坐标测量法范文（精选12篇）
坐标测量法 第1篇
随着航空与空间技术的发展, 对大尺寸空间测量的需求越来越迫切, 已经成为航空与空间技术发展的制约因素。大型飞机正向高速、远程、重载、能量高效化和高可靠性方向发展, 对于机身机翼等三维结构尺寸和外形形状的精确测量已成为十分迫切的问题。激光跟踪三维坐标测量是在机器人计量学基础上发展起来的一种新型大范围坐标测量方法。被认为是最具潜力的高精度、大范围、非接触、动态现场测量工具[1,2,3,4]。其原理是[5]在被测量点处设立一个目标镜, 干涉仪发出的测量光束射到目标镜上, 然后被目标镜按原路返回, 当目标镜移动时控制系统自动地调整测量光束的方向, 始终对准目标镜;同时, 返回的测量光束与参考光束干涉, 得出目标镜到干涉仪的长度变动量。根据目标镜的长度变化量, 就可计算出目标镜的位置坐标。如图1所示[7,8], 四路激光跟踪干涉仪同时瞄准并动态跟踪空间同一目标点, 测量出目标点到各个跟踪测量站之间的距离, 便可计算出目标点的空间坐标。在实际应用时, 系统首先要经过标定, 确定系统参数, 然后才可以进行测量。四路激光跟踪干涉坐标测量系统可通过自标定的方法得到基点坐标, 但标定精度受多方面的影响。传统的利用冗余技术的自标定, 由于受猫眼的接收角范围、激光跟踪头转角范围等因素的限制, 由基点标定误差引起的测量误差可达十几个微米。因此, 本文提出了一种新的基点标定方法, 实现了基点坐标的高精度标定, 使得由标定引起的测量误差降低到几个微米。
1双线法基点自标定
如图2所示为双直线法标定基点坐标的基本原理图, C点为激光跟踪干涉仪的中心点, 即测量基点, L0记为跟踪干涉测量的初始长度。目标镜从O点开始沿X轴和Y轴运动, 干涉仪A和B分别测量目标镜沿X轴和Y轴运动的长度变动量。以坐标原点作为初始动点, 记干涉仪A的读数为ai, 干涉仪B的读数为bj, 与ai对应的跟踪干涉仪的长度变动量记为li;与bj对应的跟踪干涉仪长度变动量记为qj。则有如下两式, 其中, (xi, yi, zi) 是动点坐标。以
2双线法标定的精度
仿真验算双线法标定基点坐标的精度。如图2所示, 设C点坐标为 (xc, yc, zc) = (700, 500, 600) mm, 干涉仪A的读数ai≈140×i, i =1～n, n =10。干涉仪B的读数bj≈100×j, j =1～m, m =10。然后, 给li和qj加上一个服从正态分布:N (0, 0.001 mm) 的误差eli和elj。按照式 (1) 求出C的X、Y和Z坐标, 将计算出来的C坐标 (x
表1为其中一次仿真数据, 由表1中数据可得C点仿真坐标x
由计算出的C点标准差可知, X 和Y坐标的标准差都很小, 从而大大提高了标定的精度, 而Z坐标的标准差较大是因为在Z方向没有围绕C点均布的动点, 造成了Z坐标标定的精度低。实验显示基点C的Z坐标真值不同, 标准偏差σz也不同, 曲线如图3所示, zc从50 mm到2 000 mm变化, xc=700 mm, yc=600 mm。由图2可看出, 当基点C的Z坐标与X、Y坐标相当时, 标准偏差σz有最小值, 此时的Z坐标的标定精度最高;当zc→0时, σz→∞, 此时的标定精度最低。
要提高基点C的Z坐标的标定精度, 可以在Z方向上增加一条直线, 即用三条相互垂直的直线来标定基点C的三维坐标。每一条直线只标定出C的一个坐标, 三条直线就可高精度地标定出C的三维坐标。做如图2类似的仿真实验, 只不过在Z方向上再加一个干涉仪D, 用于测量目标镜在Z轴上运动的变化量。C点坐标为 (xc, yc, zc) = (700, 500, 600) mm, 目标镜分别沿X、Y、Z轴运动, 记录干涉仪A、B、D的读数及跟踪干涉仪的变化量, 按照式 (1) 类似公式, 求出C的X、Y、Z坐标, 将计算出来的C坐标 (x
显然, Z坐标的标准差有了很大的提高, 因此提高了基点坐标的精度。
4结论
在四路激光干涉柔性坐标测量系统中, 基点坐标标定的精度对系统最终测量精度的影响很大, 为此, 本文分析了双线法标定基点坐标的方法, 并仿真计算了其精度, 数据显示当基点C的Z坐标与X、Y坐标相当时, 基点坐标的标定精度很高。也可在Z 坐标上增加一条直线, 即用三条相互垂直的直线来标定基点C的三维坐标可达到很高的精度。
参考文献
[1]Lau K, Hocken R J.A survey of current robot metrology methods.Annals of the CIRP, 1984;33 (2) :485—489
[2]Nakamura O, Goto M.Four-beam laser interferometer for three-dimensional microscopic coordinate measurement.Applied Optics, 1994;33 (1) :31—36
[3]Hughes E B, Wilson A, Peggs G N.Design of a high-accuracy CMM based on multi-lateration techniques.Annals of the CIRP, 2000;49/1:391—394
[4]Zhang G X.et al.Astudy on the optimal design of laser-based multi-lateration system.Annals of the CIRP, 2003;52/1:427—430
[5]张国雄, 林永兵, 李杏华, 等.四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统.光学学报, 2003;23 (9) :1030—1036
