三坐标测量技术应用.docx

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三坐标测量技术应用

摘要

汽车、飞机等现代高新技术工业开展的突飞猛进，三坐标测量技术是关键控制技术手段。

而目前市场上三坐标测量机品牌较多，海克斯康三坐标是其中在中国目前应用最广泛的三坐标测量机，并配置国际最先进的数字控制系统及友好界面，因此,研究三坐标测量机的选择、零件的装夹、程序编辑应用、程序优化，对了解坐标测量机的测量过程质量和提高测量效率保证产品质量与机械性能不可以或缺。

对三坐标测量机分类，程序详细规划测量程序的步骤,并对模具强度要求做了说明.通过本设计,可以对注塑模具有一个初步的认识,注意到设计中的某些细节问题,了解坐标测量机构造及工作原理，同时也对测座、测头和PC-Dmis软件高级语言应用进展了学习。

关键词:

三坐标测量机PC-DMIS

Abstract

Cars,planesandothermodernhigh-techindustrydevelopmentbyleapsandbounds,threecoordinatemeasuringtechnologyisthekeycontroltechnology.Andcoordinatesmeasuringmachinebrandsonthemarketatpresentismore,sea,kangisoneofcoordinatesinChinaatpresentthemostwidelyusedcoordinatemeasuringmachine,andconfigurethemostadvanceddigitalcontrolsystemandfriendlyinterface,therefore,studiestheselectionofthreecoordinatemeasuringmachine,theclampingparts,theapplicationofprogrameditingandtheoptimization,theunderstandingofcoordinatemeasuringmachinemeasurementprocessqualityandimprovetheefficiencyofmeasurementtoensuretheproductqualityandmechanicalpropertiescan’torlackof.Tocoordinatemeasuringmachineclassification,programdetailedplanningmeasurementsteps,andthemoldstrengthrequirement.Throughthisdesign,injectionmoldhasapreliminaryunderstandingof,canbenoticedinthedesignofsomedetails,knowthestructureandworkingprincipleofcoordinatemeasuringmachine,butalsoonmeasuring,measuringheadandPC-DMISsoftwareapplicationsinahigh-levellanguageforlearning.

Keyword:

CoordinateMeasuringMachinePC-DMIS

设计者：

XXX

指导教师：

XXX

前言

近年来，三坐标测量技术应用和水平开展十分迅速，高效率、自动化、精度高、重复性、坐标测量机测量在测量质量管控中所占比例越来越大。

坐标测量机是将被测量零件放入它允许的测量行程，准确测量出被测零件空间外表点在相对应的坐标系下的位置，将这些实际测量点输入至海克斯康测量软件PC-DMIS中进展数据处理，构造成特征组或一般的测量几何特征，圆、圆槽、圆柱、球等。

再经过数据科学计算的方法得出其特征组或一般几何特征，再进展结果的评价与分析。

此毕业设计是根据目前在工厂中实际应用与经历总结的理论性、实践性相结合的设计。

在此次设计中，主要用到在所学的测量与互换性，以及机械设计、GDT等方面的知识。

着重说明了一个零件在需测量的一般流程，即需测量尺寸、测量机的选择及测针选择、测头文件的编辑，校验、测量程序的新建、编辑、优化、评价结果与输出等。

其中使用高级程序语句应用与解析是程序设计的重点与难点，主要包括条件判断语句、流程控制命令的使用，注释语句的使用，变量赋值的应用等。

通过此次设计，使我了解到三坐标测量编程时所经历的一般过程以及对测针选择、测头文件的配置要求，图纸的了解，高级程序的应用，同时也令我了解到需要将程序设计优化与实际进展有机的结合，界面更加友好，这对我后续的工作和学习有着深刻的影响与总结作用。

在完成大学本科两年半的课程后，我掌握了机械制图、机械设计、机械工程专业英语、测量与互换性等一系列根底知识的课程，而正是这次的毕业设计让我对所学知识有了一个系统的、全面的梳理、理解以及总结。

对于此次三坐标测量课题，我进展了大量的资料查询和导师的指导，对设计步骤有了更深层次的理解。

在导师的耐心指导、同学间的讨论以及自身的努力下，尽力去完本钱次的毕业设计。

在毕业设计中，我不仅深入学习到关于测量技术知识，同时也体会到沟通以及知识总结能力的重要性。

此次毕业设计中，要特别感施教师的耐心指导。

由于知识和实际经历有限，测量技术的不断飞速开展。

在设计中难免缺乏之处还望大家批评指正。

第1章概论

第1.1节坐标测量机目前的应用

三坐标〔CoordinateMeasuringMachine，简称CMM〕是现代制造型业与研发型企业不可或缺的精细测量仪器，是功能最强大、通用性、互换性极强的数字化测量设备。

