车身三坐标测量技术

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1、第5章车身三坐标测量技术5.1三坐标测量机的作用与类型5.2接触式三坐标测量机5.3非接触式三坐标测量机5.4测量点的数据处理5.5三坐标测量机在车身CAD的应用三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachines，CMM)是20世纪60年代发展起来的一种高效的精密测量设备。它广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零部件的尺寸、形状及相对位置的检测，例如轿车车身、箱体、导轨、涡轮、叶片、凸轮、缸体、齿轮等空间形面的测量。此外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可以对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大

2、、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型的精密仪器。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。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。随着生产规模日益扩大，加工精度不断提高，除了需要高精度三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。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

3、与“数控机床”或“加工中心”相配合的三维检测技术。5.1三坐标测量机的作用与类型1.三坐标测量机的作用(1)对复杂形状表面轮廓尺寸进行测量，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)提高三维测量的测量精度。目前高精度三坐标测量机的单轴精度，每米长度在1μm以内，三维空间精度达到1-2μm。对于车间检测用的三坐标测量机，每米测量精度单轴也达到3-4μm。(3)由于三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，而可促进自动生产线的发展。(4)大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入，不但便于数据处理，而且可以完成CNC(Compu

4、terizedNumericalControl)的控制功能，可大大缩短测量时间。2.三坐标测量机的类型(1)按照三坐标测量机的测量范围，可将它分为小型、中型与大型。小型三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。最长的坐标方向小于500mm。中型三坐标测量机的测量范围在500-2000mm。主要用于对模具类零件的测量。大型三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。近年来，非接触式的大型三坐标测量机应用较多。(2)按三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

5、是具有水平臂的三坐标测量划线机，单轴的最大测量不确定度大约在l×10-4L，空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-4L之间，其中L为最大测量程。中等精度的三坐标测量机的单轴最大测量不确定度大约为l×10-5L，空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-5L之间。高精度三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，单轴的最大测量不确定度大约为1×10-6L，空间的最大测量不确定度在(2~3)×10-6L之间。(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三坐标测量机和非接触式三坐标测量机。接触式测量的基本原理是力一变形原理，它可以进行触发式或者连续的数据采集

6、。接触式三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。按照主机的结构形式与运动关系分类，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，有激光三角测量法、激光测距法、结构光学法，以及图形分析法，工业计算机断层数据测量、磁共振成像术测量法、超声波法和层去扫描怯等。5.2接触式三坐标测量机接触式三坐标测量机是最早发展起来的一种三坐标测量设备，在车身制造行业应用广泛。接触式三坐标测量机可对车身油泥模型、白车身总成，及前挡风玻璃、仪表板、座椅等部件进行测量，也可以配合零件检测数据进行车身焊装质量的检测。5.2.1测量机

7、原理与基本结构1.测量机原理接触式三坐标测量机的原理是：将被测件置于三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。2.基本结构接触式三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5-5所示。1）主机（1）三坐标测量机主机的构造框架结构；标尺系统；导轨；驱动装置；平衡部件；转台与附件。(2)三坐标测量机主机的结构形式与材料三坐标测量机主机的结构形式可归纳为七大类：桥框式、悬