三坐標(biāo)測量員應(yīng)該了解的三坐標(biāo)測針常識總結(jié)

三坐標(biāo)測量員應(yīng)該了解的三坐標(biāo)測針常識總結(jié)

一：什么是三坐標(biāo)測針

測針是三坐標(biāo)策略系統(tǒng)的組成部分，它與被測工件接觸，使測頭機(jī)構(gòu)產(chǎn)生位移。所產(chǎn)生的信號經(jīng)處理得出策略結(jié)果。被測工件的外形特征將決定要采用的測針類型和大小。在所有情況下，測針的最大剛性和測球的球度都至關(guān)重要。

為了達(dá)到這一要求，Renishaw的測針桿按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)控機(jī)床上生產(chǎn)。我們格外注意保證測針剛性最高，同時(shí)測針質(zhì)量經(jīng)過最優(yōu)化處理以適用于Renishaw的各種測頭。Renishaw原產(chǎn)測球是按最高標(biāo)準(zhǔn)制造，保證與測針桿的鏈接能達(dá)到最佳的完整性。如果您使用的測球球度差、位置不正、螺紋公差大、或因設(shè)計(jì)不當(dāng)使測量時(shí)產(chǎn)生過量的擾度變形，則很容易降低測量效果。為了確保您采集的數(shù)據(jù)的正確性，請務(wù)必從Renishaw原產(chǎn)的全系列測針中指定和選用測針。

二、三坐標(biāo)測針的專業(yè)術(shù)語：

總長度：雷尼紹對測針總長度的標(biāo)準(zhǔn)定義，是從測針的后安裝端面到測球中心的長度。有效工作長度：有效工作長度是在零件發(fā)現(xiàn)方向測量時(shí)從測球中心道測針桿與被測目標(biāo)干涉點(diǎn)之間的距離。

三、如何正確選擇測針1、盡量選用短測針

測針彎曲或變形量越大，精度月底，使用近可能短的測針2、盡量減少接頭

每增加一個(gè)餓著呢的測桿的鏈接，便增加了一個(gè)潛在的彎曲和變性點(diǎn)。所以使用中應(yīng)盡量減少三坐標(biāo)測針的組件數(shù)。3、選用的測球直徑要盡量大

一是這樣能增大測球、測針桿的距離，從而減少由于碰撞測針桿所引起的誤觸發(fā)。其次測球直徑越大，被測工件表面光潔度的影響越小。

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三坐標(biāo)

三坐標(biāo)測量機(jī)，它是指在一個(gè)六面體的空間范圍內(nèi)，能夠表現(xiàn)幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，又稱為三坐標(biāo)測量儀或三坐標(biāo)量床。三坐標(biāo)測量機(jī)的工作原理:

任何形狀都是由空間點(diǎn)組成的,所有的幾何量測量都可以歸結(jié)為空間點(diǎn)的測量,因此精確進(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集,是評定任何幾何形狀的基礎(chǔ)。

坐標(biāo)測量機(jī)的基本原理是將被測零件放入它允許的測量空間，精確的測出被測零件表面的點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值，將這些點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法得出其形狀、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。

在測量技術(shù)上，光柵尺及以后的容柵、磁柵、激光干涉儀的出現(xiàn)，革命性的把尺寸信息數(shù)字化，不但可以進(jìn)行數(shù)字顯示，而且為幾何量測量的計(jì)算機(jī)處理，進(jìn)而用于控制打下基礎(chǔ)。

三坐標(biāo)測量儀可定義為—一種具有可作三個(gè)方向移動的探測器，可在三個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌上移動，此探測器以接觸或非接觸等方式傳送訊號，三個(gè)軸的位移測量系統(tǒng)(如光學(xué)尺)經(jīng)數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)等計(jì)算出工件的各點(diǎn)坐標(biāo)(X、Y、Z)及各項(xiàng)功能測量的儀器‖。三坐標(biāo)測量儀的測量功能應(yīng)包括尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度等。應(yīng)用領(lǐng)域：

