南航三坐标测量机实验报告之检测箱体.doc

三坐标测量机实验报告

实验题目：检测箱体

一、实验目的与要求

1．根据零件图纸需求确定测量方案；
2．对零件几何元素尺寸进行测量；
3．给出特征评价报告；
4．编写实验技术报告。

二、实验方案

1．零件装夹
根据实验目的与要求，将垫块放在三坐标测量机工作平台的合适位置，然后将被测零件根据实验要求合理地放在垫块上，以便于测量被测零件的特征元素。
2．工位标定
将被测零件装夹好后，测头有5个角度，每个角度分别对应被测零件的上表面和4个侧面，一个测头角度对应一个工位，依次对这些工位进行标定。
3．坐标系建立
本实验中，我们运用“3-2-1”法建立无CAD模型的零件坐标系。
4．元素测量
根据实验要求，我们需要测量4个平面，2个圆和7个柱体。由于需要先建立坐标系，我们先测量柱体1、平面1、平面2、圆1和圆2，然后再测量剩余的特征元素。
5. 报表输出
根据实验要求，输出几何公差的报告文件。

三、实验步骤

1．开机和安装
首先打开空气压缩机储气罐排水阀排水，然后依次开启空压机、冷干机、空气过滤器，检查气压是否在0.4-0.5Mpa范围之内，如果不在此范围内则可通过气源调节阀调节。再依次接通交流稳压电源、UPS电源、测量机控制系统电源、测头控制器和计算机电源，启动PC-DMIS测量程序，即桌面快捷键“online”,屏幕将弹出PC-DMIS初始界面。
单击下拉箭头选择“未连接测头”，确定后等待数秒，当状态栏提示“请启动电机”时，按下手操盒上的“MOT ON”按钮，测量机加电，“MOT ON”指示灯亮。当屏幕弹出“可以使坐标测量机回家”时按“确定”时，点击“确定”，状态栏提示“按开始”时，在确定测量机回家运行路径无障碍的情况下，按下手操盒上的“START”按钮，完成坐标初始化。
2．测头定义
创建了一个新的测量程序，点击确定后，弹出测头工具框。定义测头的步骤如下：
（1）定义测头文件：在“测头文件”栏填入测头文件名。
（2）定义测头系统：在“测头说明”下拉菜单中选当前测量机所用的测头系统，测座选PROBEPH10M,传感器选PROBETP2,测针选TIP2BY20MM。

（3）添加角度：根据工件的实际测量需要，有时需进行测头角度的添加。点击按钮“添加角度”，弹出添加新角界面，在“添加单个角度”文本框中键入要添加的角度，A角90，B角0，点击“添加”按钮，A角90，B角90，点击“添加”按钮，A角90，B角-90，点击“添加”按钮，A角90，B角180，点击“添加”按钮，在右边的“新角列表”中将出现以上所添加的角度，然后点击“确定”按钮。
3. 坐标系建立
建立零件的PCS,此PCS的三轴方向及原点为：①X轴正方向由“柱体1”的轴线确定；②Y轴正方向由“圆1”与“圆2”的圆心连线确定；③Z轴正方向由“平面2”的法线矢量确定；④Y轴的零点落在“平面1”上，X、Z轴的零点落在“圆1”的圆心上。建立PCS的步骤如下：
（1）采集特征元素——手动测量柱体1、平面1、平面2、圆1、圆2。
（2）找正——在PC-DMIS菜单条中选“插入——坐标系——新建”打开建立坐标系功能对话框。在特征元素列表中选“柱体1”，然后选择第一个坐标轴为X正，点击“找正”按钮，确定第一个轴向——X正，为柱体1的轴线方向。
（3）旋转——在确定第二个轴向时，是围绕着已确定的第一个轴进行旋转。在特征元素列表中选“圆1”、“圆2”，然后选“围绕X正”“旋转到Y正”，点“旋转”。确定第二个轴向——Y正，为“圆1”与“圆2”圆心连线的位置。
（4）平移——在特征元素列表中选“圆1”，在原点处选中“X、Z”，点击“原点”按钮，X、Z的零点平移到“圆1”圆心处；然后选择“平面1”，去掉X、Z选勾，选中“Y”，点击“原点”,Y轴的零点平移到“平面1”上。
（5）点击“确定”，则完成了建立一个零件坐标系的过程。
4．特征元素测量
本实验采用手动模式测量，测量的元素类型有平面、圆和圆柱，其中，有4个平面、2个圆和7个柱体需要手动测量。下面分别介绍各种元素类型的测量方法。
（1）测量一个平面
单击工具条上的测量平面图标，手持操纵盒，移动测头，在零件平面上手动采4个测点，当完成采点后，按手操盒上的START键或键盘上的END键，PC-DMIS将在“图形显示”窗口用特征标识和三角形表示测量的平面，并同时在“编辑窗口”中记录该平面的相关信息。
（2）测量一个圆
先要选择合适的工作平面，单击工具条上的测量圆图标，手持操纵盒，将测头移到需测圆的中心，在弧长近似相等的圆周上采4个测点。在采完最后一个测点，按START键或键盘上的END键。PC-DMIS将在“图形显示”窗口中显示特征标识和被测圆，并同时在“编辑窗口”中记录该圆的相关信息。
（3）测量一个圆柱
测量方法与测量圆类似，只是至少测量两层圆。圆柱轴线方向由起始层圆的圆心指向终止层圆的圆心。单击工具条上的测量圆柱图标，手持操纵盒，将测头移动到需测圆柱的起始层圆的中心，在弧长近似相等的圆周上采4个测点。然后将测头移动到需测圆柱的终止层圆的中心，在弧长近似相等的圆周上采4个测点。在采完最后一个测点后，按START键或键盘上的END键。PC-DMIS