[6]林永兵, 李杏华, 张国雄.基于多边法的三维坐标测量系统自标定最优方案.计量学报, 2003;24 (3) :166—173
[7]梁晋文, 陈林才, 何贡.误差理论与数据处理.北京:中国计量出版社, 1988
三坐标测量机的虚拟测量方法 第2篇
三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备已经有了几十年的发展历史，其在工业生产领域中的使用越来越为广泛，也越来越受到生产型企业的重视。而三坐标测量软件中对CAD功能的引入，更是将三坐标测量机的应用领域和易用性推到一个新的高度。
数控英才网以下就以三坐标测量机测量方案为例，对CAD在三坐标测量中的应用做简要介绍。
1、虚拟测量
虚拟测量就是在没有实际工件的情况下对CAD模型在软件中进行测量。Rational dmis测量软件拥有强大的CAD功能，要进行虚拟测量时，打开软件，选择脱机工作模式，然后导入所要测量的CAD模型，并将CAD模型对应到选定的坐标系中即进行测量。根据所要测量的几何元素，使用鼠标在CAD模型上点击所要采点的位置，此时CAD模型上会显示所采点的位置及其矢量方向。根据所测量的几何要素的需要，可进行多次采点。当采够所需要的点数后再在采点窗口中点确定，系统将会驱动虚拟测头进行采点，并拟和出要测的几何元素及其图形。虚拟测量可以通过对没有尺寸数据的CAD模型进行测量，确定其各种尺寸参数。但这不是虚拟测量的主要目的，虚拟测量的主要功能是为在脱机状态下进行自动测量编程做服务。
2、脱机编程
数控三坐标测量机使批量测量的效率有所提高，通过对给定工件的测量进行编程，可以实现全自动的快速测量。三坐标测量软件没有引入CAD功能之前，对测量程序的编制要求专业人员对应图纸进行编程，这种编程方法使用较为复杂，且对操作人员要求较高。有一种方法就是使用三坐标测量软件的自学习编程功能，在对工件进行实际测量的同时自动生成测量程序。当再次测量同样的工件时即可调用此程序进行自动测量。由于这种方法简单易用，适应面广，因此在业内被广泛使用。但由于这种编程离不开实际工件，所以也就带来了很多难以克服的缺点。一是由于编程离不开硬件环境，必须要将给测量机配套的气源等打开，使测量机能正常运行方能进行编程，这样编成较为繁琐。二是编程离不开工件，所以就必须等工件加工完成后才能进行编程，这样便会降低了工作效率从而影响生产。坐标机测量软件中引入CAD功能之后，由于可在脱机状态下通过对CAD模型进行虚拟测量，从而可完成自学习编程的过程，因此解决了以上问题。无论生产是否进行，只要将设计部门设计的CAD图纸文件输入到测量软件中，就可以进行编程。等工件加工完成就可以进行程序测量，这样就大大提高的生产效率。其具体的方法是先在三坐标测量软件中打开要测量工件的CAD模型，然后打开测量程序自学习功能，建立好坐标系后就可以开始模拟对工件的测量。系统将自动生成测量程序。在程序编制完成之后，还可以在CAD环境中调用程序进行模拟测量，对程序进行验证，找出运行过程中出现的错误测量路径和采点，并对程序进行修正，将实际测量中可能出现的问题降到最低，也最大程度的保证了测量过程中的安全性。
3、使位置公差评定更加方便在以往的三坐标测量软件中，要对几何元素的位置公差进行评定，必须手工输入几何元素的理论位置，然后再和实际测量得到的值进行比对，这样对位置公差的评定很不方便。当坐标测量机软件引入CAD功能之后，就可以在软件中对CAD模型进行测量，由于模型是设计出来的，所以对其进行测量所测得值既为几何元素的理论值。在有了理论值之后，在对应的坐标系下再对实际工件进行测量，即得到了所需几何元素的实际值。这样就可以对所测几何元素的位置公差进行评定。这在使用中，既省去了手工逐个输入几何元素理论值的麻烦，而且也可以避免为了与图纸上的标注尺寸相对应而频繁变动坐标系。这大大降低了操作人员的劳动强度，也减少了出错的几率，同时也提高了测量的精度及效率。
4、CAD输出用于逆向工程在当前的生产制造中往往会碰到这么一种情况，客户能提供给制造者的只有实物而没有任何图纸或CAD数据，特别是样件中有曲线、曲面等很难通过测量获得其准确的数据的复杂模型。在这种情况下，传统的加工方法是使用雕刻法或其他方法制作出一个一比一的模具，再用模具进行生产。这种方法无法获得工件准确的尺寸图纸，也很难对其外型进行修改。逆向工程就是为了解决以上难题而提出的一套理论。逆向工程是指由工件产生图纸或各种相关尺寸数据的过程，是相对与传统的由图纸数据而产生工件的过程而言的。三坐标测量软件中引入CAD功能用于逆向工程，使传统的三坐标测量机用于成品检测的功能，有了更大的扩展。在逆向工程中，首先使用三坐标测量机对样件的外型进行精确测量，然后用CAD功能对所测得的数据进行处理，最终生成一种或几种CAD格式的数据文件。如西安力德公司的三坐标测量软件生成IGS格式的数据，而且还可以使用此软件附带的功能，使数据在多种CAD格式之间进行转换。这些数据文件可以被一般的CAD/CAM软件系统所接受，利用这些软件系统可以对数据进行修改，或直接进行数控机床加工法编程，最终指导数控机床进行加工。也可以对这些数据进行切片处理，指导激光成型机进行快速成型。逆向工程不仅能使工件快速的进入批量生产，而且可以得到工件的CAD数据，有了这些数据，就可以再使用三坐标测量机对生产出来的工件进行检测，保证产品的质量。
三坐标测量不确定度评定 第3篇
摘 要：本文对三坐标测量以?40mm3等标准环规进行了实例评定，对三坐标尺寸检测方法的改进有一定意义。
关键词：三坐标；不确定度
中图分类号： U467 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-190-2
1 试验部分
1.1 试验任务
测量?40mm3等标准环规刻度线处的直径D。
1.2 试验原理、方法和条件
1.2.1 试验原理
接触式，直接法，绝对测量。
