第三章 逆向建模点云数据获取.ppt

三坐标测量机（CMM） 　　Coordinate Measuring Machine 一种高效率的新型精密测量仪器，是一种具有很强柔性的大型精密三坐标测量设备。 它的出现一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机提供技术基础。 广泛应用于对各类零件的自动检测和测量。通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制。 三坐标测量机具有适应性强功能完善等特点。 坐标测量原理: 将被测物体置于三坐标机的测量空间，可获得 被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间 坐标值，经计算可求出被测对象的几何尺寸、形状 和位置。 CMM的工作原理—孔特征的检测 如图所示，要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三个点的坐标值就可以计算出孔的直径及圆心坐标；如果在该截面内触测更多的点，则课根据最小二乘法或最小条件计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个垂直于孔轴线的截面圆进行测量，则根据测得点坐标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴线位置；如果再在孔端面A上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。从原理上说，它可以测量任何工件上的任何几何元素的任何参数。 三坐标测量机的组成 作为一种测量仪器，三坐标测量机需要三个方向的标准器（标尺），利用导轨实现沿相应方向的运动，还需要三维测头对被测量进行探测和瞄准。 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。 三坐标测量机的组成 1）主机 框架结构——测量机的主体机械结构。包括工作台、立柱、桥框、壳体等 早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台。这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。 标尺系统——线纹尺、精密丝杠、感应同步器、光栅尺、磁尺等 注：坐标测量机的三个运动轴x、y、z及分别安装于其上的3把测量尺，在整个测量空间建立起一个笛卡尔直角坐标系，通常称为机器坐标系。 光栅测量系统 光栅测量系统由标尺光栅（即主光栅）和指示光栅组成，它利用了莫尔条纹原理来检测移动的坐标值。长光栅一般安装在三坐标测量机的导轨上，指示光栅安装在与导轨作相对运动的部位。金属标尺光栅多是在表面镀金的金属基体上采用光刻的方法制成的每毫米50线的不锈钢光栅尺，即在20微米的长度上有一条明条纹和一条暗条纹。当标尺光栅与指示光栅相对运动为X（mm）时，光栅尺上的明暗就要移过50X条。 感应同步器式测量系统的检测元件是一对上面具有平面绕组的定尺和动尺，当它们相对运动时，利用磁感应原理进行位移测量。使用时一般将定尺安装在固定不动的部件上，将动尺安装在移动的部件上。定尺和动尺通常都用钢板做基体，用绝缘粘结剂把铜箔粘在钢板做成的基体上，用照相腐蚀的方法，制成方齿形平面绕阻。其重要的优点是不怕灰尘和油污，因此对环境的适应性强，能在普通车间条件下进行工作。 导轨——多采用气浮导轨，它具有制造简单、精度高、摩擦力极小，工作平稳等优点。 驱动装置——实现机动和程序控制伺服运动功能。由丝杠螺母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮、伺服马达等组成。 平衡部件——用于Z轴框架，用以平衡Z轴的重量,使Z轴上下运动时无偏重干扰。 转台与附件——增加转动运动的自由度，包括分度台、单轴回转台、万能转台和数控转台等。 2）三维测头 即三维测量传感器，它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。 (1)分为机械式、光学式、电气式三类。 机械式——开关式、扫描式 开关式——零位发讯开关（结构简单、寿命长、具有较好的测量重复性，而且成本低廉，测量迅速） 见右图，测杆安装在芯体上，二芯体则通过三个沿圆周120度分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没有收到测量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论受到X、Y、Z那个方向的接触力，至少会引起一个钢球与接触点脱离接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号。 扫描式——能输出与探针偏转成比例的信号，能确定所在表面的法矢方向，更适于曲面测量。 (2)触发式测头应用范围 1）零件所关注的是尺寸、间距、位置，而并不强调其形状误差 2）触发测头体积较小，适用于测量空