測量高精度的幾何零件和曲面；測量復(fù)雜形狀的機(jī)械零部件；檢測自由曲面；

可選用接觸式或非接觸式測頭進(jìn)行連續(xù)掃描。功能：

幾何元素的測量，包括點(diǎn)、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等；

曲線、曲面掃描，支持點(diǎn)位掃描功能，IGES文件的數(shù)據(jù)輸出，CAD名義數(shù)據(jù)定義、ASCII文本數(shù)據(jù)輸入、名義曲線掃描、符合公差定義的輪廓分析。

形位公差的計(jì)算，包括直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、傾斜度、平行度、位置度、對稱度、同心度等等；

支持傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出報(bào)告、圖形化檢測報(bào)告、圖形數(shù)據(jù)附注、數(shù)據(jù)標(biāo)簽輸出等多種輸出方式。設(shè)備特點(diǎn)：

核心零部件及軟件全部原裝進(jìn)口

單邊活動橋式結(jié)構(gòu)，顯著提高運(yùn)動性能，確保測量精度及穩(wěn)定性三軸導(dǎo)軌均采用高精密天然花崗巖，具有相同的溫度特性及剛性

三軸導(dǎo)軌均采用自潔式預(yù)載荷高精度空氣軸承，運(yùn)動更平穩(wěn)，導(dǎo)軌永不受磨損RENISHAW自粘開放式金屬光柵尺，更接近花崗巖基體的熱膨脹系數(shù)，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性RENISHAWUCC高速高精度自動控制系統(tǒng)，內(nèi)嵌32位微處理器，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制；上下位采用光纖通訊，增強(qiáng)了電氣抗干擾能力SEREINDMIS軟件特點(diǎn)

軟件運(yùn)行在WINDOWS201*/XP環(huán)境下，全中文界面；面向?qū)ο蟮木幊谭绞�，支持圖形鏡像功能。

三維CAD數(shù)模導(dǎo)入、再現(xiàn)實(shí)體或線架模型、DMIS、STEP文件導(dǎo)入導(dǎo)出、測量結(jié)果的IGES文件輸出，支持逆向工程。

動態(tài)CMM模型，支持測量機(jī)和測頭的模擬和RENISHAW測頭圖形庫。測頭管理功能，可動態(tài)選擇多種測針。

幾何元素的測量，包括點(diǎn)、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等；

曲線、曲面掃描，支持點(diǎn)位掃描功能，IGES文件的數(shù)據(jù)輸出，CAD名義數(shù)據(jù)定義、ASCII文本數(shù)據(jù)輸入、名義曲線掃描、符合公差定義的輪廓分析。

形位公差的計(jì)算，包括直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、傾斜度、平行度、位置度、對稱度、同心度等等；

支持傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出報(bào)告、圖形化檢測報(bào)告、圖形數(shù)據(jù)附注、數(shù)據(jù)標(biāo)簽輸出等多種輸出方式；

工件坐標(biāo)系管理，指定基準(zhǔn)面（軸）即可生成工件坐標(biāo)系，并可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系平移、旋轉(zhuǎn)及迪卡爾坐標(biāo)和極坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換，支持3-2-1找正。誤差補(bǔ)償功能，進(jìn)一步提高機(jī)器測量精度�；�礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)：

型號：LeaderMiracleNC8107行程：X軸800mmY軸1000mmZ軸700mm結(jié)構(gòu)型式：活動橋式

傳動方式：直流伺服系統(tǒng)+預(yù)載荷高精度空氣軸承

長度測量系統(tǒng)：RENISHAW開放式光柵尺，分辨率為0.2μm機(jī)臺：高精度（00級）花崗巖平臺

使用環(huán)境：溫度(20±2)℃，濕度55%-65%，溫度梯度1℃/m，溫度變化1℃/h

空氣壓力：0.4MPa-0.5Mpa空氣流量：120L/min140L/min整機(jī)尺寸(LWH)：1.2mX1.4mX2.3m機(jī)臺承重：1000kg，整機(jī)重量：3000Kg空間測量精度：（2.9+4L/1000）μm

產(chǎn)品的主要配件：校正球、校正塊、光柵尺尺、探針、控制器、測量軟件等等。。全球主要三坐標(biāo)廠商：LK、蔡司、溫澤、海克斯康、西安交大精密、愛德華、法如、波龍、奧智品、Feanor、SNK、埃帝科、馬波斯、法信、西安力德、雷尼威爾等等（順序隨便，無任何排名）