1.2.2 试验方法
在三坐标测量机PRISMO上测量，测量前将标准环规固定于三坐标测量工作平台上，将仪器调整满足测量需要的状态。测量时，首先在环规刻度线处取对称两点x1、x2，构成环规的一条弦x1x2，并确定弦的中心O（以O点为坐标原点），在环规刻度线处取一点A0，连接OA0交环规另一边A（以AA0为坐标X轴），则A、A0在坐标X轴上读数差即是环规刻度线处的直径值D。
1.2.3 试验条件
试验环境温度为（20±1）C，温度变化每小时不应超过0.5℃/h，环境相对湿度为≤65%；
三坐标测量机常年固定安装在实验室内，受测标准环规置于实验室内的平衡时间24小时以上。
2 数学模型
由试验原理和方法，得到数学模型：
4 测量不确定度来源及说明
测量不确定度来源及说明见表1：
5 标准不确定度评定
5.1 由三坐标测量机的示值误差引入的标准不确定度分量u1
根據设备出厂证书三坐标测量机最大允许误差MPE为±（1.4+L/333mm）m，符合均匀分布，k=，
受测标准环规的直径按40mm计算，
则：u1=（1.4+40/333）/=0.8777μm
5.2 由测量重复性引入的标准不确定度分量u2
在各种条件均不改变的情况下，在短时间内重复性测量20次（即n=20）。实验数据见表2。
5.3 由测量环境温度变化引入的标准不确定度分量u3
由于测量设备及环规置于实验室恒温恒湿的环境中足够时间，且测量过程中启用测量设备温度补偿功能，避免温度变化引起设备与环规的热膨胀，因此此项因素引起的测量不确定度分量可忽略不计，则u3=0。
5.4 由测量原理引入的标准不确定度分量u4
测量时，在环规上取两点x1、x2，构成环规的一条弦x1x2，弦x1x2的位置及长度可引入标准不确定度分量，由三坐标测量机最大允许误差MPE为±（1.4+L/333mm）m，符合均匀分布，k=，受测标准环规的弦x1x2按30mm计算，则：
u4=（1.4+30/333）/=0.86m
5.5 由测量对象（标准环规）引入的标准不确定度分量u5
根据JJG894-1995《标准环规检定规程》3等标准环规=10～50mm的最大直径变动量和锥度分别是0.5m和0.8m，并假定其在该范围内等概率分布，则由标准环规引入的标准不确定度分量u5/=0.545m。
6 合成标准不确定度
6.1 主要标准不确定度分量汇总表
论全站仪极坐标法在桥梁测量中应用 第4篇
近年来, 我国公路建设事业发展迅速, 特别是高等级公路的兴建, 大大推动了我国现代化交通事业的发展进程, 其中桥梁的建设是关键。桥梁正在向着跨径大、结构轻、造型美的方向发展, 这就对桥梁建设提出了更高的要求, 特别是施工测量是一项精密而细致的工作, 稍有不慎, 就有可能产生误差, 一旦产生错误而又未及时发现, 就会影响下步工作, 从而造成推迟工作进度或返工浪费, 给国家和单位造成损失。
2 极坐标法
主要先根据设计图纸计算路桥各里程中桩、边桩和节点、变坡点等的坐标, 然后使用全站仪在沿途施工线路已布设的控制点上设站, 再对各里程中桩、边桩及节点、变坡点等进行放样测量, 从而达到指导路桥施工的目的。
3 控制测量
有了全站仪, 路桥的控制点布设主要是附合导线或闭合导线, 其测量方法及各项限差参数, 请参考大地测量。
4 内业计算坐标
4.1 直线部分:
已知路标直线中桩上A、B两点坐标为 (Xa, Ya) 、 (Xb, Yb) , 如图1, A、B桩的里程为ka、kb, 那么:
a) 该直线段上任意桩号点Pi的坐标为:
AB的方位角Tab=arctan[ (Yb-Ya) / (Xb-Xa) ]
任意点Pi的坐标
Xp=Xa+S×cosTap
Yp=Ya+S×sinTap
式中:S=|Kp-Ka| (Kp为Pi点的里程)
b) A、B为路桥设计中线, C、D为边桩或桩位等节点, 求C、D坐标。
PiC的方位角Tpic=Tab+90°;PiD的方位角Tpid=Tab-90°;则C点的坐标为:
Xc=xp+Spc×cosTpic
Yc=yp+Spc×sinTpic
同样可以求得D点坐标:
Xd=xp+Spd×cosTpid
yd=yp+Spd×sinTpid
4.2 曲线部分
曲线的平面线形一般是直线―缓和曲线―圆曲线―缓和曲线―直线的组合。
4.2.1 主点测设元素的计算
圆曲线内移值P和切线增量q的计算公式为
undefined
曲线主点测设要素的计算公式为
切线长undefined
曲线长undefined
其中圆曲线长undefined
外距undefined
切曲差J= 2T -L
式中undefined为缓和曲线长, R为圆曲线半径, △为路线转角。当△为右偏角时取“+”、为左偏角时取“一”。
这时五个主点ZH、HY、QZ、YH、HZ桩号里程分别为:
Zzh=Zjd-T (Zjd为路线转角两直线交点里程)
Zhy=Zzh+Lh
Zqz=Zzh+L/2
Zyh=Zhy+Ly
Zhz=Zyh+Lh
4.2.2 各里程点测设元素的计算
设直线与缓和曲线的交点ZH点里程为Z, 缓和曲线上任一点里程为Ah。
圆曲线上任一点里程为Ay, 则Kh=Ah-Z、Ky=Ay-Z
4.2.2.1缓和曲线线上一点到ZH点的坐标增量为
Xh=Kh-Kundefined÷ (40R2Lundefined) +Kundefined÷ (3456R4Lundefined)
yh=Kundefined÷ (6RLh) -Kundefined÷ (336R3Lundefined) +Kundefined÷ (42240R5Lundefined)
其切线方向增角为E=90Kundefined÷ (πRLh)
而其方位增角为F=tan-1 (yh/xh)
其极距为S= (xundefined+yundefined) 0.5
当△>0时, 该点到ZH点的坐标方位为α=α0+F, 切线方位α切=α0+E;当△<0时, α=α0-F, α切=α0-E (α0为起始直线方位值) 。
