三坐标测量坐标系的建立.doc

零件坐标系
在精确得测量中，正确地建坐标系,与具有精确得测量机,校验好得测头一样重要。由于我们得工件图纸都就是有设计基准得，所有尺寸都就是与设计基准相关得,要得到一个正确得检测报告，就必须建立零件坐标系,同时，在批量工件得检测过程中，只需建立好零件坐标系即可运行程序,从而更快捷有效。
机器坐标系MCＳ与零件坐标系PＣS:
在未建立零件坐标系前,所采集得每一个特征元素得坐标值都就是在机器坐标系下。通过一系列计算，将机器坐标系下得数值转化为相对于工件检测基准得过程称为建立零件坐标系.
ＰＣDMIS建立零件坐标系提供了两种方法：“3－2—1"法、迭代法。
一、坐标系得分类:
1、 第一种分类:机器坐标系：表示符号ＳTＡRTIＵP（启动）
零件坐标系:表示符号Ａ0、Ａ1…
2、 第二种分类：直角坐标系:应用坐标符号X、Y、Ｚ
极坐标系:应用坐标符号 Ａ（极角）
R（极径)
H(深度值即Z值)
二、建立坐标系得原则:
1、遵循原则：右手螺旋法则
右手螺旋法则：拇指指向绕着得轴得正方向，顺着四指旋转得方向角度为正,反之为负.
2、采集特征元素时，要注意保证最大范围包容所测元素并均匀分布；
三、建立坐标系得方法：
(一)、常规建立坐标系（3－2-1法)
应用场合：主要应用于PＣＳ得原点在工件本身、机器得行程范围内能找到得工件，就是一种通用方法. 又称之为“面、线、点”法。
建立坐标系有三步:
1、 找正，确定第一轴向，使用平面得法相矢量方向
2、 旋转到轴线，确定第二轴向
3、 平移，确定三个轴向得零点。
适用范围：
① 没有CＡD模型，根据图纸设计基准建立零件坐标系
②　有ＣAD模型，建立与CAD模型完全相同得坐标系，需点击ＣAD=PAＲT,使模型与零件实际摆放位置重合
第一步：在零件上建立与CAＤ模型完全相同得坐标系
第二步：点击ＣAD=ＰART，使模型与零件实际摆放位置重合
建立步骤：
l 首先应用手动方式测量建立坐标系所需得元素
l 选择“插入"主菜单－——选择“坐标系"—－－进入“新建坐标系”对话框
l 选择特征元素如：平面PLN1用面得法矢方向作为第一轴得方向如Z正，点击“找平” .
l 选择特征元素如：线LIＮ1用线得方向作为坐标系得第二个轴向如X正，点击“旋转” .
l 选择特征元素如:
点PＮＴ6，用点得Ｘ坐标分量作为坐标系得X方向得零点，然后点击原点。
线LIN1，用线得Y坐标分量作为坐标系得Y方向得零点，然后点击原点。
平面PLN1，用面得Z坐标分量作为坐标系得Z方向得零点,然后点击原
点.
上述步骤完成后，如果有CＡD模型，需要执行ＣAＤ=工件,使模型与零件实际摆放位置重合
l 最后，按“确定”按钮,即完成零件坐标系得建立。
l 验证坐标系
原点－——－－——将测头移动到PCS得原点处，查瞧PCDMIS界面右下角“X、Y、Z”（或者打开侧头读出窗口：CTRＬ＋W）三轴坐标值,若三轴坐标值近似为零，则证明原点正确；

