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三坐标测量技术规范

三坐标测量技术规范

1 测量准备      2
1.1 基础标准      2
1.2 测量准备      2
2 工件装夹      2
2.1 产品形状保持      2
2.2 装夹方位      2
2.3 装夹技巧      2
3 测量      3
3.1 测量内容和次序      3
3.2 基准点组测量      3
3.3 线测量      3
3.4 面测量      4
3.5 对称部分测量      5
3.6 测量密度      5
3.7 测量可靠性      5
4 测量数据管理      5
4.1 数据分类和分割      6
4.2 数据文件命名      6
4.3 填写测量汇报      6
4.4 数据保留      7
2 数据处理      7
2.1 数据转换      7
2.2 重定位整合      7
2.2.1 应用背景      7
2.2.2 重定位整合原理      7
2.2.3 重定位整合操作      9
2.3 对称基准重建      10
2.4 变形处理      10
3 设备维护      10
附1 ：三坐标测量报表      11

1 测量准备
1.1 基础标准
产品测量遵照以下基础标准：
全部零部件应尽可能在装配状态下测量，在装配状态下无法测量部分可分两种情况处理：一是零件之间相互遮挡部分，可采取逐层拆卸逐层测量方法进行。二是零件反面，应采取重定位方法进行。
在拆卸任何零件之前均应测量其重定位基准（重定位基准点或边界线），并注意在拆卸过程中确保产品上全部零件不发生变形。
1.2 测量准备
为了方便测量，提升测量速度，在测量前应对零件上不显著轮廓（倒圆）进行描点。点应描在轮廓中心线上，并尽可能光顺。可经过观察平行光（日光或日光灯）在轮廓上反射光线形成条纹来辅助描点。
2 工件装夹
2.1 产品形状保持
确保装配体及其每个零件在测量状态下形状和使用状态下一致，不得使产品在装夹时发生变形。
对于刚性很好装配体，应在装夹时自然放置在支架上，然后进行加固。而对于柔性或已经产生变形工件，则应用强行约束使其形状恢复至使用状态，然后再安装到支架上固定。
应利用支架、垫块等辅助工具确保每一个零件各部分和整个装配体刚性。尤其注意在对装配体逐层拆卸、逐层测量时，应确保每一零件不发生变形。
2.2 装夹方位
将工件放置在三坐标测量机测量范围内，如不能在一次装夹位置下完成测量，则可进行数次定位，称为重定位。重定位应注意以下标准：
（1）使每次定位所能达成测量范围最大化，以降低重定位次数。
（2）每次定位应和之前某次定位有尽可能大重合测量区域，以确保定位基准设置和重定位变换精度。
（3）应尽可能降低重定位变换（即每次定位向第一次定位进行坐标位变换）中间步骤尽可能少（详见数据处理部分相关“重定位”叙述），以降低累积误差。
工件放置应便于测量人员操作，将复杂部位放置在易于测量位置。
关键测量面应尽可能放置成水平或垂直状态，工件对称面应尽可能平行于测量机坐标平面。
2.3 装夹技巧
（1）采取棉花堆积并浇502方法可完成点接触加固。
（2）大变形产品在拆卸前可用麻线绷紧并固定在易于变形位置，产品拆下后将其恢复至麻线绷紧状态即可作为对装配状态近似模拟。
3 测量
3.1 测量内容和次序
测量内容包含基准点、分型（边界）线、轮廓线、面、结构等。测量次序按以下标准制订：
（1）先难后易：即先测量难度较大部分。
（2）先重后轻：即先测量关键部分。如基准点、分型线等。
（3）先配合后个体：即先测量装配结合部分。
（4）先整体后细节：即先完成主体形位测量，再补充细节。
当然，在安排次序时，还要结合下面具体情况灵活处理：
（1）造型进度需要。
（2）在同一次定位下完成尽可能多数据测量。
（3）测量器具局限。如探针在同一方位下可测量尽可能多数据，以降低探针换位次数。
3.2 基准点组测量
基准点组由三个基准点组成，是进行重定位变换依据。基准点生成及测量要求以下：
（1）基准点必需设定在反复定位后能够测量到范围内，最好能用于数次反复定位。用针尖在产品表面（可贴纸）点出，要求点径微小（直径0.2mm以内）而且醒目。
（2）反复测量可靠性和精度要求高，两次定位下测量反复误差（指三点之间间距测量反复误差）不超出0.2mm。为此能够采取数次测量取平均值方法提升可靠性。
（3）基准点所形成三角形面积要尽可能大，边长应有显著差异（大于5mm）。
3.3 线测量
当测量人员直接对边界线进行测量时，因为难以将探针尖对准边界线，所以常常造成较大测量误差，效率也较低。为此，可采取以下方法改善：
在边界线某一侧面（面1）上、而且在距边界线不远处（1mm以内）采点（称为边界周围测量点），然后测量边界线另一侧面（面2）完整数据。在造型时，先完成面2制作，然后直接将边界周围测量点投影在面2上即可作为边界线测量结果。图1中是两个经典情况示意。
采取这一方法时有两点需要尤其注意：一是边界周围测量点一定要在离边界足够近，以确保投影正确性；二是面2测量数据一定要完整，不然一旦面2无法制作，则边界线无法求出。
本方法将边界线测量转化为边界线周围面内点测量，避开了对边界线直接测量，不仅确保测量精度，还有效提升了测量效率。

