三坐標測量機及其應用

　　目前，機械制造業、汽車工業、電子工業、航空航天工業和國防工業等都廣泛使用三坐標測量機。三坐標測量機已成為現代工業檢測和質量控制*的測量設備。

　　1.多種幾何量的測量

　　測量前，必須建立坐標系，根據被測件的形狀特點選擇測頭，進行測頭的定義和校驗，并對被測件的安裝位置進行找正。

　　（1）坐標系的概念

　　1）機床坐標系，也稱作絕對坐標系。

　　機床坐標系是測量機出廠時設定的，它的原點一般是在Ｘ、Ｙ、Ｚ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）標尺的初始端。一般在測量機初始啟動時，都要“回零”，就是初始化回原點。如果不能正常回零，則在測量機軟件或硬件上存在某種錯誤。

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

　　2）工件坐標系

　　測量時一般都用工件坐標系，該坐標系是操作者在制件檢測前生成的坐標系。

　　對于某些大型測量機，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本身的精度，此時必須用到工件坐標系。

　　工件測量坐標系設定后，即可調用測量指令進行測量。

　　（2）角度的校驗和觸頭的定義

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

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

　　一般，大部分測量機廠家都是用標準球（也叫基準球）進行校驗。

　　（3）工件找正

　　零件的找正，是指在測量機上用數學方法為工件的測量建立新的坐標基準。測量時，工件任意地放在工作臺上，其基準線或基準面與測量機的坐標軸（x、y、z軸的移動方向）不需要精確找正，為了消除這種基準不重合對測量精度的影響，用計算機對其進行坐標轉換，根據新基準計算校正測量結果。

　　零件找正的主要步驟有：

　　①確定初始參考坐標系。

　　②運行找正程序。

　　③選定第一坐標軸。

　　④調用相應子程序進行測量并存儲結果。

　　⑤選第二坐標軸。

　　⑥調用相應子程序進行測量并存儲結果。

　　對于三維找正中的第三軸，系統自動根據右手坐標準則確定。

　　（4）觸頭選用

　　對于測量工件的材質、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、有閉角的區域；下圖右所示是球頭接觸頭，它在生產實際中使用最多，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）觸頭運動方式

　　觸頭在測量時，在運動方向的選擇上，必須要在理論上保證測量數據的可靠性及準確度。如下圖左，在測量一簡單的型面時，從p的進給方向和從q的進給方向測量的結果是不同的。這是由于軟件對球頭半徑補償所致。當判斷出運動方向為p向進給時，球頭半徑補償在p向，同理，如判斷為q向進給時，補償方向在q向，二者的差值由此產生

　　測量進給方向示意圖

　　2.實物程序編制

　　對于在數控機床上加工的、形狀復雜的零件，當其形狀難于建立數學模型使程序編制困難時，常常可以借助于測量機。

　　通過對木質、塑料、粘土或石膏制的模型或實物的測量，得到加工面幾何形狀的各項參數，經過實物程序軟件系統的處理，輸出所需結果。例如，高速數字化掃描機，實際上是一臺連續掃描測量方式的坐標測量機，主要用于對模具未知曲面進行掃描測量，可將測得的數據存入計算機，根據模具制造需要，實現：

　　（1）對掃描模型進行陰、陽模轉換，生成需要的CNC加工程序；

　　（2）借助繪圖設備和繪圖軟件，得到復雜零件的設計圖樣，即生成各種CAD數據。