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1、在坐标测量技术中,需要通过测量的方法建立实际可见的坐标系,然后将测量点用坐标表示方法一一对应在坐标系中,再利用空间几何关系就可以获得所需的各测量数据。坐标测量机(CoordinateMeasuringMachines,简称CMM)是20世纪50年代发展起来的一种高效的精密测量设备。三维坐标测量是基于以下的客观要求而发展起来的。(1)越来越多的工件需要进行空间三维测量,而传统的测量方法不能满足生产的需要。(2)由于机械加工、数控机床加工及自动加工线的发展,生产节拍的加快,要求加快对复杂工件的检测。(3)随着生产规模日益扩
2、大,加工精度不断提高,除了需要高精度坐标测量机在计量室检测外,为了便于直接检测工件,测量往往需要在加工车间进行,或将测量机直接串联到生产线上。检验的零件数量加大,科学化管理程度加强,因而需要各种精度的坐标测量机,以满足生产的需要。(4)实现逆向工程的需要,例如随着汽车工业的发展,车身改型换代加快,往往要按已有的零件模型去仿制改型,所以需要测量出零件的三维形状数据。根据这些数据建模,再编制加工程序,然后将程序输入到数控机床加工模具。因此,需要与“数控机床”或“加工中心”相配合的三维检测技术。一、坐标测量机的作用(1)解决
3、了复杂形状表面轮廓尺寸的测量,例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测等。(2)提高了三维测量的测量精度,目前高精度的坐标测量机的单轴精度,每米长度内可达1μm以内,三维空间精度达到1~2μm。对于车间检测用的坐标测量机,每米测量精度单轴也达到3~4μm。(3)由于坐标测量机可与数控机床和加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统,从而促进了自动生产线的发展。(4)随着坐标测量机的精度不断提高,自动化程度不断发展,促进了坐标测量技术的进步,大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入,不但便于数据
4、处理,而且可以完成CNC(ComputerizedNumericalControl)的控制功能,可大大缩短测量时间。坐标测量工作的实质是将模拟量转化为数字量。测量结果的输出不仅是数值量,而且可以进行数据处理,甚至建立数字模型,进行实物编程,生成数控加工或绘图用的程序等。二、坐标测量机的类型(1)按照坐标测量机的测量范围,可将它分为小型、中型与大型。小型坐标测量机主要用于精密的模具、刀具、工具、首饰、微刻与集成线路板等。中型坐标测量机的测量范围在500~2000mm。此类型的规格较多,需求量大,主要用于对模具类零件的测量
5、。大型坐标测量机的测量范围大于2000mm,主要应用于汽车和飞机外形、发动机与推进器叶片等大型零件的测量与检测。(2)按坐标测量机的测量精度分类,有低精度、中精度和高精度的测量机。低精度的测量机主要是具有水平臂的坐标测量划线机,单轴的最大测量不确定度大约在1×10-4L,空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-4L,其中L为最大测量程。中等精度的坐标测量机的单轴最大测量不确定度大约在1×10-5L,空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-5L。高精度坐标测量机多称为精密型或计量型测量机,主要在计量室使用,单轴的最大
6、测量不确定度大约在1×10-6L,空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-6L。(3)按照测头是否和零部件表面接触,可以将测量机分为接触式坐标测量机和非接触式坐标测量机。接触式测量的基本原理是力变形原理,它可以进行触发式或者连续的数据采集。对于接触式坐标测量机又可以按自动化程度分类,分为手动型、机动型和CNC型。若按照主机的结构形式与运动关系分类,接触式坐标测量机可分为桥框式、龙门式、悬臂式、立柱式、卧镗式、仪器台式和极坐标式等。非接触式测量方法主要运用光学原理进行,它有激光三角测量法、激光测距法、结构光学法等,还有
7、图形分析法、工业计算机断层数据测量法、磁共振成像术测量法、超声波法和层去扫描法等。在接触式测量方法中,汽车用机械接触式坐标测量机是应用最为广泛的一种测量设备。而采用非接触式的光学(激光)测头的机械坐标测量机就成为非接触式坐标测量设备。一般将只带有光学测头,即电荷耦合器(ChargeCoupledDevice,简称CCD)摄像头的坐标测量机,称为光学测量机。目前,在车身非接触式测量方法中,激光三角法和结构光学法是比较常用的三维测量方法。接触式坐标测量机是最早发展起来的一种坐标测量设备,在汽车车身制造行业应用广泛。如图4-
8、1~图4-4所示。一、测量原理接触式坐标测量机的原理是:将被测件置于坐标的测量空间之内,测出接触点处的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,经过计算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置。二、基本结构接触式坐标测量机的基本结构可分为主机、测头、电气系统三大部分,如图4-5所示。1)主机(1)坐标测量机主机的结构如图4-6所示。①框架结构