(a)

(b)

图1
3.4 面测量
平面测量应使测量点形成多边形面积尽可能大，以确保测量精度。
曲面测量应注意使扫描方向和曲面长度方向垂直图2（a）。当曲面长度和宽度基础相同时，应考虑采取网格扫描，图2（b）。

（a）

(b)

图2

当然，部分简单曲面如直纹面只需要测量上、下两条边界线即可。对于特殊曲面测量需要和造型人员协商确定。
3.5 对称部分测量
对称曲面通常只需要测量二分之一。
轮廓线和结构除了完整测量其中二分之一之外，还需要对另外二分之一进行部分测量，以取得足以进行对称基准重建数据。

在选择另二分之一用于对称基准重建轮廓线进行测量时，应注意以下几点：
（1）轮廓线范围要足够大，最好在对称部分全范围内分布。
（2）要选择足够清楚、变形小、关键轮廓线进行测量，通常采取分型线。
（3）轮廓线能够分段测量，测量密度也可合适减小。
3.6 测量密度
测量密度应掌握两个基础标准：
（1）最少增半：即按需要最小测量密度1.5倍进行测量，以确保数据完备性。如圆弧线测量最少需要三点，实际测量4到5个点。
（2）急密缓疏/疏密有致：在曲率较大处测量密度高，曲率较小处测量密度低。在多个面交会处、改变较多细节部分等需要增加密度，以确保测量完备性。
3.7 测量可靠性
确保测量数据正确、数据保留可靠多个方法：
（1）为预防测量设备精度飘移，必需在一定时间间隔内（提议为半小时）进行零点复校。如出现零点超差（通常为0.2mm），则该时间间隔内测量数据全部报废。
（2）同一次零点校验操作应做两次，并进行对比以预防操作失误。
（3）在多名测量人员进行配合测量时，应按零件、测量属性进行明确分工，以预防漏测及反复测量。即使增加了零点校验次数，总体上还是提升 了效率。
（4）关键工件应制作并测量重定位基准，以备补测数据。

4 测量数据管理
2.1 数据转换
数据转换任务和要求：
（1）将测量数据格式转化为CAD软件可识别IGES格式，合并后以产品名称或用户指定名称分类保留。
（2）不一样产品、不一样属性、不一样定位、易于混淆数据应存放在不一样文件中，并在IGES文件中分层分色。
数据转换使用《三坐标测量数据处理系统》完成，操作方法见软件用户手册。
2.2 重定位整合
2.2.1 应用背景
在产品测绘过程中，往往不能在同一坐标系将产品几何数据一次测出。其原因一是产品尺寸超出测量机行程，二是测量探头不能触及产品反面，三是在工件拆下后发觉数据缺失，需要补测。这时就需要在不一样定位状态（即不一样坐标系）下测量产品各个部分，称为产品重定位测量。而在造型时则应将这些不一样坐标系下重定位数据变换到同一坐标系中，这个过程称为重定位数据整合。

