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1、三坐标测量的基础知识三坐标测量的基础知识测头 探测系统是由测头及其附件组成的系统，测头是测量机探测时发送信号的装置，它可以输出开头信号，亦可以输出与探针偏转角度成正比的比例信号，它是坐标测量机的关键部件，测头精度的高低很大程度决定了测量机的测量重复性及精度；不同零件需要选择不同功能的测头进行测量。扫描测头触发测头激光测头测头分类1.触发测头与扫描测头触发测头（Trigger probe）: 又称为开关测头，测头的主要任务是探测零件并发出锁存信号，实时的锁存被测表面坐标点的三维坐标值。扫描测头（Scanning Probe）: 又称为比例测头或模拟测头，此类测头有的不仅能作触发测头使用，更重要的

2、是能输出与探针的偏转成比例的信号（模拟电压或数字信号），由计算机同时读入探针偏转及测量机的三维坐标信号（作触发测头时则锁存探测点的三维坐标值），以保证实时的得到被探测点的三维坐标。 由于取点时没有机械的往复运动，因此采点率大大提高，扫描测头用于离散点测量时，由于探针的三维运动可以确定该点所在表面的法矢方向，因此更适于曲面的测量。2.接触式测头与非接触式测头 接触式测头（Contact Probe）:需与待测表面发生实体接触的探测系统。 非接触式测头（Non-Contact Probe）:不需与待测表面化发生实体接触的探测系统；例如光学探测系统。触发式测头的原理接触式触发测头的基本结构接触器断开

3、TP20机械测头 包括3个电子接触器，当测杆接触物体使测杆偏斜时，至少有一个接触器断开，此时机器的X、Y、Z光栅被读出。这组数值表示此时的测杆球心位置。触发式测头的原理触发测头工作时的基本动作 上图所示为测头处于回位状态。探针接触被测物体并与物体接触的力通过测头内部的弹簧力平衡，探针产生弯曲；探针绕测头内部支点转动，造成一个或两个接点断开，在断开前测头发出触发信号；然后机器回退，测头复位。触发式测头的原理触发测头工作时的电气原理 触发测头通过触点形成电气回路；当测头与零件接触时测力增加，接触面积减小，电阻增加，当电阻到达阈值时，测头发出触发信号。如下图所示：矢量 矢量可以被看做一个单位长的直线

4、，并指向矢量方向。相对于三个轴的方向矢量。I方向在X轴，J方向在Y轴，K方向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和-1之间，分别表示与X、Y、Z夹角的余弦。IKMicroval, MicroXcel & Xcel Machine Axes Convention JXZY+I+J+K矢量方向 矢量用一条末端带箭头的直线表示，箭头表示了它的方向。X、Y、Z表示三坐标测量机的坐标位置，矢量I、J、K表示了三坐标测量机三轴正确的测量方向。 在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的方向，即测头触测后的回退方向。Z(+K )XY(+J )45(+I )I = 0.707J = 0.707 K = 045

5、度方向矢量余弦误差 矢量的另一个很重要的作用是软件利用矢量方向进行测头补尝。DCC模式下，当测量一点后机器沿着与被测点矢量方向相反的方向进行触测，如果触测方向不正确，将引起一个“余弦误差”。错误的触测方向正确的触测方向坐标系 在DCC三坐标测量机上测量工件区别于传统的测量另一个主要特点是测量效率高。效率高源于两个方面：一是具有数据自动处理程序；二是对待测工件易于安装定位，通过测量软件系统对任意放置的工件建立零件坐标系，进行坐标转换，实现自动找正。 精确的测量工作中，正确地建坐标系，与具有精确的测量机，校验好的测头一样重要。由于我们的工件图纸都是有设计基准的，所有尺寸都是与设计基准相关的，要得到

6、一个正确的检测报告，就必须建立零件坐标系，同时，在批量工件的检测过程中，只需建立好零件坐标系即可运行程序，从而更快捷有效。坐标系类型 三坐标测量中常使用三种类型坐标系：直角坐标系、极坐标系和球坐标系。 由于直角坐标系可用线性转换矩阵实现坐标变换，故在三坐标测量机中大都以直角坐标系作为坐标系转换基础。 直角坐标系：指由三条数轴相交于原点且相互垂直建立的坐标系，又称笛卡尔直角坐标系。三坐标测量机坐标系分类第一种分类： 机器坐标系：三坐标测量机测头所在位置为原点，以X、Y、Z坐标轴构成的直角坐标系。 零件坐标系：指在被测工件上建立起来的坐标系，是为了修正被测工件摆放误差而建立的坐标系。第二种分类：