百度百科中的詞條內(nèi)容僅供參考，如果您需要解決具體問題（尤其在法律、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域），建議您咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)�業(yè)人士。

一、形位公差

形位公差是被測實(shí)際要素允許形狀和位置變動的范圍。二、形位公差的特征項(xiàng)目及符號直線度（）平面度（）圓度（○）形狀公差

圓柱度（）線輪廓度（⌒）輪廓度（）形位公差平行度（∥）定向公差垂直度（⊥）傾斜度（∠）位置公差同軸度（◎）定位公差對稱度（）位置度（）跳動公差圓跳動（）全跳動（）

形狀和位置公差與檢測

零件幾何要素和形位公差的特征項(xiàng)目一、零件幾何要素及其分類

形位公差的研究對象幾何要素（簡稱要素）

（一）要素：構(gòu)成零件幾何特征的點(diǎn)、線、面。見書圖3-1（二）要素的分類1、按存在的狀態(tài)分

理想要素：具有幾何學(xué)意義的要素，即幾何的點(diǎn)、線、面，它們不存在任何誤差。圖樣上表示的要素均為理想要素。

實(shí)際要素：零件上實(shí)際存在的要素。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測量時(shí)用測得要素代替實(shí)際要素

2、按結(jié)構(gòu)特征分

輪廓要素：構(gòu)成零件外廓、直接為人們所感覺到的點(diǎn)、線、面各要素。如圖3-1中1、2、3、4、5、6都是輪廓要素。

中心要素：具有對稱關(guān)系的輪廓要素的對稱中心點(diǎn)、線、面。如圖3-1中7、8均為中心要素。

3、按檢測時(shí)的地位分

被測要素：圖樣上給出了形位公差要求的要素。是被檢測的對象。

右圖中，φd2的圓柱面和φd2的臺肩面都給出了形位公差，因此都屬于被測要素�；鶞�(zhǔn)要素：零件上用來確定被測要素的方向或位置的要素，基準(zhǔn)要素在圖樣上都標(biāo)有基準(zhǔn)符號或基準(zhǔn)代號，如右圖中φd2的中心線即為基準(zhǔn)要素A。

4、按功能關(guān)系分

單一要素：僅對被測要素本身給出形狀公差的要素。如上圖中φd2的圓柱面是被測要素，且給出了圓柱度公差要求，故為單一要素。

關(guān)聯(lián)要素：與零件基準(zhǔn)要素有功能要求的要素。（即相對于基準(zhǔn)要素有功能要求而給出位置公差的要素）。如上圖中，φd2的臺肩面相對于φd2圓柱基準(zhǔn)軸線有垂直的功能要求，且都給出了位置公差，所以φd2的圓柱臺肩面就是被測關(guān)聯(lián)要素。

三坐標(biāo)怎樣用來進(jìn)行曲面檢測？模的情況下用三坐標(biāo)測量機(jī)對曲面件檢測，通常是，先在CAD軟件里用相關(guān)命令在曲面數(shù)模上生成截制測量機(jī)到對應(yīng)的位置，進(jìn)行檢測，并比較坐標(biāo)值的偏離。這種方法需要設(shè)計(jì)人員額外提供理論數(shù)據(jù)現(xiàn)，對于單點(diǎn)測量來說，由于無法確定矢量方向，測頭的補(bǔ)償根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，這種辦法具有一量

進(jìn)行檢測是CMM測量技術(shù)發(fā)展的需要。由于曲面建構(gòu)技術(shù)比較復(fù)雜，在CAD應(yīng)用范疇里也屬于高端完成。在測量軟件內(nèi)，則是通過導(dǎo)入設(shè)計(jì)數(shù)模而利用的問題。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須解決好四個(gè)方測尖補(bǔ)償、理論值捕獲。

