测量设备培训资料(共48页)
47页1、概述,坐标测量零件外形的数据采集通过特定的测量设备和测量方法获取零件外表离散点的几何坐标数据,高效、高精度地实现样件外表的数据采集,是实施逆向工程的第一步。目前实物坐标测量的范围和手段以惊人的速度开展,基于光学、声学、磁学、卫星遥感、三维微观摄像等的测量设备,能够获得大如星球、天体,小如细胞分子结构的各种三维数据。,测量设备的分类,实物测量,接触式,非接触式,破坏式,机械手,CMM,自动断层扫描,光学,声学,声波定位仪,MRI磁共振,结构光,激光三角形,电磁学,激光测距法,干预测量法,图像分析法,影响数据采集质量的因素,测量方法本身的精度仪器的校准测量范围的限制夹具阻挡、样件自身结构阻挡采集数据的局部缺少被测物体外表的光洁度零件数据的统计性分布,接触式坐标测量机,接触式测头种类及其工作原理,(a)硬式测头 (b)触发式测头 (c)模拟式测头接触式测头工作原理图,硬式测头,通过手动测头接触工件外表,由人眼及感觉做出判断,再利用脚踏开关触发。记录触发时接触点坐标值。由于接触力的大小和接触点的判断完全依赖于操作者的感觉,极易产生误差,多用于精度要求不太高的小型测量机,本钱较低、操作简单。按形
2、状可分为圆锥测头、圆柱形测头、球形测头、回转半圆和回转四分之一柱面测头、盘形测头、凹圆锥测头、点测头、V形块测头及直角测头等。,MicroScribe,采用硬式测头的小型测量仪MicroScribe,主要用于实验室教学时对较小实物模型的测量。精度0.3mm左右。,触发式测头,触发式测头利用电子开关机构,当测头碰到样件外表,由接触力控制电子机构的开关,由电信号的通断控制坐标值的读取。触发式测头的触发信号由电子开关控制,故其重复性、准确性较高,测量精度可达1m甚至更高,是现代三坐标测量机最常用的测头。按照测头电子开关机构所用的传感器可以将触发式测头分为电触式测头、压电式开关测头、应变片式测头。,模拟式测头,模拟式扫描式测头在接触被测工件后,连续测得接触位移,测头的转换装置输出与测杆的微小偏移成正比的信号,该信号和精密量仪的相应坐标值叠加便可得到被测工件上点的精确坐标。假设不考虑测杆的变形,扫描式测头是各向同性的,故其精度远远高于触发式测头。该类测头的缺点是结构复杂,制造本钱高,目前世界上只有少数公司可以生产。,三坐标测量机CMM,三坐标测量机是典型的接触式测量设备,20世纪60年代开展起来
3、的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛地应用于制造、电子、汽车和航空航天等工业部门。起初是作为一种检测仪器,对零件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。此外,还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路等,由于三坐标测量机具有对连续曲面进行扫描来制备数控加工程序的功能,因此一开始就被选为逆向工程的主要数字化设备并一直使用至今。,三坐标测量机CMM,三坐标测量机根本原理 将被测物体置于三坐标机的测量空间,它通过感知测量头与工件外表的接触,可获得被测物体上各测点的坐标位置,根据测点的空间坐标值,经计算可求出被测的几何尺寸、形状和位置。在三坐标测量机上装置分度头、回转台或数控转台后,系统具备了极坐标柱坐标系测量功能,这种具有X、Y、Z、C四轴的坐标测量机称为四坐标测量机。按照回转轴的数目,也可有五坐标或六坐标测量机。,三坐标测量机CMM,三坐标测量机需要三个方向的标准器(标尺),利用三个相互垂直的导轨实现沿相应方向的运动,还需要三维测头对被测物进行探测和瞄准。此外,测量机还具有数据自动处理和自动检测等功能,需要由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大局部。
4、,三坐标测量机的组成,三坐标测量机的组成,主机框架结构 标尺系统 导轨 驱动装置 平衡部件 转台与附件,三坐标测量机的组成,三维测头 三维测头可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移,以实现瞄准和测微两项功能。主要有硬测头、电气测头、光学测头等。,三坐标测量机的组成,电气系统电气控制系统计算机硬件局部测量机软件打印与绘图装置,将三坐标测量机应用在逆向工程中,测量可通过人工操作逐点测量,也可通过编制测量程序进行测量规划实现连续或间断式数据测量,采集曲面的外形数据。在逐点式扫描测量时,通常是将测头在横向以等速或等间距逐点移动,再以等时间或等间距位置量取样件在Z轴的坐标。但当工件轮廓有明显起伏变化时,需要增加测量点来提高分辨率,最简单的方式是取X+Z为常数,X、Z分别是横向和纵向坐标的步长。当Z变大时,X变小,测量点将更加密集。即当样件斜率变大时,测量速度减慢,此动作称为速度跟踪。,三坐标测量机的主要特点 不受物体外表颜色及光照的限制;对物体边界也能产生较准确的测量结果;测量精度高一般能到达u级;由于测头的限制,可能丧失某些测头不可到达的细节数据;不能测量软材料物体;测量速度受到机构运动的限制;
5、测量过程需要较多人工干预,对大型自由曲面产品的测量效率较低。,机械手式测量机,机械手式测量机也是一种接触式测量设备,与三坐标测量机相比没有精密的工作台、立柱、导轨等装置,机械手臂为关节式机构,具有多自由度。可用作弹性坐标测量机,传感器可装置在其爪部,各关节的旋转角度可由旋转编码器获取,由机构学原理可求得传感器在空间的坐标位置。使用时操作者手持测量手臂,末端探针接触被测量物体外表时按下按钮,记录坐标和探针手柄方向,并通过串口线传回测量软件。这种测量机几乎不受方向限制。可在工作空间做任意方向的测量,一般用于大型钣金模具件的逆向工程测量。特点:精度相对CMM要低些,但测量范围大,受被测物体的体积、形状等的限制较少,测量机本身结构小巧,测量方式相对灵活,适合在线测量。其他方面与CMM相似。,光学测量设备,非接触式测量主要运用光学原理进行数据采集,主要方法有激光三角形法、激光测距法、结构光法、图形分析法、干预测量法等,光学测量设备具有测量速度快、自动化程度高等优点,由于没有接触压力和摩擦力,消除了样件受力变形导致的测量误差,非常适合对各种复杂模型快速地进行大规模数据采集。,光学测量基理,光学测量
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