对于复杂或较大模型，测量过程中常需要数次定位测量，最终测量数据就必需依据一定转换路径进行数次重定位整合，把各次定位中测得数据转换成一个公共定位基准下测量数据。
2.2.2 重定位整合原理
工件移动（重定位）后测量数据和移动前测量数据存在着移动错位，假如我们在工件上确定一个在重定位前后全部能测到形体（称为重定位基准），那么只要在测量结束后，经过一系列变换使重定位后对该形体测量结果和重定位前测量结果重合，即可将重定位后测量数据整合到重合前数据中。重定位基准在重定位整合中起到了纽带作用，图4所表示。

图4
图5给出了因被测量物体尺寸超出了测量范围而必需进行两次定位示意。其中，图5(a)和图5(b)分别为第一次定位和第二次定位情况。
在被测物体上选择不共线且在两次定位状态下均可测量三个点A、B和C，称为重定位基准点。设在第一次定位状态下测得A、B、C坐标值分别为(x1,y1,z1) 、(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)。在第二次定位状态下测得坐标值分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)。
因为工件发生过移动，假如不进行重定位整合，直接将两次定位下测量数据合并， 就会产生图5（c）结果。
假如我们利用一系列变换，将第二次定位下测量得到A、B、C三点“拖动”至和第一次定位下测量结果重合，同时第二次定位下其它测量数据也跟着进行一样变换，则可将第二次定位下测量数据转换到第一次定位下坐标系中，从而完成两次定位下数据整合，图5（d）。
除了利用基准点外，还常常采取基准线进行重定位整合，即在两次定位中分别测量产品上同一条边界线或轮廓线（称为重定位基准线，图5中标出两条粗线段），然后将第二次定位下测量数据进行一系列变换，使两次定位下重定位基准线重合，即可将第二次定位测量数据整合到第一次定位中。
(a)第一次定位

(b) 第二次定位
（c）直接合并结果

(d) 重定位整合结果

图4
2.2.3 重定位整合操作
首先，重定位基准（不管是基准点还是基准线）必需设置在两次定位下全部能进行正确测量位置。
当需要进行两次以上重定位时，应将全部重定位下测量数据整合到第一次定位中。假如在第N次定位和第一次定位之间不能设置重定位基准，则它不能直接和第一次定位进行整合，需要经过另外定位间接地整合到第一次定位中。比如，在某次测量中做了5次定位，其中第5次定位和第3次定位之间设置了重定位基准，而第3次定位和第一次定位之间存在重定位基准，则可先将第5次定位下测量数据整合到第3次定位中，然后再和第3次定位一起整合到第一次定位中。这一整合过程称为重定位整合路径，简写为5-3-1。
显然，重定位整合路径必需以1为结束，即最终整合到第一次定位中。而且该路径越短越好，以降低中间过程累积误差。这就要求测量人员合理地计划重定位，使每次定位全部能以最短路径整合到第一次定位中。
三个重定位基准点组成一个重定位基准，称为一个重定位基准点组（简称基准点组），并以组号区分不一样基准点组。在测量文件命名规则中，基准点属性以字母b表示，其后数字表示基准点组号。比如3-2b1和3-3b1分别表示在第2、3次定位下测得零件3上第1组基准点，即在两次定位下对同一组基准点测量结果。这一组基准点也就是第2次和第3次定位之间重定位基准。
中以组号要求三点形成三角形面积尽可能大。一样，重定位基准线要求最大程度地覆盖测量范围，以降低重定位误差。
利用基准点进行重定位整合可经过《三坐标测量辅助处理系统》自动完成（操作方法见软件用户手册）。而利用基准线进行重定位整合则需要手工完成。在实际应用中，往往将两种重定位基准结合使用，即先用重定位点进行快速初步整合，然后再利用基准线进行更细致调整。
2.3 对称基准重建
对称产品在造型前必需确定其对称面（对称基准），称为对称基准重建。具体方法是对产品进行一系列变换，使XZ坐标平面成为其对称基准。在变换过程中，不停将产品相关XZ平面作镜像，判定其在XZ平面左右两部分在镜像后是否重合，若重合则表面产品所处位置已经相关XZ平面对称，于是完成对称基准重建。
在造型时，只需要完成XZ平面一侧建模，然后相关XZ平面镜像即得到另一侧造型结果，从而确保产品对称特征，并提升了效率。
对称基准重建可利用《三坐标测量辅助处理系统》快速完成，操作方法见软件用户手册。
2.4 变形处理
在产品发生变形情况下，可采取以下方法降低变形影响：
（1）重定位必需采取基准线整合，因为产品变形，两次定位下基准线无法完全重合。不过，对于一个范围很小区域，我们能够近似地认为没有变形，所以可利用该范围内基准线对其周围测量数据进行整合。所以，我们能够将整个产品分割为若干小区域，分别进行整合即可。

