1,济南德仁三坐标测量机有限公司,——三坐标知识入门教程,2,目 录,第一讲：三坐标测量器,第二讲：测头系统,第三讲：Probe校正,第四讲：Probe菜单,第五讲：基本要素,第六讲：坐标系,第七讲：几何公差,第八讲：追加要素,第九讲：圆柱坐标系,第十讲：附加内容,实习,,,,,,,,,,,,3,10,26,43,37,63,56,81,83,88,91,3,第一讲 三坐标测量机 CMM（Coordinate Measure Machine）,常用的长度测量工具日常生活中我们听到“次元”这个词，所谓次元是指测量长度的基准轴按照轴的个数划分为几次元，通常有以下几种： 1. 一维（1D）工具：游标卡尺、千分尺、高度尺等特点：有一个标有刻度的轴2. 二维（2D）工具：工具显微镜、投影仪等特点：有两个标有刻度的轴组合在一起，有感知位置的敏感装置，可以同时读取两轴的数据3. 三维（3D）工具：三坐标测量机CMM（Coordinate Measure machine),返回目录,4,二 三坐标测量机(CMM)1. 概念：三坐标测量机是一种三维(3D)测量工具，具有x、y、z三个基准轴，根据“左手定则”规定三轴相互垂直，有能够感知位置信息的测头系统，通过测头系统感知出某一位置的角度、方向等信息，将其输入NeuroMeasure中进行计算、分析处理，并输出其结果，这样的三维测量器械就是三坐标测量机。
2. 构成：CMM由三部分构成1> 电子部分：控制箱（Controller）2> 机械部分：主机（Body）3> 软件部分：电脑（PC）和5个软件注意：开关机我们来看一下CMM的主机部分，上面有两个按钮：EMERGENCY STOP(紧急停机) 和 START(开机)开机：按照emergency stop按钮上标示的方向旋转，之后按下start按钮有些机器开关是ON和OFF两个按钮开主机后等待约30秒键盘小显示器显示x,y,z的值后，再打开NM软件，否则会显示“通信错误”打开NM后首先要搜索原点关机：按下emergency stop按钮即可，一般先关软件再关主机5,3. 电子部分：控制箱（Controller）,,,0.3 秒,0.3 秒,如图所示：Controller是CMM的控制部件，与Body和PC之间以0.3秒间隔不断地进行通信连接4. 机械部分：主机（Body）,在这里着重讲一下主机的核心部分：光栅尺和空气轴承⑴ 光栅尺（Scale）光栅尺位于各轴的大理石板上，一般为黄色的长条，它是利用光学原理读取数据的6,下面讲一下光栅尺读取数据的原理：光栅尺和读数头结合读取数据光栅尺和读数头都是光学原理的器件，有明暗格变化。
下面分别讲一下：,,,,,,,Scale,Scale head,光线发射部分,光线接收部分,光栅尺结构图：,光栅尺原理图：,,Scale,Scale head,,,,,,,,,Scale的明格,Scale head的明格,Scale的暗格,Scale head的暗格,7,如上图所示：当Scale head的阴影部分和Scale的阴影部分重合时，达到下图所示的最亮点，当正好错开一格时，为如图所示的最暗点如上图所示：我们公司用雷尼绍(ReinShow)的光栅尺，它的最小间隔为0.02mm， 即：一个周期为：0.02mm注意：将最小的间隔划分为多少份，就是CMM中分辨率的概念，如：将最小 间隔划分为100等份的话，其分辨率为：0.02mm/100=0.0002mm=0.2um 再比如，我们公司某类产品可达到0.5um的精度，那么它是将最小间隔0.02mm 划分成了40等份，即：0.2mm/40=0.0005mm=0.5um最亮点,最暗点,,0.02 mm,8,⑵ 空气轴承（Air bearing）空气轴承一般用空气压缩机供气，气压一般在2 ~ 2.5kg.f/cm 之间2,,,,,,Air bearing,进空气,出空气,根据使用目的、功能、环境等的不同，可以对Air bearing进行大小、尺寸、形状等的设计。
由于CMM型号的不同，所使用的Air bearing的尺寸也不同，从而所使用的气压大小也是不同的一般，气压尽量控制在4kg.f/cm 以内需要注意的是：空气轴承在通气后与底板滑道之间会形成一个3~5ｕｍ的气垫特别注意：Air bearing与滑道的加工精度很高，充气后的间距非常的小，滑道对卫生要求非常高，所以一定要保持滑道部分的清洁在每次用完CMM后最好用酒精擦一下滑道部分还要注意，当酒精挥发完以后再使用CMM2,,,７~10ｕｍ,9,5. 软件：Neuro Solution System 5个软件1> NeuroMeasure (NM): 通用测量软件2> NeuroSurf (NS): 曲面测量软件3> NeuroChart (NC): 对测量数据统计、分析、报告等4> NeuroCAD (NCAD): 模拟测量5> NeuroView (NView): 非接触CCD测量6. 应用领域：各种复杂工件的测量、精加工生产领域、逆向工程等10,第二讲 测头系统(Probe Head System),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z 轴,PH10M,,,,,测球,测针杆(SE),触发式测头(TP),连接转换器(PAA),测头座(probe head),,,,A,,测头系统示意图,返回目录,,11,1. PHS在CMM中的位置：测头系统连接在Z轴下方。