首先要做的工作，當(dāng)然是保證數(shù)模正確導(dǎo)入到測量軟件。事實(shí)上，由于技術(shù)、利益等眾所周知的原因同的軟件和格式，例如國內(nèi)影響比較大的UG、PROE、CATIA等，均不能直接互讀文件。國際上建立了一系列的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換STEP(StandardfortheExchangeofPro標(biāo)準(zhǔn)IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)等。盡管IGES標(biāo)準(zhǔn)存在數(shù)據(jù)文件大、轉(zhuǎn)換時(shí)間是目前應(yīng)用最廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分CAD軟件均支持該標(biāo)準(zhǔn)，我國也將IGES作為推薦標(biāo)準(zhǔn)。能的測量機(jī)軟件，均支持IGES格式。差異基本上主要體現(xiàn)在復(fù)雜數(shù)模輸入后個(gè)別曲面的丟失、破損0M的數(shù)模，有的可能用幾十秒鐘，有的可能要幾分鐘。目前市面上比較有名的CMM測量軟件，均基測量儀自主研發(fā)的ZCRMDT測量軟件，導(dǎo)入數(shù)模到檢測軟件的情況，數(shù)模大小46M多。

軟件，一些測量機(jī)軟件商也開發(fā)了各種直讀接口，如UG文件直讀、PROE文件直讀等，不需中間文過，這種接口一般都需要另外購買。

坐標(biāo)測量機(jī)軟件的一項(xiàng)重要內(nèi)容，無論有無數(shù)模，都必須通過對齊，將機(jī)器坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系保持一比性。

于箱體類零件，基本都采用3-2-1方式建坐標(biāo)，利用面、線、點(diǎn)特征來確定坐標(biāo)軸和原點(diǎn)，通過建立工件坐標(biāo)系來將工件找正，這也是最

、最準(zhǔn)確的對齊方法。應(yīng)盡量選用加工好、范圍大的特征來作為建坐標(biāo)基準(zhǔn)，以減小對齊產(chǎn)生的誤差。通常，對于建立的坐標(biāo)系，還需要可

進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)等操作，以產(chǎn)生新的對齊。

于不規(guī)則形體，計(jì)算就要復(fù)雜得多。如果工件上有明確的特征點(diǎn)，如3個(gè)孔心，則通常測量出實(shí)際值，與理論值對應(yīng)，進(jìn)行3點(diǎn)找正。

們經(jīng)常會遇到工件上沒有明確特征的情況，即我們無法準(zhǔn)確的將測量值和理論值直接對應(yīng)。對于該情況，測量軟件常用的是迭代找正的方法

于單點(diǎn)觸發(fā)采數(shù)的測量機(jī)，通常是軟件在數(shù)模曲面上選取多點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn)，所選取的點(diǎn)應(yīng)能在全部6個(gè)自由度上固定零件，以防零件出

轉(zhuǎn)和移動，然后將測量機(jī)移動到工件上盡量對應(yīng)的位置采集實(shí)測點(diǎn)，軟件將測量點(diǎn)在數(shù)模上目標(biāo)點(diǎn)的附近區(qū)域進(jìn)行迭代找正，直到找正誤差

指定的精度內(nèi)。有的測量軟件在迭代超差時(shí)，將指導(dǎo)你重新測量到更接近的點(diǎn)進(jìn)行更準(zhǔn)確的計(jì)算。

有種情況是直接測量多個(gè)點(diǎn)，軟件將該點(diǎn)群與理論數(shù)模進(jìn)行最佳匹配計(jì)算，將點(diǎn)群與數(shù)模一步步對齊，直到點(diǎn)群與數(shù)模的偏差均方根最小

方法點(diǎn)數(shù)越多越準(zhǔn)，但同時(shí)計(jì)算越復(fù)雜，對計(jì)算機(jī)要求較高，通常在掃描點(diǎn)云的對齊中，用得比較多。

管每種軟件關(guān)于對齊都有不同的分類和特點(diǎn)，但基本主要采用以上方法。

、測尖補(bǔ)償

前，三坐標(biāo)測量機(jī)用得最多的是機(jī)械觸發(fā)式測頭，配以紅寶石測針，必然會帶來測尖補(bǔ)償?shù)膯栴}。

于平面、圓等標(biāo)準(zhǔn)特征，可以通過整體偏置的方式自動補(bǔ)償測頭，對于連續(xù)掃描的曲線，也可以用同樣的方式自動處理。但對于曲面測量時(shí)