轴向－—－—－———将其中两个坐标轴锁定，只移动未锁定得坐标轴，查瞧坐标值得变化，验证轴向就是否正确.
此方法还可引申为一个平面、两个圆;一个圆柱、两个圆(球）等.
注意：在手动测量特征元素时，必须考虑元素得工作平面(投影面），因此在手动测量完面后可以先建立一个坐标系,给以后手动测量特征一个正确得投影面。(eg、装夹倾斜，线得投影面不再就是Z＋,而就是工件得上平面）
（二)、坐标系得平移与旋转
坐标系得平移：即坐标系得方向不变，坐标原点移动到一个新得位置。
　　 　 操作步骤：
A:选择平移得坐标轴 如：
　　 　 　　 Ｂ:在偏置距离得方框里输入偏移得距离
　 　 　 C：点击原点：
坐标系得旋转：即围绕着某个坐标轴旋转一定得角度,从而得到一个新得坐标系。
旋转角度正负得确定:由右手螺旋法则判定.
操作步骤:
A：选择旋转得坐标轴:
Ｂ:输入旋转得角度：
C:点击旋转：
(三)、迭代法建立零件坐标系
１、应用场合：主要应用于PCS得原点不在工件本身、或无法找到相应得基准元素(如面、孔、线等)来确定轴向或原点，多为曲面类零件（汽车、飞机得配件,这类零件得坐标系多在车身或机身上）.
２、用于建坐标系得元素及相关要求：
A：圆、球、柱、槽
①需要得特征数：３
②需具备得条件：有理论值或CAD模型
　 ③迭代次数:1
④原 理：此类元素为三维元素，1次即可达到精确测量
注：薄壁件圆、槽与柱体至少需要三个样例测点(指定特征所在得平面).
Ｂ：矢量点、曲面点、边界点
① 需要得特征数：６
　　 ② 需具备得条件:有理论值及矢量方向或CAD模型
1、第１、2、3点得法矢方向尽量一致
２、第4、5点得法矢方向尽量一致，且与前三点矢量方向垂直。
3、第6点法矢方向与前５点法矢方向尽量垂直。
　　 　　 ③ 迭代次数:1次或多次或无法迭代成功。
④ 原 理:首先，PC-ＤMIS　将测定数据“最佳拟合”到标称数据。接着，PC－DMIS　检查每个测定点与标称位置得距离.如果距离大于在点目标半径框中指定得量,PC—DMＩS 将要求重新测量该点,直至所有测定点都处于“公差”范围内。
使用测定点得困难在于只有在建坐标系后，才能知道在何处进行测量。这样就存在一个问题：必须在建坐标系之前测量点。而三维元素在用途方面得定义就就是第一次即可精确测量得元素。
所有特征
得类型
至少需要得特征数
圆
3个圆
此方法将3个DCC圆用于建立坐标系
直线
建议不要使用此特征类型
点
6个点
此点用作3—2－1建立坐标系
槽
建议不要使用此特征类型
球体
3个球
此方法将３个球体用于建立坐标系
注：１、尽量使用三维元素如:圆、槽、柱体、球体或隅角点,可提高测量精度。
２、PC-DMIS 得一项特殊功能就是允许槽得中心点根据需要在轴上上下滑动。因此，如果将槽用作原点特征组得一部分，迭代法建坐标系就无法会聚.要将槽用作原点特征组得一部分，一种可能得方法就是首先用槽构造一个点，然后将原点特征组中使用该构造点.
建议不要将槽用作迭代法建坐标系得原点特征组得一部分。（槽得加工误差与定位误差比较大,即使使用它们，也不要在最后找正圆点得时候使用,使用槽建立得坐标系，但轴方向得误差不一定为零)
3、建立迭代法坐标系步骤: （以矢量点建坐标系为例)
l （1）导入数模,观察方向
l （２)手动模式下取得基准得理论值，在手动模式下用自动测量命令测元素
l （3）选定执行这些元素，按提示手动测量这些元素，取得在机床坐标系下得实测值
l （4）迭代，找正、旋转、原点.
l (5)按提示自动迭代
l 自动测量矢量点

