三坐標測量技術規范一、1測量準備

21.1基本原則

21.2測量準備

22工件裝夾

22.1產品形狀的保持

22.2裝夾方位

22.3裝夾技巧

23測量

33.1測量的內容和次序

33.2基準點組的測量

33.3線的測量

33.4面的測量

43.5對稱部分的測量

53.6測量密度

53.7測量可靠性

54測量數據管理

54.1數據分類與分割

64.2數據文件命名

64.3填寫測量報告

64.4數據保存

7二、數據處理

72.1數據轉換

72.2重定位整合

72.2.1應用背景

72.2.2重定位整合原理

72.2.3重定位整合操作

92.3對稱基準重建

102.4變形處理

10三、設備維護

10附1：三坐標測量報表

11一、1測量準備1.1基本原則產品測量遵循以下基本原則：所有零部件應盡可能在裝配狀態下測量，在裝配狀態下無法測量的部分可分兩種情況處理：一是零件之間互相遮擋的部分，可采取逐層拆卸逐層測量的方法進行。二是零件的反面，應采用重定位的方法進行。在拆卸任何零件之前均應測量其重定位基準（重定位基準點或邊界線），并注意在拆卸過程中保證產品上的所有零件不發生變形。1.2測量準備為了方便測量，提高測量速度，在測量前應對零件上不明顯的輪廓（倒圓）進行描點。點應描在輪廓的中心線上，并盡可能光順。可通過觀察平行光（日光或日光燈）在輪廓上反射光線形成的條紋來輔助描點。2工件裝夾2.1產品形狀的保持確保裝配體及其每個零件在測量狀態下的形狀與使用狀態下一致，不得使產品在裝夾時發生變形。對于剛性較好的裝配體，應在裝夾時自然放置在支架上，然后進行加固。而對于柔性或已經產生變形的工件，則應用強行約束使其形狀恢復至使用狀態，然后再安裝到支架上固定。應利用支架、墊塊等輔助工具保證每一個零件的各部分以及整個裝配體的剛性。特別注意在對裝配體逐層拆卸、逐層測量時，應確保每一零件不發生變形。2.2裝夾方位將工件放置在三坐標測量機的測量范圍內，如不能在一次裝夾位置下完成測量，則可進行多次定位，稱為重定位。重定位應注意以下原則：（1）使每次定位所能達到的測量范圍最大化，以減少重定位次數。（2）每次定位應與之前的某次定位有盡可能大的重合測量區域，以保證定位基準的設置和重定位變換的精度。（3）應盡可能減少重定位變換（即每次定位向第一次定位進行坐標位變換）的中間環節盡可能少（詳見數據處理部分有關“重定位”的敘述），以減少累積誤差。工件的放置應便于測量人員的操作，將復雜部位放置在易于測量的位置。重要的測量面應盡可能放置成水平或垂直狀態，工件的對稱面應盡可能平行于測量機的坐標平面。2.3裝夾技巧（1）采用棉花堆積并澆502的方法可完成點接觸的加固。（2）大變形產品在拆卸前可用麻線繃緊并固定在易于變形的位置，產品拆下后將其恢復至麻線繃緊的狀態即可作為對裝配狀態的近似模擬。3測量3.1測量的內容和次序測量的內容包括基準點、分型（邊界）線、輪廓線、面、結構等。測量的次序按如下原則制訂：（1）先難后易：即先測量難度較大的部分。（2）先重后輕：即先測量重要的部分。如基準點、分型線等。（3）先配合后個體：即先測量裝配結合部分。（4）先整體后細節：即先完成主體的形位測量，再補充細節。當然，在安排次序時，還要結合下面的具體情況靈活處理：（1）造型進度的需要。（2）在同一次定位下完成盡可能多的數據測量。（3）測量器具的局限。如探針在同一方位下可測量盡可能多的數據，以減少探針的換位次數。3.2基準點組的測量基準點組由三個基準點組成，是進行重定位變換的依據。基準點的生成及測量要求如下：（1）基準點必須設定在重復定位后可以測量到的范圍內，最好能用于多次重復定位。用針尖在產品表面（可貼紙）點出，要求點徑微小（直徑0.2mm以內）并且醒目。（2）重復測量可靠性和精度要求高，兩次定位下的測量重復誤差（指三點之間的間距測量重復誤差）不超過0.2mm。為此可以采取多次測量取平均值的方法提高可靠性。（3）基準點所形成的三角形面積要盡可能大，邊長應有明顯差異（大于5mm）。3.3線的測量當測量人員直接對邊界線進行測量時，由于難以將探針尖對準邊界線，因此常常造成較大的測量誤差，效率也較低。為此，可采用如下方法改進：在邊界線某一側的面（面1）上、并且在距邊界線不遠處（1mm以內）采點（稱為邊界附近測量點），然后測量邊界線另一側面（面2）的完整數據。在造型時，先完成面2的制作，然后直接將邊界附近測量點投影在面2上即可作為邊界線測量結果。