在20世纪60年代研发出的一种新型、多功能的精细测量仪器。

一方面由于电子信息技术、数字控制技术以及精细加工技术的需求；另一方面由于自动数字控制机床的高效率、高精度加工以及越来越复杂几何特征与形位尺寸检测，1963年海克斯康测量技术研制出世界上第一台三坐标测量机。

三坐标测量技术的广泛应用表达了工业生产过程中的测量水平在逐步提升，也表达了我国工业生产质量由最初的制造出产品到管控产品测量水平也在逐步提升。

三坐标测量机既是高新技术产业的一个组成局部，又是高新技术批量生产的重要控制手段。

广泛应用于机械、国防军工、电子、汽车、模具、航空航天等重点领域。

目前中国是世界上现代生产制造业大国，从低端制造工业正在转型成为创新制造大国，其中，必不可少使用测量技术的监控。

然而在制造行业中有“万能测量机〞之称的坐标测量机的应用尤其是高端制造业提升和开展的关键技术。

研究和开展三坐标测量技术，降低产品检测时间，缩短工程开发进度周期，提高制造水平，产品质量，对于促进现代高端制造业的开展有着特别重要的意义。

第1.2节三坐标测量机技术的原理

三坐标测量机技术的原理：

任何形状都是由空间矢量点构成，然而所有的几何测量都可以归结为空间的点特征的测量。

因此需准确的进展空间点特征的采集，是评价任何二维尺寸、GD&T〔GeometricDimensioningandTolerancing〕尺寸的根底。

将矢量点准确的采集完成后的被测量点进展构造所需要特征，如特征组、圆、球、圆槽、再经过数据科学计算的方法进展结果的评价与分析。

第1.3节坐标测量机的根本组成与常用构造形式

1.3.1坐标测量机的根本组成

1〕坐标测量机主机

2〕控制系统

3〕测座、测头系统

4〕计算机测量软件，四局部组成完整的坐标测量机。

1.3.2坐标测量机主机的构造形式

1〕活动桥式测量机，是目前使用最为广泛的一种测量机构形式。

从字面理解为桥架道可移动式。

其特点是构造简单、上下装夹零件方便、零件在台面上装夹时不会影响测量机的正常运行，目视空间视角好，精度比拟高。

零件的重量对测量机沿导轨运动不产生任何影响，因石平台承载能力强，本身具有台面，不受地基影响，精度相对于固定桥式测量机稍差。

2〕固定桥式测量机，是目前使用较为广泛的一种测量机的机构形式。

从字面理解为桥架是被固定的，构造与活动桥式测量机类似。

其特点是相对于活动桥式构造更加稳定、刚性好、中央动台中心前后驱动，工作台固定不动。

因石平台不动，中央动台中心前后驱动这种构造使测量机测量精度非常高，是高精度与超高精度的首选构造。

3〕高架桥式测量机，是目前应用于大中型产品零件中广泛使用的一种测量机的机构形式，从字面理解为桥架是活动的X轴、Y轴、Z轴三个轴向相对于活动桥式测量机与固定桥式测量机都有超大的量程，构造与活动桥式测量机类似。

主要应用于如航空航天、船舶制造行业的大零件或者大型模具的测量，其特点是刚性好，对于大尺寸测量而言具有更高的精度、效率。

数十米的量程便是它最大的优势，因地基是与立柱与工作台面相连接的，整体的稳定性也是非常好的。

但是立柱的会影响操作人员的视角开阔性。

4〕水平臂式测量机，是目前应用于主机厂汽车白车车身与各种总成部件使用较为广泛的一种测量机的机构行式，从字面理解为不同于前面所讲的三款桥式测量机构造，为手臂式。

其特点是测量量程大，构造相对简单，相对于桥式测量机更便于X轴、Y轴两个轴向的测量，X轴、Y轴、Z轴的量程可到达数十米以上，相对于高架桥式测量机由于Z轴向较高，测量机的开敞性较好，操作人员的视角开阔性好。