常遇到的單點(diǎn)測量，如何解決測尖補(bǔ)償問題呢？

單獨(dú)對一點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，則必須知道補(bǔ)償?shù)姆较蚴噶�，也即是接觸點(diǎn)處的法向矢量方向。為了找到該法線方向，比較準(zhǔn)確的做法是，在測點(diǎn)的

邊測量個(gè)微平面，以該微平面的法向視為測點(diǎn)處曲面的法向，從而完成測尖補(bǔ)償。

于工件測點(diǎn)附本身曲率變化不大的地方，或者工件與數(shù)模本身偏差較小的情況下，如果要求不高，為了減少采點(diǎn)數(shù)，也可以不測量微平面

件直接以測點(diǎn)刺穿數(shù)模的方向矢量進(jìn)行測尖補(bǔ)償，即以數(shù)模上該處的法向矢量代替工件上實(shí)測處的法向矢量做為測尖補(bǔ)償?shù)姆较颉５�是如�?/p>

件與數(shù)模本身該處曲率偏差大，則測尖補(bǔ)償將不準(zhǔn)，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不可靠。

于非接觸式測頭，不存在測尖補(bǔ)償問題。

、理論值捕獲

解決了數(shù)模的導(dǎo)入和對齊后，理論值的捕獲就比較簡單。對于圓等標(biāo)準(zhǔn)特征，軟件只需要能從CAD數(shù)模上選取識別該特征，即可直接從

性中提取理論值。對于自動測量來說，就可以直接根據(jù)數(shù)模特征進(jìn)行編程，指導(dǎo)機(jī)器運(yùn)行到特征的理論值位置附近進(jìn)行測量。

于曲面工件上的點(diǎn)，通常分為曲面點(diǎn)和邊緣點(diǎn)，有的軟件分得更細(xì)。對于曲面上的點(diǎn)，通過直接測量，測量點(diǎn)沿?cái)?shù)模曲面法向投影到曲面上

可獲得理論點(diǎn)。但邊緣點(diǎn)就不同了，邊緣是CAD曲面的邊界所在，例如，鈑金件的邊，最簡單的如方體的棱邊等。如果要檢測邊緣上的點(diǎn)于測針無法直接準(zhǔn)確測量到，并且測頭的補(bǔ)償方向無法確定，因此，無法直接測量，只能采用間接測量的方式。通常，其處理原理如圖

示，為了測量邊緣上P點(diǎn)，可以在其兩邊測點(diǎn)。此例采用前3點(diǎn)用于確定上面，第4,5點(diǎn)確定邊界方向，而最后一點(diǎn)6確定目標(biāo)點(diǎn)的位置

投射到前面確定的邊所產(chǎn)生的點(diǎn)，視為邊緣測量點(diǎn)，其理論值為數(shù)模中曲面邊緣距其最近點(diǎn)。

過以上方式，即可實(shí)現(xiàn)邊緣點(diǎn)的檢測。具體到不同軟件，可能有不同的處理方法。

．曲面測量軟件現(xiàn)狀

于3D數(shù)模對曲面工件進(jìn)行檢測，在三坐標(biāo)機(jī)測量里屬于高級應(yīng)用范疇，一般在高端測量軟件才包含該功能。目前國內(nèi)市場上比較常見的如

C-DMIS的CAD++版，VIRTULDMIS等，它們是由WILCOX、ENTELEGENCE等專業(yè)測量機(jī)軟件公司開發(fā)而成。POWERINSPECT由于其在數(shù)模處理上的功能較強(qiáng)，也被引用到坐標(biāo)機(jī)上，它是由英國的CAD/CAM軟件商DELCAM提供，這也體現(xiàn)了測量機(jī)軟件與CA

件結(jié)合越來越緊密的趨勢。

實(shí)上，對于曲面質(zhì)量評價(jià)，作為曲面建構(gòu)、編輯、分析的一部分，CAD軟件制造商較早就有比較好的解決辦法，尤其是在逆向工程處理軟

，在將采集的點(diǎn)云處理成曲面后，往往需要比較點(diǎn)云和設(shè)計(jì)曲線、曲面的偏離，以便在保證精度的同時(shí)提高表面質(zhì)量。圖4為imagewa

對點(diǎn)云與曲面的比較分析，并以不同顏色梯度表示結(jié)果。

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