圖1中是兩個典型情況的示意。采用這一方法時有兩點需要特別注意：一是邊界附近測量點一定要在離邊界足夠近，以保證投影的準確性；二是面2的測量數據一定要完整，否則一旦面2無法制作，則邊界線無法求出。本方法將邊界線的測量轉化為邊界線附近的面內點的測量，避開了對邊界線的直接測量，不僅保證的測量精度，還有效提高了測量效率。3.4面的測量平面的測量應使測量點形成的多邊形面積盡可能大，以保證測量精度。曲面的測量應注意使掃描方向與曲面的長度方向垂直如圖2（a）。當曲面長度與寬度基本相同時，當然，一些簡單曲面如直紋面只需要測量上、下兩條邊界線即可。對于特殊曲面的測量需要與造型人員協商確定。3.5對稱部分的測量對稱的曲面一般只需要測量一半。輪廓線和結構除了完整測量其中一半之外，還需要對另外一半進行部分測量，以取得足以進行對稱基準重建的數據。在選擇另一半用于對稱基準重建的輪廓線進行測量時，應注意以下幾點：（1）輪廓線的范圍要足夠大，最好在對稱部分的全范圍內分布。（2）要選擇足夠清晰、變形小、重要的輪廓線進行測量，一般采用分型線。（3）輪廓線可以分段測量，測量密度也可適當減小。3.6測量密度測量密度應掌握兩個基本原則：（1）最少增半：即按需要的最小測量密度的1.5倍進行測量，以確保數據的完備性。如圓弧線的測量至少需要三點，實際測量4到5個點。（2）急密緩疏/疏密有致：在曲率較大處測量密度高，曲率較小處測量密度低。在多個面的交會處、變化較多的細節部分等需要增加密度，以確保測量的完備性。3.7測量可靠性確保測量數據準確、數據保存可靠的幾個措施：（1）為防止測量設備精度飄移，必須在一定的時間間隔內（建議為半小時）進行零點復校。如出現零點超差（一般為0.2mm），則該時間間隔內的測量數據全部報廢。（2）同一次零點校驗的操作應做兩次，并進行對比以防止操作失誤。（3）在多名測量人員進行配合測量時，應按零件、測量屬性進行明確的分工，以防止漏測及重復測量。即使增加了零點校驗的次數，總體上還是提高了效率。（4）重要的工件應制作并測量重定位基準，以備補測數據。4測量數據管理2.1數據轉換數據轉換的任務和要求：（1）將測量數據格式轉化為CAD軟件可識別的IGES格式，合并后以產品名稱或用戶指定的名稱分類保存。（2）不同產品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數據應存放在不同的文件中，并在IGES文件中分層分色。數據轉換使用《三坐標測量數據處理系統》完成，操作方法見軟件用戶手冊。2.2重定位整合2.2.1應用背景在產品的測繪過程中，往往不能在同一坐標系將產品的幾何數據一次測出。其原因一是產品尺寸超出測量機的行程，二是測量探頭不能觸及產品的反面，三是在工件拆下后發現數據缺失，需要補測。這時就需要在不同的定位狀態（即不同的坐標系）下測量產品的各個部分，稱為產品的重定位測量。而在造型時則應將這些不同坐標系下的重定位數據變換到同一坐標系中，這個過程稱為重定位數據的整合。對于復雜或較大的模型，測量過程中常需要多次定位測量，最終的測量數據就必需依據一定的轉換路徑進行多次重定位整合，把各次定位中測得的數據轉換成一個公共定位基準下的測量數據。2.2.2重定位整合原理工件移動（重定位）后的測量數據與移動前的測量數據存在著移動錯位，如果我們在工件上確定一個在重定位前后都能測到的形體（稱為重定位基準），那么只要在測量結束后，通過一系列變換使重定位后對該形體的測量結果與重定位前的測量結果重合，即可將重定位后的測量數據整合到重合前的數據中。重定位基準在重定位整合中起到了紐帶的作用，如圖4所示。圖5給出了因被測量物體的尺寸超出了測量范圍而必須進行兩次定位的示意。其中，圖5(a)和圖5(b)分別為第一次定位和第二次定位的情況。在被測物體上選取不共線且在兩次定位狀態下均可測量的三個點A、B和C，稱為重定位基準點。設在第一次定位狀態下測得A、B、C的坐標值分別為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)。在第二次定位狀態下測得的坐標值分別為(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)。由于工件發生過移動，如果不進行重定位整合，直接將兩次定位下的測量數據合并，就會產生如圖5（c）的結果。