1.3.2控制系统

这是坐标测量机的控制中枢，主要功能表达在

1）驱动坐标测量机的三个轴向运动，加减测针的触测运动速度。

当通过操纵盒或者计算机发出运动或触测指令零件与测头传感器接触时，测头传感器就会发出触测信号。

信号传递至控制中枢时，立即启动测头保护功能停顿运动，同时锁定此时接触的坐标数据反应至测量软件中，这就是测量机测量一个矢量点的坐标。

2〕

1.3.3坐标测量机测座、测头系统

1〕目前市场上Renishaw与Tesastar是常用测座、侧头系统，测座、侧头系统是数据采集的传感器系统，测座分为手动和自动两种类型。

主要区别于自动测座测量软件发出指令或者程序控制并驱动自动测座旋转到指定的位置。

手动测座当软件发出指令时，测座不响应指令，并弹出对话框提示人员由手动方式旋转测座到对应的角度。

2〕测头可分为三类，触发式测头、扫描式测头、非接触式测头，侧头是坐标测量机在探测时发送信号的装置，主要作用是发出信号到计算机软件系统，测量头的精度上下很大程度上决定了测量机的精度与重复性。

触发式测头是进展零件外表直接触测矢量点，进展数据的收集传输。

扫描式测头分为两种模式：

一种是触发模式，一种是扫描模式，扫描测头既可以触发式工作也可以扫描式工作。

非接触式测头是不在零件外表进展接触采用如激光、蓝光或影像扫描的方式采集轮廓三维数据进展零件与三维数模的比对测量。

1．3.4计算机测量软件

坐标测量机对于机器本体来说机器的精度主要取决于机械构造、测头、和控制系统。

实现交流功能那么由测量软件实现。

操作是否方便、快捷、也与软件应用有很大的关系。

现代计算机技术、科学计算算法和几何形状特征测量的迅速开展，其智能化程度提高，以前需使用专门的测量仪器才可以实现复杂零件测量的。

现在的三坐标测量机就可以完成，变的更加的高效、方便。

先进的结果评价算法不断的更新，使得评价出的结果更加具有可靠性及科学性。

目前在职公司使用的海克斯康PC-DMIS坐标测量机软件，该软件包括三种配置：

PC-DMISPRO,PC-DMISCAD和PC-DMISCAD++,Pro版本可进展根本的几何形状位置，及二维尺寸测量，单不支持导入三维数模，CAD版本可进展数模的导入，进展脱机的数模编程，CAD++版本增加侧头扫描的功能，在测量不规那么曲面时较常用。

第2章三坐标测量机的应用

三坐标测量机作为一个高精度的测量设备，精度是最关键的指标。

第2.1节主要技术指标

坐标测量机的技术指标主要有测量行程、测量精度、运动速度与分辨率。

第2.2节坐标测量机的功能

现代三坐标测量机软件的不断更新，其功能也取决与软件的不断开发。

1）根本尺寸验证。

一般的根本几何形状如圆、圆槽、球、平面等，对一般的几何形状进展形状位置、距离结果进展评价。

2）特殊测量需求。

例如模数大于1齿轮的齿形、齿向、齿距、对不规那么曲面的扫描，凸轮机构及各种螺纹参数的测量等。

3）逆向工程。

将已有的物理实物模型使用三坐标测量机采集3D数据点云，并处理数据输出。

第3章机型的介绍研究零件相关容表达

第3.1节软件与硬件选型与介绍

三坐标测量机，目前在中国市场上由于产地、制造商不同，相应的品牌与软件也繁多主要有蔡司〔ZEISS〕、日本三丰〔MITUTOYO〕、海克斯康〔HEXAGON〕、而目前我从事的工作是海克斯康三标测量工程师，这更好的将在学校里所学的专业课程知识应用到实际工作中去，下面就我所研究的三坐标测量机机型与测量软件做一个介绍：