这样该点的坐标为x=xZH+s×cosα
y=yZH+s×sinα
其国桩C、D坐标为xc=x+spic×cos (α切+90°)
yc=x+spic×sin (α切+90°)
xD=x+spiD×cos (α切-90°)
yD=y+spiD×sin (α切-90°)
4.2.2.2圆曲线上一点到ZH起点的坐标增量为Xy=RsinE+qYx=R (1-cosE) +P其中E=90 (2Ky-Lh) ÷ (πR)
其方位增角F=tan-1 (yx/xy)
极距S= (xundefined+yundefined) 0.5
同缓和曲线一样, 圆曲线上任一点的坐标为
x=xzh+S×cosα
y=xzh+S×sinα
圆曲线上任一点的边桩坐标为xc=x+spic×cos (α切+90°)
yc=y+spic×sin (α切+90°)
xD=x+spiD×cos (α切-90°)
yD=y+spiD×sin (α切-90°)
注意:以上各种计算公式较为繁杂, 计算点数很多 (通常桥梁需要5米计算一个中柱、边桩及柱位等节点;公路施工需要10米计算一个中桩及边桩) , 所以建议同行们使用可编程工程计处器 (如CASIO+X-4800) 电脑进行编程序计算。
5 外业放样测量
有了这些计算的各节点坐标, 就可以使用全站议在控制点上对各中柱、边柱、柱位、支座点等节点进行放样, 指导路桥施工。
6 结束语
桥梁工程的测量工作是桥梁施工中不可忽视的重要一环, 是确保工程总体质量与进度的关键。 [ID:3776]
摘要：随着全站仪的推广普及, 公路桥梁施工测量中极坐标法的应用越来越广, 而且让测量工作变得更简单、更准确。本文总结了个人工作经验, 重点介绍在路桥工程建设中如何应用全站仪极坐标进行工程测量的方法, 供同行参考。
三坐标测量机操作规范 第5篇
xxxxxxx公司标准
Q/SC×××-××××
三坐标测量机操作规范
200— —发布200— —实施 ————————————————————————————————
发布
前言
本标准适合工厂各型三坐标测量机
本标准由xxxxxx公司理化计量中心测定组起草并技术归口。
本标准起草人：
标准审查：
批准：
三坐标测量机操作规范范围
本规范适用于工厂各型号的三坐标标测量机，包括xxxxxxx三坐标。测量的技术保障条件
2.1：熟悉产品零件图、工艺要求和相关的技术文件以及产品的精度验收标准，分析产品结构，了解零件装配关系和技术要求，为测量做好必要的技术准备。
2.2：测量环境的要求：
测量室内环境的温度、湿度、防尘等必须符合相应的规定，保证测量温度在20°±2°、湿度在40%～70%之间。
2.3：测量零件的要求：
零件在测量前必须用汽油清洗干净，无毛刺、外观无明显缺陷、无锈蚀情况。
2.4：测量前按照图纸工艺要求，明确测量的项目，做相应的一些技术准备。3测量原理
将被测零件放入它允许的测量空间，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数据，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆拄、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。测量仪器装置
4.1:xxxxxx型三坐标测量机，精度：U1=2.5+L/350U3=3.5+L/250
重复性：0.002㎜
测量范围：1000*1200*2000㎜
xxxx三坐标测量机：精度：U1=3.5+6L/1000U3=6+6L/1000
重复性：0.004㎜
测量范围：2650*970*970㎜
xxxx三坐标测量机，精度：U3=2.9+L/250
重复性：0.003㎜
测量范围：1200*900*800㎜
4.3：稳压电源：均为：5KVA
4.4：压力表：用于控制仪器气浮导轨的压力
4.5：测量仪器必须在鉴定证书发放的有效合格期内方能使用
4.6：电路、气路均正常情况下方可使用
5测量步骤
5.1：测量前的准备
5.1.1： 未经培训取得合格证的人员禁止使用测量机。
5.1.2： 确保操作间内温度和湿度在测量机的正常工作范围内。（温度：20°±2°、湿度：40%～70%
之间）
5.1.3：仪器使用压力应大于5Pa，检查看有无漏气现象
5.1.4开机前，用酒精脱脂棉清洁机器导轨，保证导轨的洁净。
5.1.5： 按仪器操作说明书的开机步骤进行：打开总电源→打开压缩空气→打开三坐标测量机的控
制箱→打开计算机显示屏→接通打印机、绘图仪等→进入QUINDOWS或PCDMIS操作系统→进入应用软件→机器回零
5.1.6：机器回原点时，先检查机器测头是否停留在安全位置（在回机器原点的路线上有无障碍物）
确认无误后方可进行回零操作。
5.1.7：安装工件时，先将龙门架移动到安全位置，避免重物落下损伤导轨。
5.1.8：两人以上同时使用测量机时，禁止在手动运行机器的同时进行软件操作。
5.1.9：在调试程序时要将机器运行速度降低到50㎜/s,在验证好程序后再将速度恢复到正常。6零件测量
6.1：组装前连杆身和连杆盖的测量（以连杆身为例，连杆盖测量方法与之相同）
6.1.1： 用USEPRB命令，调用PRB（0，0）方向的测针，用MEPLA命令，测量连杆的大端面并定
其为基准面，取名为MA-PLA1
6.1.2： 用PRB（0，0）方向的测针，用MECIR命令，测量大头孔（此时孔为半圆孔）取名为C1
6.1.3： 用USEPRB命令，调用PRB（90，180）方向的测针，用MEPLA命令，测量齿形结合面并定其为投影面，取名为MA-PLA2
6.1.4： 用BLDCSY命令，建立手动坐标系：用MA-PLA1面建立零件坐标系的Z轴，用MA-PLA2面定X轴，用大头孔C1定坐标系的X、Y的原点（即X=0，Y=0），MA-PLA1定Z的原点（即Z=0）