7、直角坐标系：X、Y、Z 极坐标系： A(极角)、 R(极径)、 H(深度值即Z值) ZYXxzyRHXZA建立直角坐标系常规建立坐标系的方法：3-2-1方法1、测量3点确立一个基平面。（点1、2、3）2、测量2点确定一条直线，即主轴正方向。（点4、5）3、测量1点，确定主轴原点。（点6）工作平面 工作平面用来指示二维元素计算的平面。在测量时，元素计算和探头补偿中使用工作平面。RationalDMIS在“工作平面”选项里可以选择所需的面，作为当前的工作平面。“最近的CRD平面”这个窗口接受从元素数据区拖放平面元素. 这种情况下平面元素用来做计算和探头补偿。探头补偿需要工作平面的元素有：点元素和边

8、界点元素；计算需要工作平面的元素有：直线元素, 圆元素, 弧元素, 椭圆元素, 键槽元素和曲线元素；对于其他所有元素, 工作平面选择窗口会自动隐藏起来；工作平面90 deg +Y0 deg 45 deg 135 deg180 deg225 deg270 deg315 deg例：XY工作平面测量圆元素+ X工作平面例：平面元素做工作平面测量圆基本几何元素点最小点数: 1位置: XYZ 位置矢量: 无形状误差: 无2维/3维: 3维实例Y555Z输出 X = 5 Y = 5 Z = 5基本几何元素直线最小点数: 2位置: 重心矢量:第一点到最后一点。形状误差: 直线度2维/3维: 2维/3维输出

9、X = 2.5 I = -1 Y = 0 J = 0 Z = 5 K = 0Y555ZX12基本几何元素圆最小点数:3位置: 中心矢量*:相应的截平面矢量形状误差:圆度2维/3维:2维输出 X = 2 Y = 2 Z = 0 I = 0 J = 0 K = 1 D = 4 R = 2 Y555ZX* 圆的矢量只是为了测量。不单独描述元素的几何特征。213基本几何元素平面最小点数: 3位置: 重心矢量: 垂直于平面形状误差:平面度2维/3维: 3维输出 X = 1.67 I = 0.707 Y = 2.50 J = 0.000 Z = 3.33 K = 0.707Y555Z123基本几何元素圆柱

10、最小点数: 5位置: 重心矢 量: 从第一层到最后一层形状误差: 圆柱度2维/3维: 3维实例输出: X = 2.0 I = 0 D = 4 Y = 2.0 J = 0 R = 2 Z = 2.5 K = 1Y555ZX541623基本几何元素球最小点数: 4位置: 中心矢量*: 如右图向上形状误差: 球度2维/3维: 3维5输出: X = 2.5 I = 0 D = 5.0 Y = 2.5 J = 0 R = 2.5 Z = 2.5 K = 1Y55ZX*球的矢量只是为了测量。并不描述元素的几何特征。3421基本几何元素圆锥最小点数: 6位置: 顶点矢量: 从小圆到大圆形状误差: 锥度2维/

11、3维: 3维55输出: X = 2.0 I = 0 A = 43deg Y = 2.0 J = 0 Z = 5.0 K = 1Y5ZX254136尺寸公差与形位公差尺寸公差： 最大极限尺寸减最小极限尺寸之差，或上偏差减下偏差之差。它是允许尺寸的变动量。 注：尺寸公差是一个没有符号的绝对值。形位公差：加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种形状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。 尺寸公差50.8 .1225.4 .1225.4 .120.240.24实例圆的常规公差尺寸公差点到平面的三维距离PLN1PNT1DISTANCE实例:形位公差0.15AA0.15 mm宽的公差带实际表面的可能方位。A实例垂直度形位公差350.5AA35A0.5 mm宽的公差带实际表面的可能方位。实例垂直度形位公差40300.15A200.2DiaBonusMMC19.8000.1519.900.100.2520.000.200.3520.100.300.4520.200.400.55实例位置度最大实体条件 公差标准项目符号