淺析三坐標測量技術(shù)

張秋艷

摘要：本文從三坐標測量機的組成與工作原理構(gòu)成著手，探究三坐標測量機當中建立坐標系，并對三坐標測量方法及其實際運用進行詳細的分析，分析三坐標測量在產(chǎn)品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用并給出了具體檢測步驟與測量中的注意事項。對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，有利于及時糾正生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的偏差。三坐標測量機已廣泛應(yīng)用到工程車輛制造工作中。只有運用高精度的測量機，才能得到令人滿意的檢測結(jié)果。

關(guān)鍵詞：三坐標測量;實際應(yīng)用;發(fā)展;形位公差

引言

隨著工業(yè)化發(fā)展需要，要求零件的高度互換性，對尺寸、位置、形狀公差的要求，推動了幾何量計量的發(fā)展。

三坐標測量技術(shù)是以空間點的位置為基礎(chǔ)的，精確進行空間點坐標的采集，精密地測出被測零件表面的點在X、Y、Z三個坐標位置的數(shù)值，根據(jù)這些點的坐標數(shù)值經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過數(shù)學計算得出形狀、位置公差及其它幾何量數(shù)據(jù)，以此來評定零件的幾何形狀。三坐標測量機它廣泛地用于機械制造、汽車和航空航天等工業(yè)中。它可以進行零件和部件的尺寸、形狀及相互位置的檢測。

一、三坐標測量機的組成

三坐標測量機主要由主機、軟件（數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集測頭/測座四部分系統(tǒng)組成。其中主機又包括了平臺、框架結(jié)構(gòu)、光柵系統(tǒng)、導軌、驅(qū)動裝置、平衡部件與附件。運行方式一般是通過相關(guān)的程序指令來進行零件中的位置信息的收集，在通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)進行分析最后輸出用戶需要的測量結(jié)果。

二、三坐標測量的工作原理

三坐標測量的原理是：將被測物體置于三坐標測量機的平臺上，移動探頭回機器坐標原點，測量機接收計算機發(fā)來的指令后，通過使用三軸光柵從零點來進行計數(shù)，自動校正機器坐標原點誤差在允許范圍之內(nèi)。探頭采集被測物體上測點建立以被測零件的三個典型特征方向建立新的零件坐標系，在有圖紙的情況下，對此零件各種要素進行測量可以非常方便地構(gòu)造要素而且進行評價是與圖紙對比非常直觀。在精確測出被測零件表面點在空間中的坐標位置后，根據(jù)這些點的空間坐標值，構(gòu)建平面、圓、直線、圓柱等，經(jīng)過數(shù)學運算，求出被測的幾何尺寸、形狀和位置，擬合形成測量元素如圓球圓柱圓錐曲面等得到形狀位置公差及其它幾何數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)，打印報告。顯然，對任何復雜的幾何表面與形狀，只要測量機的測頭能夠瞄準（或測量）到的地方，就可測出它們的幾何尺寸和相互位置關(guān)系，并借助于計算機完成數(shù)據(jù)處理。

三、三坐標測量的操作步驟

三坐標測量儀的測量功能有物體的尺寸、定位、幾何精度及輪廓精度等。按照測量儀對應(yīng)的操作步驟，可以對物體開展測量，測量步驟大體如下。

步驟1：完成準備工作。根據(jù)項目與測量對象的要求，根據(jù)圖紙中要求的測量物體的測量基準，位置尺寸，形位公差等要求，啟動泵源，等待上氣完成，打開電腦，啟動三坐標控制系統(tǒng)，進入軟件系統(tǒng)界面，完成準備工作。

步驟2：將被測零件放置與平臺上，用夾具做好定位，固定工件，選擇更換測頭，自動校正機器坐標系，采集零件監(jiān)測點建立零件坐標系，使設(shè)備坐標與零件坐標統(tǒng)一。