没有CAD模型，而有理论点得话，在点坐标位置输入区输入理论点坐标,在法线矢
量输入区输入点坐标得矢量方向,点击创建。(注意：测量不要勾选）
如果有CAD模型,可直接在CＡD模型上选取特征点,PC-DＭIS会自动在点坐标显示区与法线矢量显示区计算出特征点得坐标及矢量。并将点得性质设为“标称值”点击创建。
l 重复上述步骤，共得到6个点得测量程序。
l 在第一个测点之前，将测量方式改为手动模式(注意：新建一个程序，模式就为手动模式)，标记所有得测点程序，并运行程序.
l 所有点测量完毕,此时PC－DMＩS已得到两组数据,即一套理论点数据，一套实测点数据。
l 进入“插入”主菜单---“坐标系”－－-“新建坐标系”－－－进入“迭代法"建坐标系

迭代法建坐标系对话框
l 选择矢量方向一致得前三个点,点击“选择”按钮,用于找平。
l 选择第4、5点，点击“选择”按钮,用于旋转.
l 选择最后1点，点击“选择”按钮，用于确定原点。
l 选择“一次全部测量"
l 设定点目标半径:不小于0．5ｍｍ
l 选择“确定"按钮,PC—ＤMＩＳ 将测定数据“最佳拟合”到标称数据,并提示“就是否立即测量所有迭代法建坐标系得特征” 回答“就是”　PC—DMIS将每测一点，提示一次，接着,PＣ-ＤＭIS 检查每个测定点与标称位置得距离。如果距离大于在点目标半径框中指定得量,PC-ＤMIＳ 将要求重新测量该点,直至所有测定点都处于“公差"范围内。对于，第一次进行自动迭代,通常选择“一次全部测量”。
4、迭代法坐标系参数设置说明：
找平 － 3:至少三个选定特征。此组特征将使平面拟合特征得质心,以建立当前工作平面法线轴得方位。　
旋转　-２:至少两个选定特征。该组特征将使拟合直线特征,从而将第二个轴向旋转到该方向。
注:如果未标记任何特征,坐标系将使用“找平”部分中得倒数第二与第三个特征。
原点　-１:设置原点时必须使用一个特征。此特征组用于将零件原点平移（或移动)到指定位置。
注:如果未标记任何特征，坐标系将使用“找平”部分中得最后一个特征.

全部测量至少一次:
l PC－DＭIS　将以 DＣC 模式对所有输入特征至少重新测量一次.
l 它们将按照“编辑"窗口中迭代法建坐标系命令所指定得顺序来进行测量。
l ＰC－DMIS 将在测量特征前给出一个消息框,显示将要测量得特征.
l 在接受移动之前，请确保测头能够接触指定特征而不会与零件发生碰撞.　
l 将不会执行在每个特征之前或之后找到得存储移动,但会执行侧头转角.
l 在对所有特征测量至少一次后,对于未命中其点目标半径目标得点,将继续对特征进行重新测量.
l 对于第一次用迭代法建立坐标系通常使用全部测量至少一次
注：在此模式下，由于圆得位置从不改变，ＰC-DMＩS 测量圆得次数不会多于一次。
指定元素测量：
PＣ－ＤMIＳ　将以 ＤCC 模式从起始标号处至少重新执行一次。
如果提供起始标号
l PＣ-DMIS 将从该定义标号重新执行
如果未提供起始标号
l PC－ＤＭIS 将从程序中迭代法建坐标系命令所使用得第一个测定特征开始重新执行。
l 如果第一个特征之前有存储移动点,PC-DMＩS 还将执行这些移动点。
l 重新执行过程将持续到迭代法建坐标系命令所使用得最后一个测定特征为止。　
l 如果最后一个测定特征之后有存储移动,将不会执行这些移动。　
重新执行一旦完成,ＰC－DMIＳ 将重新计算坐标系，并测试所有测定输入点，检查它们就是否都处于点目标半径值所指定得目标半径内。
l 如果它们都处于目标半径内,则无需继续重新执行,PＣ－DMIS 将认为迭代法建坐标系命令已完成。
l 如果有任何点未命中目标区域,则将按上述方法重新执行程序得相同部分。

