，不能一味的追求精度和性能，要适 合所测量尺寸的精度和实际环境的指标。在我们看来，一般测量机 的不确定度数值小于或等于被测量尺寸要求不确定度的 1/2 时，就 可以选用。 ----------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------- UG 逆向造型的一般方法和技巧 在产品的开发及制造过程中，几何造型技术已使用得相当广泛。 但是，由于种种原因，仍有许多产品并非由 CAD 模型描述，设计和制 造者面对的是实物样件。为了适应先进制造技术的发展，需要通过一 定途径，将这些实物转化为 CAD 模型，使之能利用 CAD、CAM 等先进 技术进行处理。 目前，与这种从实物样件获取产品数学模型技术相关的技术，已 发展成为 CAD、CAM 中的一个相对独立的范畴，称为“反求工程 （Reverse Engineering）。通过反求工程复现实物的 CAD 模型，使得 那些以实物为制造基础的产品有可能在设计与制造的过程中，充分利 用 CAD、CAM 等先进技术。由于反求工程的实施能在很短的时间内准 确、可靠地复制实物样件，因此反求工程成为当前企业先进制造技术 的热门话题之一。利用一些非专业的逆向设计软件（如：UG、 Pro/ENGINEER、CATIA 等）和一些专业的逆向设计软件（如：Surfacer、 CopyCAD、Trace 等）进行逆向造型是现阶段反求工程在企业应用的 典型例子。 由于公司新产品开发需要，笔者利用 UG 软件进行零件的反求在 外形复杂的汽车冲压件的逆向造型设计中取得较好应用效果。我们选 择的测量设备是英国 LK 公司的三坐标测量机，可以用来测量特征的 空间坐标、扫描剖面、测量分型线以及轮廓线。此设备获得点的数据 量不像激光扫描仪扫描的那么大，所以用一些非专业的逆向设计软件 是很合适的。 UG 的逆向造型遵循：点→线→面→体的一般原则 一、测点 测点之前规划好该怎么打点。由设计人员提出曲面打点的要求。 一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密一些，平滑的地方则可 以稀一些。由于一般的三坐标测量机取点的效率大大低于激光扫描 仪，所以在零件测点时要做到有的放矢。值得注意的是除了扫描剖面、 测分型线外，测轮廓线等特征线也是必要的，它会在构面的时候带来 方便。 二、连线 (1)点整理 连线之前先整理好点，包括去误点、明显缺陷点。同方向的剖面 点放在同一层里，分型线点、孔位点单独放一层，轮廓线点也单独放 一层，便于管理。通常这个工作在测点阶段完成，也可以在 UG 软件 中完成。一般测量软件可以预先设定点的安放层，一边测点，一边整 理。 (2)点连线 连分型线点尽量做到误差最小并且光顺。因为在许多情况下分型 线是产品的装配结合线。对汽车、摩托车中一般的零件来说，连线的 误差一般控制在 0.5mm 以下。连线要做到有的放矢，根据样品的形状、 特征大致确定构面方法，从而确定需要连哪些线条，不必连哪些线条。 连线可用直线、圆弧、样条线（spline）。最常用的是样条线，选用 “through point”方式。选点间隔尽量均匀，有圆角的地方先忽略， 做成尖角，做完曲面后再倒圆角。 (3)曲线调整 因测量有误差及样件表面不光滑等原因，连成 spline 的曲率半 径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须 经过调整，使其光顺。调整中最常用的一种方法是 Edit Spline,选 Edit pole 选项，利用鼠标拖动控制点。这里有许多选项，如限制控 制点在某个平面内移动、往某个方向移动、是粗调还是细调以及打开 显示 spline 的“梳子”开关等。另外，调整 spline 经常还要用到移动 spline 的一个端点到另一个点，使构建曲面的曲线有交点。但必须 注意的是，无论用什么命令调整曲线都会产生偏差，调整次数越多， 累积误差越大。误差允许值视样件的具体要求决定。 三、构面 运用各种构面方法建立曲面，包括 Though Curve Mesh、Though Curves、Rule、Swept、From point cloud 等。构面方法的选择要根 据样件的具体特征情况而定。笔者最常用的是 Though Curve Mesh， 将调整好的曲线用此命令编织成曲面。Though curve mesh 构面的优 点是可以保证曲面边界曲率的连续性，因为 Though curve mesh 可以 控制四周边界曲率（相切），因而构面的质量更高。而 Though curves 只能保证两边曲率，在构面时误差也大。假如两曲面交线要倒圆角， 因 Though curve mesh 的边界就是两曲面的交线，显然这条线要比两 个 Though Curves 曲面的交线光顺，这样 Blend 出来的圆角质量是不 一样的。 初学逆向造型的时候，两个面之间往往有“折痕”，这主要是由这 两个面不相切所致。解决这个问题可以通过调整参与构面（Though curve mesh）曲线的端点与另一个面中的对应曲线相切，再加上 Though curve mesh 边界相切选项即可解决。只有曲线相切才能保证 曲面相切。 另外，有时候做一个单张且比较平坦的曲面时，直接用点云构面 （from point cloud）更方便。但是对那些曲率半径变化大的曲面则 不适用，构造面时误差较大。有时面与面之间的空隙要桥接（Bridge）， 以保证曲面光滑过渡。 在构建曲面的过程中，有时还要再加连一些线条，用于构面。连 线和构面经常要交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，一般测 量点到面的误差，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。当 一张曲面不光顺时，可求此曲面的一些 Section，调整这些 Section 使其光顺，再利用这些 Section 重新构面，效果会好些，这是常用的 一种方法。 构面还要注意简洁。面要尽量做得大，张数少，不要太碎，这样 有利于后面增加一些圆角、斜度、增厚等特征，而且也有利于下一步 编程加工，刀路的计算量会减少，NC 文件也小。 四、构体 当外表面完成后，下一步就要构建实体模型。当模型比较简单且 所做的外表面质量比较好时，用缝合增厚指令就可建立实体。但大多 数情况却不能增厚，所以只能采用偏置（Offset）外表面。用 Offset 指令可同时选多个面或用窗口全选，这样会提高效率。对于那些无法 偏置的曲面，要学会分析原因。一种可能是由于曲面本身曲率太大， 偏置后会自相交，导致 Offset 失败（有些软件的算法与此算法不同， 如犀牛王就可 Offset 那些会产生自相交的曲面），如小圆角；另一种 可能是被偏置曲面的品质不好，局部有波纹，这种情况只能修改好曲 面后再 Offset；还有一些曲面看起来光顺性很好，但就是不能 Offset，遇到这种情况可用 Extract Geometry 成 B 曲面后，再 Offset，基本会成功。偏置后的曲面有的需要裁剪，有的需要补面， 用各种曲面编辑手段完成内表面的构建，然后缝合内外表面成一实体 （solid）。最后再进行产品结构设计，如加强筋、安装孔等。 ----------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------