步驟3：手動操作采集檢測點開展實際測量。開始對測量元素進行測量比對，經(jīng)過分析并調(diào)試使之符合要求。

步驟4：檢查數(shù)據(jù)是否準確。若發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)有誤或者有仍需要測量的地方，可以進行重復性測量，以保證測量的質(zhì)量與數(shù)據(jù)的準確性。

步驟5：生成測量報告。根據(jù)測量調(diào)試結(jié)果，工作人員分析數(shù)據(jù)，整理測量數(shù)據(jù)后打印測量報告。

四、三坐標測量的應(yīng)用

4.1構(gòu)造被測要素法

以生產(chǎn)當中加工臺階孔圓柱度為例進行分析，零件的臺階孔的大小在生產(chǎn)過程中有著極為重要的作用。但是由于臺階面本身構(gòu)型，大小不一。所以在測頭進行測量就會遇到較大的難度。在三坐標檢測機運用操作當中，手動采集一層3點構(gòu)造圓，2層六點構(gòu)造圓柱，引入三坐標測量計算機來輔助數(shù)據(jù)的分析，圓柱度是否在圖紙要求范圍之內(nèi)，從而能夠極大的提高數(shù)據(jù)分析的精準性以及快速性。

4.2轉(zhuǎn)換測量基準法

在對比較復雜的模型的測量時，常常會出現(xiàn)基準同被測量的要素出現(xiàn)不一致的情況，因為這種工件具有較為特別的性質(zhì)，因此對其精度的測量就極難，所以以往的檢測手段或檢測方法就不能夠滿足其檢測要求。在這種情況下，需要使用到轉(zhuǎn)換基準法，是把被測物要素同中間的基準進行對比以及計算，然后經(jīng)過換算來確定需要檢測的元素與實際基準相互間的關(guān)聯(lián)。在實際操作當中，就夠極大降低操作的復雜度，把工件穩(wěn)定在加工正面，也就會導致工藝基準、被測要素沒有保持在同一平面的情況出現(xiàn)。因而就需要通過實際測量來進行基準的相互變換。實際的操作當中，使用到同一個平面當中的兩點來進行定位，從而獲得實際的基準。進一步構(gòu)建坐標系隨后測量出具體的坐標值。然后通過對工件的坐標信息進行反置，從而獲得實際的坐標系。

4.3其他尺寸測量應(yīng)用

在實際的機械制造當中機械產(chǎn)品需要收集很多尺寸數(shù)據(jù)，從而得到比如零部件的直線度、圓度、平面度、平行度等的大小數(shù)據(jù)，此外還需要針對角度、球同心度、和輪廓的尺寸進行測定，是因為這些零件會牽涉到幾何問題，因而對于零件的實際空間信息的測定就會比較的困難。比如在機械行業(yè)中廣泛應(yīng)用的球體，有時當球體圓度不足時，會嚴重影響使用效果，導致球體提前磨損而失效。這個時候通過使用三坐標測量機進行數(shù)據(jù)的處理就十分的重要，它能夠把形狀公差縮小在極小的范圍當中。

結(jié)論

隨著設(shè)計技術(shù)、生產(chǎn)制造技術(shù)和測量技術(shù)的不斷發(fā)展，三坐標測量機已經(jīng)應(yīng)用到汽車制造的每一具體環(huán)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計提供了越來越先進的技術(shù)檢測手段，成為了汽車設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢測所必不可少的一種工具。三坐標測量機采用先進的傳感技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)及計算機控制技術(shù)，具有較高的數(shù)據(jù)采集和處置效率配合先進的測量方法。三坐標測量機可以高速高效地實現(xiàn)復雜工件的各種測量需求。三坐標測量技術(shù)已經(jīng)是先進設(shè)計與制造技術(shù)必不可少的檢驗手段。通過利用基于三維模型的三坐標測量技術(shù)。在測量時，建立合理的工件坐標系實現(xiàn)工件位置、角度、長度、尺寸的評價，效果良好。將先進的三坐標測量技術(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)，充分發(fā)揮其檢測的高精度、高效率、萬能性的優(yōu)點，可以促進汽車制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，進而極大地提高汽車制造業(yè)的生產(chǎn)效率。