6.1.5： 手动坐标系建好后，用自动的方法重新测量运行一次，以提高测量的精度
6.1.6： 用PRB（90，180）方向的测针，用MECIR命令，分别测量定位销孔和四个螺栓孔，并将之投影于投影面 MA-PLA2上
6.1.7： 用MCDCICI命令，评价定位销孔和螺栓孔间的距离以及螺栓孔相互间的距离
6.2：组装后连杆整体的测量
6.2.1： 用USEPRB命令，调用PRB（0，0）方向的测针
6.2.2： 用MECYL命令，分别测量大小头孔为两个圆柱
6.2.3： 用MEAXI命令，分别在大小头相同的位置各测一条侧母线
6.2.4： 用MEPLA命令，测量小头孔上端的面
6.2.5： 用MCDCICI命令，评价两个圆柱之间的距离
6.2.6： 用PARALL命令，评价两个圆柱之间的平行度
6.2.7： 用PAPAXAX命令，评价两条侧母线间的平行度
6.2.8： 用SQRCYPL命令，分别评价两圆柱对小端面的垂直度
6.3： 测量完成后，将零件吊下，把大理石工作台擦干净
6.4： 最后做好测量记录及台帐
7测量时要注意的事项
7.1： 在测量连杆销子孔和螺栓孔时，投影面的放置方向一定要与工作台的X 方向一致
7.2： 在测量圆柱时，在软件中选哪种方法，测量时就用对应的方法去测，否则就得不到准确的数据
7.3： 在评价大小头控制加的距离时，只有测量两个圆柱或两条中心线才可直接进行计算评价，若分别测量两个圆就必须通过建立直角坐标系来评价
7.4： 测量软件上的各种数据不得随意更改。
8测量机的维护与保养
8.1： 严格控制好房间的温、湿度，并做好记录
8.2： 每天使用测量机前应检查管道和过滤器，放出过滤器内的水、油、杂质等
8.3： 每隔三个月要清洗随机过滤器和前置过滤器的滤芯
8.4： 每天都要擦拭导轨油污和灰尘保持气浮导轨处于正常工作状态
8.5： 保持标准球和测杆的清洁，保证测座、测头、测杆、标准球固定牢靠
关注法向量应用,凸显坐标法价值 第6篇
1 引例（2005湖南）
如图１，已知ABCD是上、下底边长分别为2和6，高为的等腰梯形，将它的对称轴OO1折成直二面角，如图2。
(Ⅰ)证明：AC;
(Ⅱ)求二面角的大小。
1.1 解题分析
题干给出一个直二面角和对称轴OO1，易知OO1⊥OB，OO1⊥OA，故有着明显的建系条件；另外给出梯形的边长、高，则各点坐标较易求得。用坐标法求解，可避开二面角的寻找、推理等的困扰，只需先求面O1AC与面OAC的法向量，再用公式计算便可。第(Ⅰ)问的作用在于证明O1B⊥面OAC，也就找到了一个法向量；面O1AC的法向量可与求得，只是解出后，对的取值要慎重，可先观察二面角的大小是锐角、直角，还是钝角。
1.2 利用坐标法解题
(Ⅰ)证明：由题设知OO1⊥OA，OO1⊥OB，所以∠AOB是拆成的直二面角的平面角，即OA⊥OB。故可以O为原点，OA、OB、OO1所在直线分别为 ,如图，则相关各点的坐标是：
从而 所以
(Ⅱ)解：因为
由(Ⅰ） 的一个法向量。设 的一个法向量，由
取
设二面角，由〈〉，
所以〈〉= 即二面角 。
2 比较归纳，提炼方法
比较用向量的方法处理二面角的问题时，将传统求二面角问题时的三步曲：“找（作）－证－求”直接简化成了一步曲：“计算”，从形式看，简化了步骤，似乎淡化了学生的空间想象能力，但实际不然，向量法对学生的空间想象能力要求更高，也更加注重对学生创新能力的培养，体现了新课程标准要求和教育改革的精神。
2.1 利用坐标法求角和距离
关键是有明显或较为明显的建系条件，从而建立适当的空间直角坐标系——尽可能多地使空间的点在坐标轴或坐标平面内，正确表达已知点的坐标。在立体几何数量关系的问题解决中，法向量的运用可以使问题简单化，其难点在于掌握和应用法向量解决空间角和空间距离求法的常用 技巧与方法。利用法向量求解空间角和空间距离其方法技巧总结如下：
2.1.1 利用法向量求线面角
方向向量法向量之间的夹角，则有(如图5)
特别地 II
计算公式为： ＝－
2.1.2 利用法向量求二面角
设 为，计算公式为： 。
2.1.3 利用法向量求点面距离
如图8，点为平面外一点，点A为平面内的任意一点，平面的法向量为，过点P作平面的垂线PO，记 ，PA与法向量η的夹角为φ，距离计算公式为：＝。
2.1.4 法向量求空间异面直线距离
法向量在距离方面除应用于点到平面的距离外，还能处理异面直线间的距离，线面间的距离，以及平行平面间的距离等。在方法上有其共性：其一，这三类距离都可以转化为点面间的距离；其二，异面直线的距离可用如下方法操作：在異面直线上各取上一点A、B，AB在上的射影长即为所求。为异面直线AD、BC公共垂直的方向向量，可由
其计算公式为：，其本质与求点面距离一致。
向量是新课程中引进的一个重要的解题工具而法向量又是向量工具中的一朵奇葩，解题方法新颖，思路清晰，容易想到，计算也较为简单，往往能使解题有起死回生的效果，因此，在学习中应引起足够的重视。
2.2 误区点拨，矫枉过正
在应用坐标法解题时，要特别注意防止下面两种误区：
2.2.1 正确区分二面角范围
应用向量法处理二面角问题时，可能会遇到二面角的具体大小问题，如本题中若取 但依题意可知二面角为。因为二面角的大小有时为锐角、直角，有时也为钝角，所以在计算之前不妨先依题意判断一下所求二面角的大小，然后根据计算取“相等角”或取“补角”。
2.2.2 区分所求角与应求角
向量法在处理线面角问题时，会遇到所求角与应求角的关系问题，往往在求完作结论，这是应求角的余角，应转化为正弦值
3 辐射迁移，解读高考
3.1 (2010全国理科卷)
如图10，四棱锥S-ABCD中，SD底面ABCD，AB//DC，ADDC，AB=AD=1，DC=SD=2，E为棱SB上的一点，平面EDC平面SBC.