2. PHS的功能：PHS是CMM的探测部分，是直接与被测物体进行接触的部件，根据图纸要求进行测量 3. PHS的构成：由图可以明显的看出PHS主要由一下部分组成：,12,1>. 测头座(Probe Head)PH的作用：角度转换(有A、B两个方向),,PH10M,PH10T,MIP,MIH,,自动旋转Motorized)： 利用电机来完成自动旋转,多样化(Multi-wired)： 可以交替使用多种测头,：可自动旋转式,,手动式,PH的种类,13,★自动式旋转时：A方向的角度旋转范围为：0°~105°B方向的角度旋转范围为：0°~±180°B方向旋转时：顺时针为负；逆时针为正以7.5°为一个步长进行旋转 ★手动式旋转时：A方向的角度旋转范围为：0°~90°B方向的角度旋转范围为：0°~±180°B方向旋转时：顺时针为负；逆时针为正以15°为一个步长进行旋转14,2>. 连接转换器 (PAA)作用：使各种各样的测头通过PAA与测头座连接起来3>. 测头种类：⑴接触式测头：TP (Trigger Probe) ⑵扫描式测头：SP (Scanning Probe) ⑶激光式测头：OTP (Optical Trigger Probe)一般用于大量读取数据，如：用在逆向 工程(没有图纸)中。
特点：能够在较短的时间内获取大量的 数据，但价格非常高 ⑷摄像式测头：CCD,15,接触式测头TP有多种型号，常用的有TP2和TP20两种，其触发原理相同，结构有所不同⑴ TP2是一体化的，是一个整体，针对不同侧针杆可以手动调节弹簧其结构如下：,,,,,,,,,,,,,,“L”型扳手,弹 簧,测针杆,测 球,触发部分,16,“L”型扳手用于调节弹簧⑵ TP20由主体和模块两部分组成，不同型号对应不同长度的测针杆，不用手工调节结构如下：,,,,,,,,,,,,,,,,主体 (body),模块(module),测 针 杆,测 球,,弹 簧,触发部分,17,TP触发原理：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图1：触发前的通路状态,触发部分截面图,测针杆固定位置,,,120°,18,,,,,,,,,,,,,,,,,,探测前,,,,,,,,,,,,,,,,,,探测中,,探测方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,探测后,,,探测方向,19,如图探测前、中、后的电流情况：在探测中触发信号：由于探测中测杆发生了微小的形变，导致触发部分断路，从而形成了一个触发信号。
此时NeuroMeasure就可以记录下触点的信息,,,,,探测前,探测中,,,,,,,,,,,,探测后,20,触发部分的状态如图所示:,,,,,,,,,,,,,图1：触发时的断路状态,触发部分截面图,测针杆固定位置,,,120°,21,TP20对TP2的改进⑴改进的必要性TP2是一体的，顶部可用“L”型扳手对弹簧进行调节，但这只是微量上的影响，当使用不同质量、不同长度的测杆时对弹簧的影响较大，对测量精度的影响较大⑵TP20的特点①将TP分成了Body和Module两部分，通过磁性连接在一起更换更为方便、安全，这样更换测杆时只需换TP的Module部分即可②每种Module对应一定型号的测杆，可根据说明书进行更换22,注意：TP部分是一个消耗品，有使用寿命(使用次数、使用时间)的限制23,4>. 测针杆有许多种不同材质的测针杆，如：铁的、陶瓷的、磁纤维的、黑铅等注意：当测针很长时，可以用黑铅或陶瓷材质的，以减少自身的重量 5>. 测球⑴. 一般为工业红宝石材质，颜色为红色，直径在0.3~8毫米之间有多种形状的测球，如：球形、半球形、蝶形、点式、圆柱形等24,⑵. 球形是较为常用的测球，当测量特殊的工件时有可能用到不同形状的测球，例如：①. 当测量较深的工件时有可能用到半球形的测球。
②. 蝶形一般适用于如下形状的工件：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,球形,半球形,蝶形,,,,,25,③. 点式测头一般适用于如下形状的工件：,,,,,,,,,,,④.圆柱形测头一般适用于如下形状的工件：,,,,,薄工件,26,第三讲 Probe校正,,,,Ｚ,Ｘ,Ｙ,MCS(0,0,0),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,基准球,返回目录,27,1Probe校正的重要性：在讲Probe校正之前，我们先要知道Probe校正的重要性为了说明这个问题，咱们先来看一下千分尺“调零”的例子：我们知道千分尺在使用前都需要“调零”，这是每次使用前的准备工作千分尺可用多种工具“调零”，如：①两端直接接触 ②基准量块 ③某一其它量块同样道理，我们在使用CMM时，为了在测量时得到图纸上所要求的精度，需要对CMM自身进行调整，在测量前对其进行误差补偿，这就是我们正要讲的Probe校正用到的工具：基准球基准球是一标准件，我们用直径为25mm的基准球，在校正时将其输入到软件中校正时应将基准球固定在CMM的整板上，从(0,0)方向上开始对基准球测量，在校正步骤中将对其进行详细讲解。
28,3Probe校正的目的：⑴. 计算测球的直径⑵. 计算出各测头的相对位置即：通过Probe 校正让系统知道以上两项但是，为什么要知道它们呢? 要理解这个问题，我们需要知道校正目的的必要性，下面对其进行讲解★校正目的的必要性：⑴. 校正测球直径，主要用于半径补偿⑵. 校正各测头相对位置，主要让CMM知道测头的姿势、位置、从哪个方向进行补偿29,4 计算原理：如下图所示,,,,,,,,,,,,,,o,D,Dm,,d,基准球,测 球,基准球直径,测球直径,测得的直径,30,由图知：D是基准球的直径，由于基准球是一标准件，所以D是已知的，我们用到的是25mm的Dm是测量值，是过测球球心所组成的大圆的直径d是测球的理论直径而我们测量得出的测球直径记为：d’，他应满足如下等式：d’=Dm-D理论上d’=d,但是测量时我们会发现有一个d’