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三坐標測量機基本概念
發布時間:2016-04-27   點擊次數:1944次

三坐標測量機

三坐標測量機在機械、電子、儀表、塑膠等行業廣泛使用。三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的zui有效的方法之一,因為它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規,并把復雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘,這是其它儀器而達不到的效果。

組成

三坐標測量機的組成:

1、主機機械系統(X、Y、Z三軸或其它);

2、 測頭系統;

3、 電氣控制硬件系統;

4、 數據處理軟件系統(測量軟件);

三坐標測量機在現代設計制造流程中的應用逆向工程定義:將實物轉變為CAD模型相關的數字化技術,幾何模型重建技術和產品制造技術的總稱。

設計流程

  廣義逆向工程:包括幾何逆向,工藝逆向,材料逆向,管理逆向等諸多方面的系統工程。

正向工程: 產品設計-->制造-->檢驗(三坐標測量機)

逆向工程

早期:美工設計-->手工模型(1:1)-->3軸靠模銑床

當今:工件(模型)-->3維測量(三坐標測量機)-->設計à制造

逆向工程設備:

1、測量機:獲得產品三維數字化數據(點云/特征);

2、曲面/實體反求軟件:對測量數據進行處理,實現曲面重構,甚至實體重構;

3、 CAD/CAE/CAM軟件;

4、 數控機床;

技術難點

1,獲得產品的數字化點云(測量掃描系統);

2, 將點云數據構建成曲面及邊界,甚至是實體(逆向工程軟件);

3, 與CAD/CAE/CAM系統的集成(通用CAD/CAM/CAE軟件);

4, 為快速準確地完成以上工作,需要經驗豐富的專業工程師(人員)。

主要特征

三坐標測量在同軸度檢測是我們在測量工作中經常遇到的問題,用三坐標進行同軸度的檢測不僅直觀且又方便,三次元、2.5次元與三坐標其測量結果精度高,并且重復性好。
  2D影像測量儀在汽車零部件生產企業,有很多產品需要進行嚴格的同軸度檢查,特別是出口產品的檢查更加嚴密,如EATON差速器殼、AAM撥叉、主減速器殼、三次元、2.5次元、二次元等。因此能否準確地測量出此類零件的同軸度對以后的裝配有著一定的影響。

影響同軸度因素

三坐標測量影響同軸度的因素
  三坐標在國標中同軸度公差帶的定義是指直徑公差為值t,且3D影像測量與三坐標測量儀的基準軸線同軸的圓柱面內的有區域。它有以下三種控制要素:①軸線與軸線;②軸線與公共軸線;③圓心與圓心。
  2.5次元測量影響同軸度因素
  2.5次元在影響同軸度的主要因素有被測元素與基準元素的圓心位置和軸線方向,特別是軸線方向。如在基準圓柱上測量兩個截面圓,用其連線作基準軸。在被測圓柱上也測量兩個截面圓,構造一條直線,然后計算同軸度。假設基準上兩個截面的距離為10 mm,基準*截面與被測圓柱的*截面的距離為100 mm,如果基準的第二截面圓的圓心位置與*截面圓圓心有5μm的測量誤差,那么基準軸線延伸到被測圓柱*截面時已偏離50μm(5μmx100÷10),此時,二次元和2.5次元即使被測圓柱與基準完全同軸,其結果也會100μm的誤差(同軸度公差值為直徑,50μm是半徑)。

結構特點

1、單邊活動橋式結構,顯著提高運動性能,確保測量精度及穩定性。

2、三軸導軌均采用高精密天然花崗巖,具有相同的溫度特性及剛性。

3、三軸導軌均采用自潔式預載荷高精度空氣軸承,運動更平穩,導軌受磨損。

4、RENISHAW自粘開放式金屬光柵尺,更接近花崗巖基本的熱膨脹系數,提高了設備的穩定性。

5、采用公司自主研發的軟件,使儀器測量更加。

測量原理

三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的zui有效的方法之一,因為它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規,并把復雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘。三坐標測量機的功能是快速準確地評價尺寸數據,為操作者提供關于生產過程狀況的有用信息,這與所有的手動測量設備有很大的區別。將被測物體置于三坐標測量空間,可獲得被測物體上各測點的坐標位置,根據這些點的空間坐標值,經計算求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置。

