车身三坐标测量技术.ppt

第5章车身三坐标测量技术三坐标测量机(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、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2.三坐标测量机的类型(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。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5.2.1测量机原理与基本结构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、悬臂式和龙门式，这三类即称为三坐标测量机；由镗床演变而来的立柱式和卧镗式，通常称这两类为万能测量机(UniversalMeasuringMachine，UMM)；由测量显微镜演变而来的仪器台式，又称三坐标测量仪；以及根据极坐标原理制成的极坐标式等。图5-7是移动桥式，图5-8是固定桥式，图5-9是龙门式，图5-10是水平臂式(也是悬臂式的一种)，图5-11是悬臂式。结构材料主要有：铸铁、钢、花岗石、陶瓷和铝。
(3)标尺系统
标尺系统，也称测量系统，是三坐标测量机的重要组成部分。按系统的性质，可分为机械式标尺系统、光学式标尺系统和电气式标尺系统
2)三维测头
三维测头即是三维测量传感器，它可在3个方向上感受瞄准信号和微小位移。三坐标测量机测头的两大基本功能是测微(即测出与给定的标准坐标值的偏差值)和触发瞄准并过零发讯。按照结构原理，测头可分为机械式、光学式和电气式等。机械式主要用于手动测量；光学式主要由于非接触式测量；电气式多用于接触式的自动测量。3)电气系统
(1)计算机硬件部分。
(2)测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。
它可进行坐标变换与测头校正，生成探测模式与测量路径，还用于基本几何元素及其相互关系的测量、形状与位置误差测量，齿轮、螺纹与凸轮的测量、曲线与曲面的测量等。
(3)打印与绘图装置。
(4)电气控制系统，是测量机的电气控制部分，具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。5.2.2应用特点
接触式三坐标测量的优点：
(1)机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性；
(2)与被测件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大；
(3)被测件固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测量出被测件表面的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。接触式三坐标测量的缺点：
(1)为了确定测量基准点需使用特