（Ⅰ）证明：SE=2EB；
（Ⅱ）求二面角A-DE-C的大小.
解法一：常规解法略。
解法二：坐标法
以D为坐标原点，射线为轴的正半轴，建立如图11所示的直角坐标系，设A(1,0,0)，则B(1,1,0),C(0,2,0),S(0,0,2)
（Ⅰ）
设平面SBC的法向量为n=(a,b,c)
由，得
故2b-2c=0,-a+b=0
令a=1，则b=c,c=1,n=(1,1,1)
又设 ，则 ，，设平面CDE的法向量m=(x,y,z)由,得， ，故.令，则.由平面DEC⊥平面SBC得m⊥n,·n，故SE=2EB。
（Ⅱ）由（Ⅰ）知，取DE的中点F，则，故 ，由此得，又 ，故，由此得，向量与的夹角等于二面角 的平面角。
于是， 所以，二面角的大小为。
3.2 （2008年北京理科卷）
如图12，四棱锥中，底面为矩形，侧面底面，，，．
（Ⅰ）证明：；
（Ⅱ）设与平面所成的角为，求二面角的大小．
解法一：常规解法略。
解法二：坐标法
（I）作AO⊥BC，垂足为O，则AO⊥底面BCDE，且O为BC的中点，以O为坐标原点，射线OC为x轴正向，建立如图所示的直角坐标系O-xyz.
设A（0,0,t），由已知条件有C(1,0,0),D(1,,0),E(-1,,0), 所以，得AD⊥CE。
（II）作CF⊥AB，垂足为F，连接FE，设F（x,0,z）则=(x-1,0,z),故CF⊥BE，又AB∩BE=B，所以CF⊥平面ABE，∠CEF是CE与平面ABE所成的角，∠CEF=45°由CE=，得CF=又CB=2，所以∠FBC=60°，△ABC为等边三角形，因此A（0，0，）作CG⊥AD，垂足为G，连接GE，在Rt△ACD中，求得|AG|=|AD|，故G[] 又， ，所以的夹角等于二面角C-AD-E的平面角。由cos()=，知二面角C-AD-E为arccos()。
参考文献：
[1]《普通高中数学新课程标准》.
基于光学坐标测量机的放大图测量 第7篇
在进行微小尺寸测量时, 传统的接触式坐标测量技术存在较大的问题:一是测量力较大;二是测头直径比较大, 常见的最小球径为0.2~0.5mm, 但测量误差会因塑性、弹性变形而大大增加。因此, 对微小工件的测量一般难以实现[1]。近年来, 光学坐标测量机在微小尺寸测量中的应用日益受到重视。
基于数字近景摄影视觉测量原理的光学数码柔性坐标测量机由于具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点, 具有很重要的应用价值和研究意义[2]。
2 光学坐标测量机的工作原理及应用
光学坐标测量是采用高性能数字成像器件作为传感元件, 结合图像处理及模式识别技术实现对目标物体 (被测点) 的自动识别、瞄准和角度测量, 利用空间点在两相机像平面上的透视成像点坐标来求取空间点的三维坐标。光学坐标测量机主要由CCD摄像头、计算机系统、基准尺和靶标测头等组成[3,4]。
光学坐标测量机具有系统组成灵活、测量精度高、工作空间大、自动化程度高等特点, 非常适合工业现场的在线测量与质量监控[2]。但其缺点是:实际测量时, 受到一系列物理因素, 如被测件材料、表面粗糙度、颜色、表面亮暗变化、反射性能、仪器的漂移等因素的影响。此外, 边缘的确定很大程度上取决于算法和照明方式, 并受到角和材料变形的影响。在一般情况下, 光学方法只能测量大致垂直于光学轴的工件表面, 但对于小孔和盲孔则难以测量[1]。
光学坐标测量机在许多领域都得到了应用, 典型的如:代小林等[5]研究了光学坐标测量机在Stewart机构标定中的应用, 为提高大型Stewart机构的定位精度, 建立了误差模型, 并提出了基于光学坐标测量机的标定方法, 然后进行了仿真和试验。刘文等[6]研究了光学坐标测量机在目标捕获中的应用, 利用CCD立靶坐标测量机进行了在4m×4m的立靶上千发实弹测试实验。
3 利用光学坐标测量机实现放大图测量