将在“图形显示”窗口中显示特征标识和被测圆柱，并同时在“编辑窗口”中记录该圆柱的相关信息。
5．特征元素计算和评价
对特征元素进行评价时，我们需要考虑是形状公差还是位置公差。若是形状公差，则不需要基准；若是位置公差，则需要基准。我们先介绍基准的定义。
5.1 基准的定义
（1）创建单一基准
单击菜单条上“插入——尺寸——基准定义”， PC-DMIS会显示基准定义对话框，从特征列表中选择一个特征与该基准字母相搭配，然后点击“创建”。选择的特征会在特征列单中出现，后面括号里有基准字母。
（2）指定复合基准
在尺寸标注中，使用“A-B”的格式显示复合基准。这表明，指定的基准会一起使用，就像单一基准一样。
在本实验中，需要评价的几何公差有平行度、同心度、垂直度、位置度、同轴度和对称度，下面仅对位置度、垂直度和对称度的评价作详细介绍，其他几何公差的评价可以参考它们的评价。
5.2 位置公差的评价
（1）评价位置度
①在主菜单中选择“插入——尺寸——位置度”，打开“位置度”对话框。
②选择要评价的元素。
③单击特征列表框编辑器中的（基准）选择所需的基准。
④单击特征列表框编辑器中的（实体条件），选择要评价的特征元素、基准元素的相应实体条件。
⑤在“公差”中输入每一项的正负公差。
⑥点击“创建”，完成评价。
（2）评价垂直度
①在主菜单中选择“插入——尺寸——垂直度”，打开“垂直度”对话框。
②选择要评价的元素。
③单击特征列表框编辑器中的（基准）选择所需的基准。
④在“公差”中输入公差。
⑤点击“创建”，完成评价。
（3）评价对称度
①测量平面1、平面2。
②构造平面1、平面2的中分面，得到基准平面A。
③在被测平面1上依次测量4个矢量点“点1” “点2” “点3” “点4”。
④在被测平面2上依次测量4个矢量点“点5” “点6” “点7” “点8”。
⑤在主菜单中选择“插入——特征——构造——特征组”，打开“构造特征组”对话框。
⑥按照顺序选择“点1” “点5”、 “点2” “点6”、 “点3” “点7”、 “点4” “点8”，注意：在选择时要按交替顺序进行，即选被测平面1上一点再选被测平面2上一点。

⑦点击“创建”，得到特征组“SCN2”，关闭“构造特征组”对话框。
⑧在主菜单中选择“插入——尺寸——对称度”，打开“对称度”对话框。
⑨在此对话框中选择要评价的元素：SCN2。
⑩选择基准元素：平面A，点击“创建”，即可得到所要评价的对称度。
6. 数据报表输出
每个特征的测量结果经过评价后可按公差要求输出测量报告。生成测量报告的步骤如下所示：
（1）点击“编辑——参数设置——编辑窗口布局”，打开设置对话框。
（2）选择需要显示的选项：显示注释、显示尺寸评价、显示页眉/页脚，设置完成后按“确定”关闭对话框。
（3）在菜单栏中选“报告窗口”，弹出报告窗口，显示检测报告。
（4）在主菜单中选“文件——打印——报告窗口打印设置”，设置“将报告输出到”文件，设置完后按“确定”。
（5）选择“文件——打印——报告窗口打印”，检测报告就会存储到指定的位置。