應用領域

主要用于機械、汽車、航空、*、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量,還可用于電子、五金、塑膠等行業中,可以對工件的尺寸、形狀和形位公差進行精密檢測,從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。

模具行業

三坐標測量機在模具行業中的應用相當廣泛,它是一種設計開發、檢測、統計分析的現代化的智能工具,更是模具產品的質量技術保障的有效工具。當今主要使用的三坐標測量機有橋式測量機、龍門式測量機、水平臂式測量機和便攜式測量機。測量方式大致可分為接觸式與非接觸式兩種。

模具的型芯型腔與導柱導套的匹配如果出現偏差,可以通過三坐標測量機找出偏差值以便糾正。在模具的型芯型腔輪廓加工成型后,很多鑲件和局部的曲面要通過電極在電脈沖上加工成形,從而電極加工的質量和非標準的曲面質量成為模具質量的關鍵。因此,用三坐標測量機測量電極的形狀*。 三坐標測量機可以應用3D數模的輸入,將成品模具與數模上的定位、尺寸、相關的形位公差、曲線、曲面進行測量比較,輸出圖形化報告,直觀清晰的反映模具質量,從而形成完整的模具成品檢測報告。 在某些模具使用了一段時間出現磨損要進行修正,但又無原始設計數據(即數模)的情況下,可以用截面法采集點云,用規定格式輸出,探針半徑補償后造型,從而達到完好如初的修復效果。

當一些曲面輪廓既非圓弧,又非拋物線,而是一些不規則的曲面時,可用油泥或石膏手工做出曲面作為底胚。然后用三坐標測量機測出各個截面上的截線、特征線和分型線,用規定格式輸出,探針半徑補償后造型,在造型過程中圓滑曲線,從而設計制造出全新的模具。

三坐標測量機以其高精度高柔性以及優異的數字化能力,成為現代制造業尤其是模具工業設計、開發、加工制造和質量保證的重要手段。

*、測量機能夠為模具工業提供質量保證,是模具制造企業測量和檢測的選擇。測量機在處理不同工作方面的靈活性以及自身的高精度,使其成為一個仲裁者。在為過程控制提供尺寸數據的同時,測量機可提供入廠產品檢驗、機床的校驗、客戶質量認證、量規檢驗、加工試驗以及優化機床設置等附加性能。高度柔性的三坐標測量機可以配置在車間環境,并直接參與到模具加工、裝配、試模、修模的各個階段,提供必要的檢測反饋,減少返工的次數并縮短模具開發周期,從而zui終降低模具的制造成本并將生產納入控制。

第二、測量機具備強大的逆向工程能力,是一個理想的數字化工具。通過不同類型測頭和不同結構形式測量機的組合,能夠快速、的獲取工件表面的三維數據和幾何特征,這對于模具的設計、樣品的復制、損壞模具的修復特別有用。此外,測量機還可以配備接觸式和非接觸式掃描測頭,并利用PC-DMIS測量軟件提供的強大的掃描功能,完成具備自由曲面形狀特征的復雜工件CAD模型的復制。無需經過任何轉換,可以被各種CAD軟件直接識別和編程,從而大大提高了模具設計的效率。

具體來說,在模具制造企業中應用測量機完成設計和檢測任務時,要密切關注測量基準的選擇、測頭的標定和選擇、測點數及測量位置的規劃、坐標系的建立、環境的影響、局部幾何特征的影響、CNC控制參數等多方面的因素。這當中的每一個因素,都足以影響測量結果的和效率。

汽車行業

坐標測量機是通過測頭系統與工件的相對移動,探測工件表面點三維坐標的測量系統。通過將被測物體置于三坐標測量機的測量空間,利用接觸或非接觸探測系統獲得被測物體上各測點的坐標位置,根據這些點的空間坐標值,由軟件進行數學運算,求出待測的幾何尺寸和形狀、位置。因此,坐標測量機具備高精度、率和性的特點,是完成各種汽車零部件幾何量測量與品質控制的理想解決方案。

汽車零部件具有品質要求高、批量大、形狀各異的特點。根據不同的零部件測量類型,主要分為箱體、復雜形狀和曲線曲面三類,每一類相對測量系統的配置是不盡相同的,需要從測量系統的主機、探測系統和軟件方面進行相互的配套與選擇。