放大图是被测零件轮廓公差带经过一定倍数的放大得到的轮廓, 通过投影仪把零件轮廓放大后, 观察零件轮廓是否落在放大图所示的公差带内, 以此来判断零件是否合格。既然放大图是零件的标准, 那么保证放大图的合格才能保证零件的合格。所以定期对放大图进行检定是非常必要的, 本文应用德国Mahr OMS600型光学三坐标测量机, 对叶片放大图进行了测量。
3.1 测头标定
玛尔光学三坐标机有接触测头和光学测头 (CCD镜头) , 可根据需要对相应的测头进行标定。如果在测量同一个工件时, 同时使用接触测头和光学测头进行测量, 由于不同的测头在Z轴上的位置不同, 如果不统一, 就会有很大的偏差, 因此在此时有必要进行接触测头和光学测头的坐标系的统一, 即进行关联。可用一个环规来完成, 用光学测头和接触测头分别测量其位置, 所得数据被储存并经过软件处理后可以得到光学探头和接触测头之间的位移偏移量。在仅仅使用单一测头进行测量时可以不考虑是否已经关联。
3.2 测量过程
如图1所示, 将放大图放置于测量平台上, 启动如图2所示的软件测量界面, 中间部分为镜头所对的部分的放大图像可以根据需要选择采点的方式实现对放大图的测量。其中, 每执行一个操作, 生成一个元素, 在编辑器里就有相应的程序段生成。
为了测量放大图上的轮廓点, 首先输入第一个被测点的理论坐标值, 使CCD镜头移到第一点的位置, 然后选择合适的采点方式进行采点, 生成该点元素, 同时生成相应的程序段。要实现所有点的自动测量, 首先把所有点的理论坐标值输入文本文档, 在编辑器中主程序里定义变量, 然后将测量第一点所生成的程序段的特定语句中的具体数值用变量代替, 在主程序中编一段循环程序, 就可实现放大图的自动测量。为了使测量程序更加完善, 可以在主程序中加入判断语句, 以判断序号的奇偶性。在放大图中, 序号为奇数的点在一条轮廓线上, 序号为偶数的点在另一条轮廓线上。
为了使测量结果更加直观, 可以在程序中加入公差范围。这样, 在最后的输出报告中, 软件自动区分合格的点与不合格的点, 并评定出每个不合格点的偏差大小。
3.3 测量结果及其讨论
在用CCD测量放大图时, 使用底光来使图像轮廓清晰以便测量, 但使用不同的光强会带来不同的测量误差, 因此要特别注意选择光源的强度。光强太弱, 程序可能无法自动寻边, 或者测量后值会偏小, 光强太强, 由于光辉的干涉使边缘扩大, 这样测量值会偏大。因此本文在标定CCD某一物镜时, 选择恰当的光强, 需要记录该数值, 且在测量工件时亦使用同一值。
另外, 在锁定一个轴的坐标值测量另一个轴的坐标值时, 由于在视场中有像素转换成距离, 这个转换过程会使锁定的值有偏差。为了很好地锁定要锁定的坐标值, 要使取样窗口始终与X/Y方向一致, 来实现高精度的测量。
4 结语
光学坐标机测量放大图, 通过编程便可实现全自动测量, 比以往的手动测量既方便又准确。光学坐标测量机的灵活性、高精度性使其在精密测量中得到了广泛的应用, 由于其自动化程度高, 所以非常适合工业现场的在线测量与质量监控。放大图测量作为微小尺寸测量的有效手段, 借助于光学坐标测量机可以充分发挥其在精密测量中的作用, 具有广阔的应用前景。
摘要：放大图测量是对零件进行几何量精密测量的重要手段。介绍了光学坐标测量机的背景、工作原理及应用, 说明了光学坐标测量机具有系统组成灵活、测量精度高、工作空间大、自动化程度高等优点, 重点对利用光学坐标测量机实现放大图测量进行了讨论。结论是光学坐标测量机在放大图测量方面有着巨大的应用前景。
关键词：光学坐标测量机,CCD,放大图测量
参考文献
[1]裴丽梅.简述光学接触法坐标测量机[J].现代计量仪器与技术, 2006 (2) :53-54.
[2]王鑫.光学数码坐标测量精度优化与误差补偿技术研究[D].天津:天津大学, 2007:1-46.
[3]邾继贵, 王鑫.光学坐标测量系统技术研究[J].传感技术学报, 2007, 4 (20) :778-779.
[4]邾继贵, 张国全.光学3D坐标测量技术研究[J].中国计量学院学报, 2005, 2 (16) :100-102.
[5]代小林, 丛大成.基于光学坐标测量机的STEWART机构标定研究[J].机床与液压, 2007, 8 (35) :45-47.