四、实验结果

1．实验数据（特征报表数据）

2．数据分析
表1
特征
形位公差
测定值（mm）
设计值(mm)
差值（mm）
柱体4
平行度
0.043
0.050
0.007
圆1与圆2
同心度
0.012
0.012
0
柱体2
垂直度
0.108
0.060
-0.048
柱体5
位置度
0.027
0.015
-0.012
柱体6
位置度
0.014
0.015
0.001
柱体7
位置度
0.013
0.015
0.002
柱体3
同轴度
5.187
0.012
-5.175
扫描1
对称度
0.711
0.030
-0.681
注：差值=设计值-测定值。
由表1可知，柱体4、圆1与圆2、柱体6和柱体7的差值大于或等于0，其相应的形位公差满足设计要求，而柱体2、柱体5、柱体3和扫描1的差值小于0，其相应的形位公差不满足设计要求。

五、实验评价及建议

通过本次试验，我了解了三坐标测量机的基本组成及其主要功能，同时，还学习了PC-DIMS软件的基本操作。通过具体的实验操作，我了解了测头的定义与校验，了解了手动测量与自动测量，学会了如何建立零件坐标系，学会了如何评价零件的尺寸以及形位公差。
当然，仅仅知道这些是不够的，我还需要继续学习，进一步了解三坐标测量机更多的相关知识，加深对三坐标测量机的了解。在实验的过程中，受到实验设备的限制，同一组同学共用一台设备，必然会造成同学们学习的困难，但是收获还是有的，这并不妨碍同学们对三坐标测量机的学习。

六、查找两篇有关三坐标方面的论文资料（附上期刊名、期刊号、作者、论文摘要）

1．基于三坐标测量机自适应测量的自由曲面逆向
【期刊名】机械工程学报
【期号】第15期
【作者】何雪明，孔丽娟，何俊飞，武美萍，张荣，纪小刚
【摘要】自由曲面的精确测量和重构是决定具有自由曲面特征的零部件复现精度的重要因素,传统逆向中测量与重构是相互独立又不能有效评估的。为提高自由曲面测量速度和重构精度,基于三坐标测量机(Coordinate measuring machine,CMM),提出自适应测量的曲面重构方法。测量过程中,通过不断拟合样件上已测点,预算待测点及其测量矢量,指导CMM自动采集曲面上数据。由点云拟合自由曲面模型后,检验拟合模型上点与样件上相应点的误差;若误差偏大,则在测量点云中加入检测点后重新拟合曲面,进一步检测重拟合实体模型直至满足精度要求,得到精准数据点和精致的自由曲面模型。辅以计算机图形可视化实例验证本法,测量精度及其重构精度可达μm级,具有自由曲面特征的零部件整个逆向周期呈数量级下降,算法鲁棒性强。
2．微纳米三坐标测量机接触扫描探头稳定性分析
【期刊名】纳米技术与精密工程
【期号】第2期
【作者】李瑞君，范光照，钱剑钊，黄强先，龚伟，苗晋伟
【摘要】对微纳米三坐标测量机(CMM)高精度扫描探头的稳定性进行了分析。该扫描探头由带有球头的光纤探针、悬浮机构、二维角度传感器和微型迈克尔逊干涉仪4部分组成。光纤探针和悬浮片固定在一起,当光纤探针的球头受到触碰时,会带动悬浮机构的悬线发生形变,进而导致贴在悬浮片上的平面反射镜倾斜或在竖直方向上发生位移,前者由二维角度传感器进行感测,后者由微型迈克尔逊干涉仪进行感测。实验结果表明,环境温度的变化是影响探头稳定性的主要因素,探头中机械结构和部件对温度变化的敏感性要远远大于探头中光电器件对温度变化的敏感性。只要将探头放到一个恒温箱中,待恒温箱温度稳定4h再开始测量,探头即可达到1nm的分辨力和30nm的测量标准差。