（2）可将产品分割为若干小区域，对每一个区域数据依据产品整体变形情况进行位置调整，使整体变形得到修正。这一方法会使各个区域在衔接处发生错位，区域分割越细，错位越小。
4.1 数据分类和分割
测量数据按属性可分为：基准点、轮廓线、扫描线、边界线、平面、结构等。测量数据应按测量属性、测量区域分割为不一样数据文件。分割基础标准为：
（1）不一样属性测量数据应分为不一样文件。
（2）需要单独处理数据（如用于对称基准重建边界线、用于重定位整合基准点或线等等）应单独存放在文件中。
（3）关键数据应单独存放。
（4）轻易混淆测量数据（如两条相近线）应分开存放。
4.2 数据文件命名
标准测量文件命名由五个部分组成，总共不许可超出8个字符，图3示例。

图3

零件号用于在装配体中区分不一样零件。
定位序号表示该文件所包含测量数据是在第几次定位下测量结果。
测量属性符标明了测量数据属性，其中字母B表示定位基准，L表示轮廓线，M表示扫描线，E表示边界线，P表示平面，O表示结构线。
通常情况下，文件序号用于区分对同一零件、在同一次定位下、含有相同测量属性不一样区域测量数据。显然，在不一样定位下，即使相同测量属性和相同文件序号也往往意味着不一样测量区域。比如，3-2m1和3-3m1分别表示在第2次定位下对一个区域扫描数据和在第3次定位下对另一个区域扫描数据。
然而，当测量属性为基准点时，文件序号有特殊意义。它代表是基准点组号，在测量文件名中，定位序号不一样而基准点组号相同意味着对产品上同一组基准点在不一样定位下测量结果（具体说明可参阅数据处理中相关“重定位”叙述），比如3-2b1和3-3b1分别表示在第2、3次定位下测得零件3上第1组基准点，即在两次定位下对同一组基准点测量结果。
对基准点测量文件命名直接关系到重定位整合正确性，应在完全了解重定位整合原理基础上掌握命名方法，预防犯错。
图3示例中文件名含义是：在第2次定位下对零件3进行第4组扫描数据。而3-3B1和3-2B1分别是在第3次定位状态下和第2次定位状态下对零件3上第1组定位基准点测量数据。

4.3 填写测量汇报
天天测量后应即时填写测量报表，格式模板见附1。
4.4 数据保留
全部产品测量数据在交付造型后应作完整备份，由测量责任人保留至项目完成后第四个月。关键项目测量数据应交CAD责任人进行长久备份。数据备份应以产品名作为数据存放文件夹。
2 数据处理

3 设备维护
每一项目完成后，应即时对测量设备进行整理。测量臂应复位，工作台面应清理洁净并涂防锈油，移动式测量设备应拆下装箱。工具应整理入箱，摆放整齐后锁好。
定时（十二个月）安排对测量设备测试和维护。