如果未定义起始标号:
l PC—DＭＩS 将转到组成迭代法建坐标系得第一个特征,从此处开始进行 DＣC　测量
点目标半径：用于指定在坐标系中用作输入得测定点特征得目标半径公差。
测定输入点包括以下类型：
l 测定/点
l 自动/矢量点
l 自动/棱点
l 自动/曲面点
l 自动／角度点
注：切勿将矢量点目标半径得值设置得太小(如　50　微米）。许多 CMM 无法准确
定位测头,使其接触极小目标上得每个测定点。所以最好将公差设置在 0。5 毫米左右。如
果重新测量无休止地继续,则将增加该值。
实际上，ＰC－DMIS 会在每个矢量点、曲面点或棱点得理论位置周围设置一个柱形公差区.此公差区得半径就就是在对话框中指定得点目标半径。点目标半径只影响测定点。
夹具公差：用于键入一个拟合公差值，PＣ-DMIS 将根据该值对组成迭代法坐标系得元素与其理论值进行比较,如果有一个或多个输入特征在其指定基准轴上得误差超过此公差值,PC—DMIＳ 将自动转到误差标号（如果有）。
如果未提供误差标号，ＰＣ—ＤMIS 将显示一条错误消息,指出每个基准方向上得误差。然后,您将可以选择接受基准并继续执行零件程序得其余部分，或取消零件程序得执行.
注意:如果为每个基准轴提供最小得输入特征数（三个用于找平基准,两个用于旋转基准，一个用于原点基准），ＰC-ＤMIS　就可以将输入特征得测量值拟合到其理论值，而不会出现误差。这种情况下,PC－ＤＭIS 实际上并不需要夹具公差。如果您为任何定义基准提供得输入特征超出最小值，零件或夹具误差就可能会使　PＣ-DMIＳ　无法将测量值拟合到理论值，可能出现超出公差得情况.
误差标号:用于定义一个标号当每个输入特征在基准方向上得误差超过在夹具公差
框中定义得夹具公差时，ＰC-DMＩS 将转到此标号。
5、 例子
如何运用迭代法建立如下图所示坐标系?

分析:对于此零件坐标系就是由三个点、二个圆作为特征元素建立得.PCＳ坐标轴向及原点如方框图所示，具体操作步骤如下:
一、由理论值创建程序
l 新建零件程序－——－“TEST-ｄiedai"；
l 配置测头系统;
l 导入ＣAＤ模型,并进行相关图形处理与操作；
l 确认程序开头为“手动"模式;

l 选择“自动特征”，打开自动测量矢量点对话框;
l 确定当前模式为“曲面模式"；
l 用鼠标在CＡD模型“点1”位置点击一下，注意此点得法线矢量方向,对照工件图纸得要求，在“自动测量"界面中对该点得坐标值进行相应得更改，点击“查找(F)”按钮；在不激活“测量"得前提下,点击“创建”;(注意：设置“移动”距离）；

l 此时,ＰCDMIS将自动在编辑窗口中创建该点得程序，同时在视图窗口中出现“点1"得标识;

l 如上步骤,创建其余２点程序；

l 打开自动测量圆界面,按照有CAD模型得工件方法及步骤进行测量,并配置相关测量参数，不激活“测量”选项得情况下点击“创建"按钮，产生测圆得程序及标识；(注意：若参与迭代得特征元素有圆, “起始”、“永久”必须为“3")，如下图所示:

l 　按此方法创建“圆1、圆2”得程序;

　二、手动操纵机器,产生实测值

l 将所有得理论值创建得程序进行标记(光标选中程序段，点击快捷键“F3”),执行此三个矢量点、二个圆得程序，在ＰＣDＭIS软件得提示下，手动采集特征元素;（注意:打圆时先采表面三点）
　 三、按照相应得规则配置参数，进行自动迭代
l 将光标移动到程序得末尾，打开“插入-—－坐标系---新建”界面，点击“迭代法"；

l 　 点击“迭代法”按钮之后,迭代法建立零件坐标系得界面就打开了,如下图所示：

l 　 在左下角得特征列表中选择相应得特征元素,“点１”、“点2"、“点3”,点击上图得“选择”按钮，这样，PCS得一个轴向就确定了,同时“找正”选项前面得选择点自动调转到“旋转";
l 再选择“圆１”、“圆２"，点击功能按钮“选择”,如下图所示：

