先进制造-产品创新设计与先进检测技术.ppt

* 三坐标测量的基础知识 测头 探测系统是由测头及其附件组成的系统，测头是测量机探测时发送信号的装置，它可以输出开头信号，亦可以输出与探针偏转角度成正比的比例信号，它是坐标测量机的关键部件，测头精度的高低很大程度决定了测量机的测量重复性及精度；不同零件需要选择不同功能的测头进行测量。 扫描测头 触发测头 激光测头 测头分类 1.触发测头与扫描测头 触发测头（Trigger probe）: 又称为开关测头，测头的主要任务是探测零件并发出锁存信号，实时的锁存 被测表面坐标点的三维坐标值。 扫描测头（Scanning Probe）: 又称为比例测头或模拟测头，此类测头有的不仅能作触发测头使用，更重要 的是能输出与探针的偏转成比例的信号（模拟电压或数字信号），由计算机同时 读入探针偏转及测量机的三维坐标信号（作触发测头时则锁存探测点的三维坐标 值），以保证实时的得到被探测点的三维坐标。 由于取点时没有机械的往复运动，因此采点率大大提高，扫描测头用于离散点 测量时，由于探针的三维运动可以确定该点所在表面的法矢方向，因此更适于曲 面的测量。 2.接触式测头与非接触式测头 接触式测头（Contact Probe）:需与待测表面发生实体接触的探测系统。 非接触式测头（Non-Contact Probe）:不需与待测表面化发生实体接触的探测 系统；例如光学探测系统。 触发式测头的原理 接触式触发测头的基本结构 接触器断开 TP20机械测头 包括3个电子接触器，当测杆接触物体使测杆偏斜时，至少有一个接触器断开，此时机器的X、Y、Z光栅被读出。这组数值表示此时的测杆球心位置。 触发式测头的原理 触发测头工作时的基本动作 上图所示为测头处于回位状态。探针接触被测物 体并与物体接触的力通过测头内部的弹簧力平衡， 探针产生弯曲；探针绕测头内部支点转动，造成一 个或两个接点断开，在断开前测头发出触发信号； 然后机器回退，测头复位。 触发式测头的原理 触发测头工作时的电气原理 触发测头通过触点形成电气回路；当测头 与零件接触时测力增加，接触面积减小，电 阻增加，当电阻到达阈值时，测头发出触发 信号。如下图所示： 矢量 矢量可以被看做一个单位长的直线，并指向矢量方向。相对于三个轴的方向矢量。I方向在X轴，J方向在Y轴，K方向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和-1之间，分别表示与X、Y、Z夹角的余弦。 I K Microval, MicroXcel Xcel Machine Axes Convention J X Z Y +I +J +K 矢量方向 矢量用一条末端带箭头的直线表示，箭头表示了它的方向。X、Y、Z表示三坐标测量机的坐标位置，矢量I、J、K表示了三坐标测量机三轴正确的测量方向。 在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的方向，即测头触测后的回退方向。 Z (+K ) X Y (+J ) 45° (+I ) I = 0.707 J = 0.707 K = 0 45度方向矢量 余弦误差 矢量的另一个很重要的作用是软件利用矢量方向进行测头补尝。DCC模式下，当测量一点后机器沿着与被测点矢量方向相反的方向进行触测，如果触测方向不正确，将引起一个“余弦误差”。 错误的触测方向 正确的触测方向 坐标系 在DCC三坐标测量机上测量工件区别于传统的测量另 一个主要特点是测量效率高。效率高源于两个方面：一是具有数据自动处理程序；二是对待测工件易于安装定位，通过测量软件系统对任意放置的工件建立零件坐标系，进行坐标转换，实现自动找正。 精确的测量工作中，正确地建坐标系，与具有精确的测量机，校验好的测头一样重要。由于我们的工件图纸都是有设计基准的，所有尺寸都是与设计基准相关的，要得到一个正确的检测报告，就必须建立零件坐标系，同时，在批量工件的检测过程中，只需建立好零件坐标系即可运行程序，从而更快捷有效。 坐标系类型 三坐标测量中常使用三种类型坐标系：直角坐标系、极坐标系和球坐标系。 由于直角坐标系可用线性转换矩阵实现坐标变换，故在三坐标测量机中大都以直角坐标系作为坐标系转换基础。 直角坐标系：指由三条数轴相交于原点且相互垂直建立的坐标系，又称笛卡尔直角坐标系。 三坐标测量机坐标系分类 第一种分类： 机器坐标系：三坐标测量机测头所在位置为原点，以X、Y、Z坐标轴构成的直角坐标系。 零件坐标系：指在被测工件上建立起来的坐标系，是为了修正被测工件摆放误差而建立的坐标系。 第二种分类：