1）硬件

本论文中介绍的三坐标机型属于移动桥式Explorer10.21.8，〔见图3-1〕采用气浮轴

承传动使运轴在运动时无摩擦，其原理就是将压缩的空气从气浮块的小孔中喷出，形成保护膜在气浮块与导轨之间。

这个气膜使测量机各个轴向在移动时无摩擦，保证测量机的精度及运行正常。

操纵盒〔见图3-2〕，在在手动模式下控制三个轴向的移动、移动速度、加载测头、暂停、停顿、加电等功能。

坐标测量机图〔3-1〕

操纵盒图〔3-2〕

2）软件

我所使用的软件是PC-DMISCAD,这款软件可以导入STP、IGES数模进展脱机编程。

配

合坐标测量机使用完成复杂产品零件的测量。

其精度到达0.3um。

PC-DMIS软件导入数模编程具有自动计算矢量功能，根本简单元素自动推测。

平安平面、平安空间、模拟生成运动路径、运动路径优化、碰撞测试等。

协助你在脱机的软件中模拟实际会发生的问题。

进展必要的修改优化，报告的导出，可按照自己制定的要求输出，图形格式，文本格式。

或自定义报告格式输出。

第3.2节零件的选取

选取我司开发制造用于FordNewMondeo车型上顶棚总控的按键保持架，名称为5ButtonCarrier，如下列图所示〔3-3〕

5按键保持架〔图3-3〕

第3.3节坐标测量机准备工作

3.3.1测量机的操作

1）开机，首先翻开进气阀，再翻开控制柜电源与坐标测量机软件，给设备加电，坐标

测量机回家。

完成5S。

2）查看附件图纸要求，了解测量要求与方法，规划测量方案。

并进展校验。

3.3.2根据图纸要求建立及测量规划方案选取SWIFT_FIX万用夹具〔附图3-4〕作为固定支撑夹具。

该装夹方案简单结实，便于批量测量，无须花费额外的费用，定制制作测量支架。

SWIFT_FIX万用夹具〔附图3-4〕

第4章图纸测量规划及分析

第4.1节图纸分析，明确测量项

1）对照测量零件、分析图纸、明确具体要求。

在正确理解工程标准语言，分析零件图纸，详细明确的了解每一个支末。

有助于后面的实际工作开展，另外还需明确是否应该使用坐标测量机进展检测，精度是否满足。

2）明确具体测量基准要求。

主要包括测量基准的选择，一般来说测量基准有零件的设计基准、工艺基准、检测基准。

在选择时一般按照这样的顺序选择，装配基准>加工（工艺）基准>设计基准。

3〕分析实现测量要求的测针配置

尽可能最少配置测量数量，提高效率。

根据实际零件状态选择测针，如外表粗糙度较差的毛坯那么使用侧头大直径的测针。

加长杆应不超过传感器最大加载长度。

4〕分析建立坐标系

建立坐标系分为粗建坐标系与精建坐标系，粗建坐标系为精建坐标系做铺垫，找到被测零件的大概位置后，进展精建坐标系的建立，之后进展自动测量特征与结果的评价。

坐标系建立方式有3-2-1建立坐标系，主要应用于坐标原点在零件本身、多为规那么的机加工件。

迭代法建立坐标系，最正确拟合建立坐标系。

主要应用于的原点不在工件本身、或无法找到相应的基准元素〔如线、面、孔等〕来确定轴向或原点，多为曲面类零件〔汽车、飞机的配件，这类零件的坐标系多在车身或机身上〕

5〕建立测量评价结果及顺序

确定测量顺序将大幅提高检测过程及结果输出的效率。

以上分析过程是零件检测的根底。

第4.2节装夹方案的设计

装夹的目的和根本原那么

为保证检测零件结果稳定性及重复性，便于特征测量。

并尽可能保证一次性装夹完成

所有特征元素的测量，防止二次装夹。

第4.3节确定检测基准及检查工程顺序、装夹方案的设计

1）零件尺寸最高精度+/-0.05，而三坐标测量机的精度为0.3um完全满足检测需求。

2）查看图纸设计基准结合实际零件后确定设计基准与装配基准一致。

我们将采用图纸基

准作为测量基准。

3）测针直径按照图纸最小直径为2mm，零件外表为精加工面，所以确定为选取适合加

长杆EXTEN20MM,测头选取TIP1BY20MM,作为测头配置文件。

〔附图4-1〕

测头配置文件〔附图4-1〕

4）坐标系的建立，将首先采用粗建坐标系在精建坐标系，由于此零件坐标原点不在零件

本身在坐标原点在车身上，将使用迭代法建立坐标系〔附图4-1〕。

迭代法建立坐标系〔附图4-1〕

5〕由于图纸尺寸前后都需进展测量，装夹选择将零件立在磁性支撑杆上，再使用502胶水粘合固定，不产生二次装夹及测针配置不需替换。

6〕我们将优先测量按键装配面再测量按键反面。

插入装夹图片

第5章测量程序的编写

第5.1节Carrier程序编写根本步骤及考前须知

5.1.1测量程序的根本步骤

1）翻开PC-DMIS软件新建测量程序并键入名称。

2）完成测量必须的准备工作。

3）导入数模按顺序采集需要的特征。

4）构造元素评价需要的结果

5）运行程序生成报告

5.1.2考前须知

1〕每次重新启动坐标测量机都需要回家。

2〕测针首先需要校验A0，B0角度后才可以再校验其他角度。

3〕测量与评价相应的元素时都需要选择对应的工作平面

4〕Carrier的基准较为复杂，有A、B、C基准，D、E、F基准，G、H、J基准。

在评价结果时要在对应的图纸基准下进展结果的评价。

5）增加平安平面的定义防止碰触。

第5.2节Carrier迭代坐标系的建立

5.2.1迭代法粗建坐标系

导入三维数模，在手动模式下使用自动特征〔附图5-1〕，依照图纸在三维数模上分别采集A、B、C、自动特征点〔附图5-2〕，使用迭代法进展粗坐标系的建立程序〔附图5-3〕。