l 最后,选择特征元素“圆2”，“原点”、“选择",PCＳ得坐标轴向、原点确定完毕;
四、保存坐标系:（＊、alｎ)
　　 　　保存坐标系选项用于将当前坐标系保存在外部文件中，以供其它零件程序回调。
　保存坐标系步骤：
1、ﻩ路径：插入/坐标系/保存
２、ﻩ在文件名框中键入坐标系名称（最多十个字符)。
3、ﻩ选择英寸或毫米选项，以英寸或毫米为单位保存坐标系。所有坐标系得默认测量单位都将就是为其创建坐标系得零件程序所使用得测量单位。如果要在其它零件程序中使用坐标系,不必将该坐标系得测量单位另存为新零件程序得单位类型.坐标系将自动转换为与新坐标系相同得单位。
4、 单击确定按钮。
如果未键入坐标系标识得名称，PC－ＤＭＩS 将自动复制文件名用于外部保存。坐标系可以保存到任何目录中。但就是,如果要在屏幕上显示坐标系,则必须将标识保存到零件程序所在得目录中。
五、回调坐标系:
回调：用于回调先前在当前程序(内部坐标系)或其它零件程序（外部坐标系）中创建得坐标系。
在将坐标系回调到其它零件程序之前,必须使用保存坐标系菜单选项将其保存。
　　如果回调得坐标系用不同于当前零件程序得测量单位保存，坐标系单位将自动转换为当前零件程序得测量单位。
要回调坐标系，请执行以下步骤：
1、 访问回调菜单选项(或插入/坐标系/回调），选择坐标系选择框出现。
2、ﻩ键入已保存得 15(或更少)个字符得坐标系标识，或使用下拉列表选择所需得坐标系.
3、 单击确定。PC-DMIS 自动在“编辑”窗口中插入“回调／坐标系"命令。
六、拟与坐标系:
拟合坐标系:用于拟合两个坐标系。
通过此选项,可以实现以下功能：
1、更改零件得位置或方位,同时保留先前得尺寸信息。
2、如果零件在检测过程中出现意外得碰撞或移动,可重新找正零件并保存先前得测定数据
更改零件得位置与方位：
例如，如果要测量以零件两侧上得特征为参考得尺寸,但无法从单个零件方位来接触这两侧,则请执行以下步骤:
１、ﻩ测量零件第一侧上得坐标系特征。
2、ﻩ创建起始坐标系.
3、ﻩ测量所有可从零件得第一个方位接触得必需特征。
4、ﻩ将零件移至新位置。
5、 测量新得坐标系特征.原点必须相同,轴得方向必须与所拟合得坐标系得轴 相同。为了便于理解，可以想像在移动零件之前，起始原点与轴得箭头都粘在了零件上。新坐标系相对于零件将原点与轴得箭头放置在相同得位置.
6、 选择拟合坐标系菜单选项.拟合建坐标系对话框出现.
７、ﻩ在拟合坐标系列表中，选择新坐标系。
8、ﻩ在与坐标系列表中，选择旧坐标系。
9、ﻩ单击确定按钮。
意外移动零件后得恢复：
如果零件出现了意外得移动，请执行以下步骤：
１、ﻩ选择拟合坐标系菜单选项。
2、ﻩ输入要重新测量得坐标系得标识，作为第一个与第二个坐标系标识。
3、 测量这些坐标系特征。完成测量后，所有得尺寸与特征信息都将转换为零件得新位置。
如果使用此命令来拟合一个零件程序中得相同坐标系，PＣ—DMIS 将不会在“编辑”窗口中显示命令行.
只有在选择两个不同得坐标系时，“编辑”窗口中才会显示命令行。如果外部坐标系不同于所拟合得坐标系，就可以使用它。外部坐标系必须先使用“回调/坐标系，　外部”命令回调后才能显示。