三坐標(biāo)測量機(jī)及其應(yīng)用

　　目前，機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等都廣泛使用三坐標(biāo)測量機(jī)。三坐標(biāo)測量機(jī)已成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制*的測量設(shè)備。

　　1.多種幾何量的測量

　　測量前，必須建立坐標(biāo)系，根據(jù)被測件的形狀特點(diǎn)選擇測頭，進(jìn)行測頭的定義和校驗(yàn)，并對被測件的安裝位置進(jìn)行找正。

　　（1）坐標(biāo)系的概念

　　1）機(jī)床坐標(biāo)系，也稱作絕對坐標(biāo)系。

　　機(jī)床坐標(biāo)系是測量機(jī)出廠時設(shè)定的，它的原點(diǎn)一般是在Ｘ、Ｙ、Ｚ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）標(biāo)尺的初始端。一般在測量機(jī)初始啟動時，都要“回零”，就是初始化回原點(diǎn)。如果不能正常回零，則在測量機(jī)軟件或硬件上存在某種錯誤。

　　一般在較低端的測量機(jī)（如較一般的劃線機(jī)）上，會用到機(jī)床坐標(biāo)系，它需要操作者將工件的某軸線擺放到機(jī)床坐標(biāo)系的相應(yīng)軸線平行，然后建立相對坐標(biāo)系再測量。

　　2）工件坐標(biāo)系

　　測量時一般都用工件坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是操作者在制件檢測前生成的坐標(biāo)系。

　　對于某些大型測量機(jī)，在需要承載能力較大的情況下，床身和工作臺分開安裝，也就是說，工作臺的變形、破壞不會影響到測量機(jī)本身的精度，此時必須用到工件坐標(biāo)系。

　　工件測量坐標(biāo)系設(shè)定后，即可調(diào)用測量指令進(jìn)行測量。

　　（2）角度的校驗(yàn)和觸頭的定義

　　在觸頭更換后，系統(tǒng)啟動需要把觸頭的定義輸入到的地方。由于一般系統(tǒng)采用的是自動補(bǔ)償接觸檢測、測量，也就是說，實(shí)際上檢測、測量的是接觸頭的球心，得到的結(jié)果是系統(tǒng)自動“加了一個半徑”。

　　觸頭或加長桿更換后，或在初次進(jìn)行零件檢測、測量時，必須要對側(cè)頭的各個擺角進(jìn)行校驗(yàn)，否者會在不同的角度測量（檢測）同一點(diǎn)值時出現(xiàn)偏差，這個偏差跟加長桿、探針長度、接觸頭的大小都有關(guān)系。

　　一般，大部分測量機(jī)廠家都是用標(biāo)準(zhǔn)球（也叫基準(zhǔn)球）進(jìn)行校驗(yàn)。

　　（3）工件找正

　　零件的找正，是指在測量機(jī)上用數(shù)學(xué)方法為工件的測量建立新的坐標(biāo)基準(zhǔn)。測量時，工件任意地放在工作臺上，其基準(zhǔn)線或基準(zhǔn)面與測量機(jī)的坐標(biāo)軸（x、y、z軸的移動方向）不需要精確找正，為了消除這種基準(zhǔn)不重合對測量精度的影響，用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，根據(jù)新基準(zhǔn)計(jì)算校正測量結(jié)果。

　　零件找正的主要步驟有：

　　①確定初始參考坐標(biāo)系。

　　②運(yùn)行找正程序。

　　③選定第一坐標(biāo)軸。

　　④調(diào)用相應(yīng)子程序進(jìn)行測量并存儲結(jié)果。

　　⑤選第二坐標(biāo)軸。

　　⑥調(diào)用相應(yīng)子程序進(jìn)行測量并存儲結(jié)果。

　　對于三維找正中的第三軸，系統(tǒng)自動根據(jù)右手坐標(biāo)準(zhǔn)則確定。

　　（4）觸頭選用

　　對于測量工件的材質(zhì)、形狀、測量部位，在測量前都是觸頭選擇的因素。如下圖左所示是柱形接觸頭，一般用于測量零件的輪廓邊界；下圖中所示是盤形接觸頭，一般用于測量寬的溝槽、有閉角的區(qū)域；下圖右所示是球頭接觸頭，它在生產(chǎn)實(shí)際中使用最多，孔、面、壁的檢測、測量都可以使用。

　　測量不同的形狀選用的觸頭

　　（5）觸頭運(yùn)動方式

　　觸頭在測量時，在運(yùn)動方向的選擇上，必須要在理論上保證測量數(shù)據(jù)的可靠性及準(zhǔn)確度。如下圖左，在測量一簡單的型面時，從p的進(jìn)給方向和從q的進(jìn)給方向測量的結(jié)果是不同的。這是由于軟件對球頭半徑補(bǔ)償所致。當(dāng)判斷出運(yùn)動方向?yàn)閜向進(jìn)給時，球頭半徑補(bǔ)償在p向，同理，如判斷為q向進(jìn)給時，補(bǔ)償方向在q向，二者的差值由此產(chǎn)生

　　測量進(jìn)給方向示意圖

　　2.實(shí)物程序編制

　　對于在數(shù)控機(jī)床上加工的、形狀復(fù)雜的零件，當(dāng)其形狀難于建立數(shù)學(xué)模型使程序編制困難時，常常可以借助于測量機(jī)。

　　通過對木質(zhì)、塑料、粘土或石膏制的模型或?qū)嵨锏臏y量，得到加工面幾何形狀的各項(xiàng)參數(shù)，經(jīng)過實(shí)物程序軟件系統(tǒng)的處理，輸出所需結(jié)果。例如，高速數(shù)字化掃描機(jī)，實(shí)際上是一臺連續(xù)掃描測量方式的坐標(biāo)測量機(jī)，主要用于對模具未知曲面進(jìn)行掃描測量，可將測得的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，根據(jù)模具制造需要，實(shí)現(xiàn)：

　　（1）對掃描模型進(jìn)行陰、陽模轉(zhuǎn)換，生成需要的CNC加工程序；

　　（2）借助繪圖設(shè)備和繪圖軟件，得到復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)圖樣，即生成各種CAD數(shù)據(jù)。