自动特征〔附图5-1〕

自动特征〔附图5-2〕

粗坐标系建立的程序〔附图5-3〕

5.2.2迭代法精建坐标系

在手动模式建立完成坐标系后切换到DCC自动模式下再使用自动特征，依照图纸再次分别采集A、B、C、基准点，使用迭代法精建坐标系。

附图

5.2.3构造特征元素

评价的特征元素测量完毕，为了评价的需要，产生一些工件本身不存在的特征元素的功能。

如Carrier有拔模角的槽非一般几何形状，那么需要构造特征组进展结果的评价。

〔附图5-4〕

构造特征元素〔附图5-4〕

5.2.4评价形位公差

所需要的特征构造完毕后进展结果的评价〔附图5-5〕

形位公差评价〔附图5-5〕

第5.3节程序优化

1〕在程序编程完毕后需要对程序进展必要的优化，例如添加注释语句，便于任何测量人员可以读懂测量程序的大致流程与装夹摆放位置〔附图5-6〕。

从而将编写出的程序更加简洁、高效、便于后续的维护，能将测量工作带来非常大的便利。

注释语句〔附图5-6〕

2〕流程判断语句在我们平时测量零件时常常会使用同一个程序重复屡次测量多个零件，而零件摆放的位置几乎不变。

不可使用Ctrl+U时，每次使用手动方式触测，既费时又费力，如何在不手动建立坐标系的情况下，让坐标测量机自动测量，那么使用判断语句IF_GOTO就可以完成。

对需要判断的语句我们加上编辑注释ment1，当执行该注释语句后会跳出对应的对话框〔附图5-7〕测量程序如下〔附图5-8〕

流程判断语句〔附图5-7〕

测量程序〔附图5-8〕

第6章报告的输出

PC-DMIS提供6种标准模版格式报告的输出，常用的有文本格式〔附图6-1〕与CAD图形格式〔附图6-2〕

文本格式〔附图6-1〕

CAD图形格式〔附图6-2〕

结论

随着毕业的临近，毕业设计也接近尾声。

其中我也收获了很多。

随着我国工业和科技技术的迅速开展，坐标测量机得到愈来愈广泛的应用。

于是我在与指导教师的商讨下，选择了坐标测量机测量零件作为本次的课题。

通过本次毕业设计，我在指导教师的精心指导和严格要求下。

在这几个月以来的设计，我受益良多，不仅了解了现有三坐标测量的构造与其编程程序优化的提升，同时也了解了其他类型坐标测量。

在大学的两年半的课程里，我学习了工程制图，专业英语，互换性与测量技术等专业课程，在这次毕业设计中也得到了充分的应用。

在设计时，遇到许多理论知识有时很难到达实际需求时，我也及时与公司的同事与指导教师进展交流，反复推敲图纸设计意图与测量结果评价方法，从而到达相应的图纸设计者的要求。

理论知识的学习不能离开实际应用中的总结。

在特别感施教师在百忙之中抽出时间为我精心辅导，完成了本次设计。

参考文献

[1]罗晓晔.王慧珍.发波.机械检测技术.2015.第二版.大学

[2]王伯平.互换性与测量技术.2011.第三版.机械工业

[3]海克斯康应用技术论文集.海克斯康测量技术〔〕公司

[4]PC-DMIS参考手册〔下册〕.海克斯康测量技术〔〕公司

致

毕业设计很快就要完毕了，在此首先要感XXX教师对我的指导和催促，X教师给我指出了正确的设计方向，防止了在设计过程中多走弯路，X教师的催促使我一直把毕业设计放在心里，充分利用所学的专业知识，保证按质按量的完成。

做毕业设计的的过程中，发现自己所学的知识还有待大幅的提升，在此次毕业设计中，教师、同事、同学、也给予了我很大的帮助，我们在一起探讨、研究。

由于时间仓促，已经个人知识、经历的有限，以上只是坐标测量机编程应用的局部表达，其他功能还有待我们日后的进一步研究、发现、应用。

假设有缺乏之处，还请各位指导教师指正。

最后感你们的一路的陪伴与教诲。

您，X教师。