如果我們利用一系列變換，將第二次定位下測量得到的A、B、C三點“拖動”至與第一次定位下的測量結果重合，同時第二次定位下的其它測量數據也跟著進行同樣的變換，則可將第二次定位下的測量數據轉換到第一次定位下的坐標系中，從而完成兩次定位下的數據整合，如圖5（d）。除了利用基準點外，還常常采用基準線進行重定位整合，即在兩次定位中分別測量產品上的同一條邊界線或輪廓線（稱為重定位基準線，如圖5中標出的兩條粗線段），然后將第二次定位下的測量數據進行一系列變換，使兩次定位下的重定位基準線重合，即可將第二次定位測量數據整合到第一次定位中。(a)第一次定位(b)第二次定位（c）直接合并的結果(d)重定位整合的結果圖42.2.3重定位整合操作首先，重定位基準（無論是基準點還是基準線）必須設置在兩次定位下都能進行精確測量的位置。當需要進行兩次以上的重定位時，應將所有重定位下的測量數據整合到第一次定位中。如果在第N次定位與第一次定位之間不能設置重定位基準，則它不能直接與第一次定位進行整合，需要通過另外的定位間接地整合到第一次定位中。例如，在某次測量中做了5次定位，其中第5次定位與第3次定位之間設置了重定位基準，而第3次定位與第一次定位之間存在重定位基準，則可先將第5次定位下的測量數據整合到第3次定位中，然后再與第3次定位一起整合到第一次定位中。這一整合過程稱為重定位整合路徑，簡寫為5-3-1。顯然，重定位整合路徑必須以1為結束，即最終整合到第一次定位中。而且該路徑越短越好，以減少中間過程的累積誤差。這就要求測量人員合理地規劃重定位，使每次定位都能以最短的路徑整合到第一次定位中。三個重定位基準點構成一個重定位基準，稱為一個重定位基準點組（簡稱基準點組），并以組號區分不同的基準點組。在測量文件的命名規則中，基準點的屬性以字母b表示，其后的數字表示基準點組號。例如3-2b1和3-3b1分別表示在第2、3次定位下測得的零件3上的第1組基準點，即在兩次定位下對同一組基準點的測量結果。這一組基準點也就是第2次和第3次定位之間的重定位基準。中以組號要求三點形成的三角形面積盡可能大。同樣，重定位基準線要求最大限度地覆蓋測量范圍，以減少重定位誤差。利用基準點進行重定位整合可通過《三坐標測量輔助處理系統》自動完成（操作方法見軟件用戶手冊）。而利用基準線進行重定位整合則需要手工完成。在實際應用中，往往將兩種重定位基準結合使用，即先用重定位點進行快速的初步整合，然后再利用基準線進行更細致的調整。2.3對稱基準重建對稱的產品在造型前必須確定其對稱面（對稱基準），稱為對稱基準重建。具體方法是對產品進行一系列變換，使XZ坐標平面成為其對稱基準。在變換的過程中，不斷將產品關于XZ平面作鏡像，判斷其在XZ平面的左右兩部分在鏡像后是否重合，若重合則表面產品所處的位置已經關于XZ平面對稱，于是完成對稱基準重建。在造型時，只需要完成XZ平面一側的建模，然后關于XZ平面鏡像即得到另一側的造型結果，從而保證產品的對稱特征，并提高了效率。對稱基準重建可利用《三坐標測量輔助處理系統》快速完成，操作方法見軟件用戶手冊。2.4變形處理在產品發生變形的情況下，可采取以下措施減少變形的影響：（1）重定位必須采用基準線整合，由于產品的變形，兩次定位下的基準線無法完全重合。但是，對于一個范圍很小的區域，我們可以近似地認為沒有變形，因此可利用該范圍內的基準線對其附近的測量數據進行整合。因此，我們可以將整個產品分割為若干小區域，分別進行整合即可。（2）可將產品分割為若干小區域，對每一個區域的數據根據產品整體變形的情況進行位置調整，使整體變形得到修正。這一方法會使各個區域在銜接處發生錯位，區域分割越細，錯位越小。4.1數據分類與分割測量數據按屬性可分為：基準點、輪廓線、掃描線、邊界線、平面、結構等。測量數據應按測量屬性、測量區域分割為不同的數據文件。分割基本原則為：（1）不同屬性的測量數據應分為不同的文件。（2）需要單獨處理的數據（如用于對稱基準重建的邊界線、用于重定位整合的基準點或線等等）應單獨存放在文件中。（3）重要的數據應單獨存放。（4）容易混淆的測量數據（如兩條相近的線）應分開存放。4.2數據文件命名標準的測量文件命名由五個部分組成，總共不允許超過8個字符，如圖3示例。圖3零件號用于在裝配體中區分不同的零件。定位序號表示該文件所包含的測量數據是在第幾次定位下的測量結果。測量屬性符標明了測量數據的屬性，其中字母B表示定位基準，L表示輪廓線，M表示掃描線，E表示邊界線，P表示平面，O表示結構線。一般情況下，文件序號用于區分對同一零件、在同一次定位下、具有相同測量屬性的不同區域的測量數據。顯然，在不同的定