發動機制造業

發動機是由許多各種形狀的零部件組成,這些零部件的制造質量直接關系到發動機的性能和壽命。因此,需要在這些零部件生產中進行非常精密的檢測,以保證產品的精度及公差配合。在現代制造業中,高精度的綜合測量機越來越多的應用于生產過程中,使產品質量的目標和關鍵漸漸由zui終檢驗轉化為對制造流程進行控制,通過信息反饋對加工設備的參數進行及時的調整,從而保證產品質量和穩定生產過程,提高生產效率。

在傳統測量方法選擇上,人們主要依靠兩種測量手段完成對箱體類工件和復雜幾何形狀工件的測量,即:通過三坐標測量機執行箱體類工件的檢測;通過測量設備,例如齒輪檢測儀、凸輪檢測設備等完成具有復雜幾何形狀工件的測量。因此對于從事生產復雜幾何形狀工件的企業來說,完成上述產品的質量控制企業不僅需要配置通用測量設備,例如三坐標測量機,通用標準量具、量儀,同時還需要配置檢測設備,例如各種尺寸類型的齒輪檢測儀器,凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業的計量部門需要配置多類型的計量設備和從事計量操作的專業檢測人員,計量設備使用率較低,同時企業負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設備使用和維護費用;企業無法實現柔性、通用計量檢測。因此,降低企業的測量成本,計量人員的培訓費用,測量設備的使用和維修費用,達到提高測量檢測效率的目的,使企業具備生產過程的實時質量控制能力,這將關系到企業在市場活動中的應變能力,對幫助企業建立并維護良好的市場信譽,具有重要的決定作用。

使用方法

三坐標測量儀簡稱CMM,自六十年代中期*臺三坐標測量儀問世以來,隨著計算機技術的進步以及電子控制系統、檢測技術的發展,為測量機向高精度、高速度方向發展提供了強有力的。

CMM按測量方式可分為接觸測量和非接觸測量以及接觸和非接觸并用式測量,接觸測量常于測量機械加工產品以及壓制成型品、金屬膜等。本文以接觸式測量機為例來說明幾種掃描物體表面,以獲取數據點的幾種方法,數據點結果可用于加工數據分析,也可為逆向工程技術提供原始信息。掃描指借助測量機應用軟件在被測物體表面特定區域內進行數據點采集。此區域可以是一條線、一個面片、零件的一個截面、零件的曲線或距邊緣一定距離的周線。掃描類型與測量模式、測頭類型及是否有CAD文件等有關,狀態按紐(手動/DCC)決定了屏幕上可選用的“掃描”(SCAN)選項。若用DCC方式測量,又具有CAD文件,那么掃描方式有“開線”(OPEN LINEAR)、“閉線”(CLOSED LINEAR)、“面片”(PATCH)、“截面”(SECTION)及“周線”(PERIMETER)掃描。若用DCC方式測量,而只有線框型CAD文件,那么可選用 “開線”(OPEN LINEAR)、“閉線”(CLOSED LINEAR)和“面片”(PATCH)掃描方式。若用手動測量模式,那么只能用基本的“手動觸發掃描”(MANUL TTP SCAN)方式。若在手動測量方式,測頭為剛性測頭,那么可用選項為“固定間隔”(FIXED DELTA)、“變化間隔”(VARIABLE DELTA)、“時間間隔”(TIME DELTA)和“主體軸向掃描”(BODY AXIS SCAN)方式。

注意事項

編輯

正確使用三坐標測量儀對其使用壽命、精度起到關鍵作用,應注意以下幾個問題:

1、工件吊裝前,要將探針退回坐標原點,為吊裝位置預留較大的空間;工件吊裝要平穩,不可撞擊三坐標測量儀的任何構件。

2、正確安裝零件,安裝前確保符合零件與測量機的等溫要求。

3、 建立正確的坐標系,保證所建的坐標系符合圖紙的要求,才能確保所測數據準確。

4、當編好程序自動運行時,要防止探針與工件的干涉,故需注意要增加拐點。

5、對于一些大型較重的模具、檢具,測量結束后應及時吊下工作臺,以避免工作臺長時間處于承載狀態。

維護保養

編輯

由于壓縮空氣對三坐標測量儀的正常工作起著非常重要的作用,所以對氣源的維修和保養非常重要。其中有以下主要項目:

1、每天使用三坐標測量儀前檢查管道和過濾器,放出過濾器內及空壓機或儲氣罐的水和油。

2、一般3個月要清洗隨機過濾器和前置過濾器的濾芯??諝赓|量較差的周期要縮短。因為過濾器的濾芯在過濾油和水的同時本身也被油污染堵塞,時間稍長就會使測量機實際工作氣壓降低,影響三坐標測量儀正常工作。一定要定期清洗過濾器濾芯。

導軌保護

三坐標測量儀的導軌是測量機的基準,只有保養好氣浮塊和導軌才能保證測量機的正常工作。三坐標測量儀導軌的保養除了要經常用酒精和脫脂棉擦拭外,還要注意不要直接在導軌上放置零件和工具。尤其是花崗石導軌,因其質地比較脆,任何小的磕碰會造成碰傷,如果未及時發現,碎渣就會傷害氣浮塊和導軌。要養成良好的工作習慣,用布或膠皮墊在下面,保證導軌安全。

工作結束后或上零件結束后要擦拭導軌。每天都要擦拭導軌油污和灰塵,保持氣浮導軌的正常工作狀態。

數據管理

一、數據轉換

數據轉換的任務和要求:

(1)將測量數據格式轉化為CAD軟件可識別的IGES格式,合并后以產品名稱或用戶的名稱分類保存。

(2)不同產品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數據應存放在不同的文件中,并在IGES文件中分層分色。

數據轉換使用《三坐標測量數據處理系統》完成,操作方法見軟件用戶手冊。

二、重定位整合

1 、應用背景

在產品的測繪過程中,往往不能在同一坐標系將產品的幾何數據一次測出。其原因一是產品尺寸超出測量機的行程,二是測量探頭不能觸及產品的反面,三是在工件拆下后發現數據缺失,需要補測。這時就需要在不同的定位狀態(即不同的坐標系)下測量產品的各個部分,稱為產品的重定位測量。而在造型時則應將這些不同坐標系下的重定位數據變換到同一坐標系中,這個過程稱為重定位數據的整合。

對于復雜或較大的模型,測量過程中常需要多次定位測量,zui終的測量數據就必需依據一定的轉換路徑進行多次重定位整合,把各次定位中測得的數據轉換成一個公共定位基準下的測量數據。

2 、重定位整合原理

工件移動(重定位)后的測量數據與移動前的測量數據存在著移動錯位,如果我們在工件上確定一個在重定位前后都能測到的形體(稱為重定位基準),那么只要在測量結束后,通過一系列變換使重定位后對該形體的測量結果與重定位前的測量結果重合,即可將重定位后的測量數據整合到重合前的數據中。重定位基準在重定位整合中起到了紐帶的作用.

PID控制是:比例,積分,微分控制的縮寫。

P參數:決定系統對位置誤差的整個響應過程。數值越低,系統越穩定,不產生振蕩,但剛性差,到位誤差大;數值越高,剛性越好,到位誤差小,但系統可能產生振蕩。

I 參數:控制由于摩擦力和負載引起的靜態到位誤差。數值越低,到位時間越長;數值越高,可能在理論位置上下振蕩。

D參數:此參數通過阻止誤差變化過沖給系統提供阻尼和穩定性。數值越低,使系統對位置誤差響應快;數值越高,系統響應越慢。

日常保養

三坐標測量機的組成比較復雜,主要有機械部件、電氣控制部件、計算機系統組成。平時我們在使用三坐標測量機測量工件的同時,也要注意機器的保養,以延長機器的使用壽命。下面我們從七個方面說明三坐標測量機的基本保養。

三坐標測量機的機械部件有多種,我們需要日常保養的是傳動系統和氣路系統的部件,保養的頻率應該根據測量機所處的環境決定。一般在環境比較好的精測間中的測量機,我們推薦每三個月進行一次常規保養,而如果用戶的使用環境中灰塵比較多,測量間的溫度濕度不能*測量機使用環境要求,那應該每月進行一次常規保養,對測量機的常規保養,應了解影響測量機的因素:

1.壓縮空氣對測量機的影響

1)要選擇合適的空壓機,另有儲氣罐,使空壓機工作壽命長,壓力穩定。

2)空壓機的啟動壓力一定要大于工作壓力。

3)開機時,要先打開空壓機,然后接通電源。

2. 油和水對測量機的影響

由于壓縮空氣對測量機的正常工作起著非常重要的作用,所以對氣路的維修和保養非常重要。其中有以下主要項目:

每天使用測量機前檢查管道和過濾器,放出過濾器內及空壓機或儲氣罐的水和油。

每天都要擦拭導軌油污和灰塵,保持氣浮導軌的正常工作狀態。

3. 對測量機導軌的保護要養成良好的工作習慣。

用布或膠皮墊在下面,保證導軌安全。

工作結束后或上零件結束后要擦拭導軌。

當我們在使用測量機時要盡量保持測量機房的環境溫度與檢定時一致。另外電氣設備、計算機、人員都是熱源。在設備安裝時要做好規劃,使電氣設備、計算機等與測量機有一定的距離。測量機房加強管理不要有多余人員停留。高精度的測量機使用環境的管理更應該嚴格。

4. 空調的風向對測量機溫度的影響

測量機房的空調應盡量選擇變頻空調。變頻空調節能性能好,zui主要的是控溫能力強。在正常容量的情況下,控溫可在±1℃范圍內。

由于空調器吹出風的溫度不是20℃,因此決不能讓風直接吹到測量機上。有時為防止風吹到測量機上而把風向轉向墻壁或一側,結果出現機房內一邊熱一邊涼,溫差非常大的情況。

空調器的安裝應有規劃,應讓風吹到室內的主要位置,風向向上形成大循環(不能吹到測量機),盡量使室內溫度均衡。

有條件的,應安裝風道將風送到房間頂部通過雙層孔板送風,回風口在房間下部。這樣使氣流無規則的流動,可以使機房溫度控制更加合理。

5. 空調的開關時間對機房溫度的影響

許每天早晨上班時打開空調,晚上下班再關閉空調。待機房溫度穩定大約4小時后,測量機精度才能穩定。

這種工作方式嚴重影響測量機的使用效率,在冬夏季節精度會很難保證。對測量機正常穩定也會有很大影響。

6. 機房結構對機房溫度的影響

由于測量機房要求恒溫,所以機房要有保溫措施。如有窗戶要采用雙層窗,并避免有陽光照射。門口要盡量采用過渡間,減少溫度散失。機房的空調選擇要與房間相當,機房過大或過小都會對溫度控制造成困難。

在南方濕度較大的地區或北方的夏天或雨季,當正在制冷的空調突然被關閉后,空氣中的水汽會很快凝結在溫度相對比較低的測量機導軌和部件上,會使測量機的氣浮塊和某些部件嚴重銹蝕,影響測量機壽命。而計算機和控制系統的電路板會因濕度過大出現腐蝕或造成短路。如果濕度過小,會嚴重影響花崗石的吸水性,可能造成花崗石變形?;覊m和靜電會對控制系統造成危害。所以機房的濕度并不是無關緊要的,要盡量控制在60%±5%的范圍內。

空氣濕度大、測量機房密封性不好是造成機房濕度大的主要原因。在濕度比較大地區機房的密封性要求好一些,必要時增加除濕機。

7. 改變管理方式防止”假期綜合癥”

解決的辦法就是改變管理方式,將“放假前打掃衛生”改為“上班時打掃衛生”,而且要打開空調和除濕機清除水份。要定期清潔計算機和控制系統中的灰塵,減少或避免因此而造成的故障隱患。

使用標準件檢查機器是非常好的,但是相對來說比較麻煩,只能是一段時間做一次。比較方便的辦法是用一個典型零件,編好自動測量程序后,在機器精度校驗好的情況下進行多次測量,將結果按照統計規律計算后得出一個合理的值及公差范圍記錄下來。操作員可以經常檢查這個零件以確定機器的精度情況。

Z軸平衡的調整

測量機的Z軸平衡分為重錘和氣動平衡,主要用來平衡Z軸的重量,使Z軸的驅動平穩。如果誤動氣壓平衡開關,會使Z軸失去平衡。處理的方法:

1) 將測座的角度轉到90,0,避免操作過程中碰測頭。

2) 按下“緊急停”開關。

3) 一個人用雙手托住Z軸,向上推、向下拉,感覺平衡的效果。

4) 一人調整氣壓平衡閥,每次調整量小一點,兩人配合將Z軸平衡調整到向上和向 下的感覺一致即可。

行程終開關是用于機器行程終保護和HOME時使用。行程終開關一般使用接觸式開關或光電式開關。開關式zui容易在用手推動軸運動時改變位置,造成接觸不良??梢赃m當調整開關位置保證接觸良好。光電式開關要注意檢查插片位置正常,經常清除灰塵,保證其工作正常。

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