坐标测量法 第8篇
1计算模型与方法
由于在道路工程设计中, 平面和竖向的设计是分别进行的, 因此应分别分析路线上点的平面坐标和高程的计算模型和方法。最后只要根据里程和相关属性信息 (如主点、左右边桩) 为关键字, 便可将点的平面坐标和高程统一起来。
1.1 平面坐标的计算原理与方法
任何复杂的路线都是按照道路工程设计规范要求, 由直线段、圆曲线段、缓和曲线段通过不同的组合形成的, 在路线的测量坐标系统中的平面坐标
(X, Y) 可以用一个参数方程表示:
(X, Y) = (Fx (L) , Fy (L) ) (1)
其中, L是路线上任意点的里程。
这个函数是一个分段函数, Fx (L) , Fy (L) 在不同的直线区间、圆曲线区间、缓和曲线区间里是不同的表达式。根据路线设计要求:线形连续光滑;线形曲率连续 (中线上任意点不出现两个曲率值) ;线形曲率变化率连续 (中线上任一点不出现两个曲率变化率值) 。可知此函数必定是一个连续可导的函数, 即线形上任何一点都有切线。知道切线方向就可以计算出该点的法线 (横向) 方向, 从而确定弯道上的中线偏移或边桩以及在曲线施工中确定纵轴线方向。
对于直线段, 可看成是任意一点的曲率半径均为∞ (无穷大) 的一种曲线, 得到组成路线的3种基本线形 (曲线单元) :直线、圆曲线、缓和曲线。任何一个曲线单元都可由该曲线单元起点的曲率半径R (o) 、终点半径R (e) 及曲线单元长度S确定该曲线单元的几何形状和大小, 故把R (o) , R (e) , S三者统称为曲线单元要素。
①当R (o) =R (e) =∞时, 为直线, 长度为S;
②当R (o) =R (e) =R时, 为圆曲线, 整个曲线的曲率半径为R, 长度为S;
③当R (o) ≠R (e) 时, 为缓和曲线, 起点的曲率半径为R (o) , 终点半径为R (e) , 缓和曲线的长度为S。
只要知道了每个曲线单元的起点o的里程Lo、坐标 (Xo, Yo) 及切线方位角Orient (o) (本文中所有的方位单位为弧度) 和曲线单元的左右偏转情况 (用Pz表示, Pz=-1表示左偏, Pz=+1表示右偏, 为考虑计算的通用性, 对于直线段Pz的值也默认为+1, 实际运算中引入数学中的Sgn (Pz) 函数) , 就可以求出曲线单元上任意一点的坐标和切线方位角。
先分3种情况讨论计算过程如下。
(1) 直线单元
如图1所示, 设以直线单元的起点o为坐标原点, 以o点切线为x轴, 法线方向为y轴, 即o2xy坐标系。显然里程为LP的P点在o2xy坐标系的坐标分别为
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利用坐标转换公式, P点的大地坐标和切线坐标方位角分别为
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Orient (P) =Orient (0)
(2) 圆曲线单元
如图2所示, 设以圆曲线单元的起点o为坐标原点, 以o点切线为x轴, 法线方向为y轴, 即o2x y坐标系。显然里程为L P的P点在o2x y坐标系的坐标分别为
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P点的大地坐标和切线坐标方位角分别为
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Orient (P) =Orient (o) +Sgn (Pz) l/R
(3) 缓和曲线单元
在我国, 缓和曲线线型设计采用的是回旋曲线, 它是由半径R (o) 变化到半径R (e) (R (o) >R (e) 或R (o)
线路中线上任意一点的曲率与该点曲率半径Ri成反比, 即ρi=1/Ri, 对于回旋曲线都满足Ril i=C (C=RL S, 为常数) , 即曲线上各点曲率为一个变量, 则ρi=1/Ri=li/C。可见回旋曲线上各点的
曲率与曲线长度成线性变化。若已知回旋曲线起点o的曲率ρo和终点e的曲率ρe, 便可求出回旋曲线上任一点的曲率ρi, 即
ρi=ρo+ (ρe-ρo) (Li-Lo) / (Le-Lo) (2)
其中, Lo, Le分别为回旋曲线起点o、终点e的里程;Li为回旋曲线上任意点的路线里程。
①回旋曲线上任一点的切线方位的计算设以回旋曲线的起点o为坐标原点, 以o点切线为x轴, 法线方向为y轴, 即o2x y坐标系。在回旋曲线上对任意点j取微分
dl=Ridβ
dβ=ρidl
βi=∫undefinedρidl= (ρi=+ρ0) (Li-L0) /2=ρ0l+ (ρe+ρ0) / (2S) l2=Al+Bl2 (3)
其中, l是回旋曲线上任一点j到起点o的弧长;S为回旋曲线 (曲线单元) 总长;A为起点曲率ρo;B为 (ρe+ρo) / (2S) 。
显然, 式 (3) 为计算回旋曲线上任一点相对曲线单元起始点的切线的切偏角的通式。
因此, 缓和曲线上任一点P的切线方位Orient (P) 可由下式计算
Orient (P) =Orient (o) +Sgn (Pz) (A (LP-Lo) +B (LP-Lo) 2) (4)
其中, LP为回旋曲线上任意点的路线里程。
②回旋曲线上任一点的坐标计算
由图3, 可得回旋曲线上任意点位在o2xy坐标系下 (以任一点为曲线单元起始点o即坐标原点) 的坐标计算公式
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将cos βi, sin βi用级数展开 (取前3项, 也可根据实际精度要求选前几项) , 积分得到回旋曲线上任意点在o2xy坐标系下的坐标
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公式中的l用Lp-Lo代入。
然后利用坐标转换公式计算任一点P的大地坐标
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说明:以上计算公式无需考虑缓和曲线与哪种曲线元素的衔接问题, 具有通用性, 由于采用的是数值微分法计算坐标, 因此它同样也适用于直线段、圆曲线段。对于直线段, A=B=0;对于圆曲线段, A=1/R, B=1/ (RS) 。
结论:只要已知每个曲线单元的起点o的里程Lo、坐标 (Xo, Yo) 及切线方位角Orient (o) 和曲线单元的左右偏情况, 即可求出曲线单元上任意一点的坐标和切线方位角。式 (7) 、式 (8) 是路线上任意单元的点的平面坐标的计算通用公式;式 (3) 是路线上任意单元的点的切线方位角的计算通用公式。当Lp=Lo+S时, 计算出的结果就是曲线单元终点E的坐标 (Xe, Ye) 和Orient (e) , 求终点E的目的是为了得到下一段与它相连的曲线单元起点的坐标 (Xo, Yo) 和Orient (o) 。
1.2 高程的计算原理与方法
竖曲线是由直线段、圆曲线段组合形成的。在传统的道路竖向设计中, 竖曲线元素及对应桩号里程和设计高程均采用近似公式计算, 在低级道路和计算工具相对落后的年代起了很大的作用。但是随着经济和现代交通的高速发展, 高等级道路的设计和施工的精度要求愈来愈高, 为了考虑计算的通用性, 本文引入实用、严密的竖曲线计算公式, 以解决实际工程中的问题。
只要知道了每个曲线单元的起点o的里程Lo、高程Ho及坡度Pd (o) 和竖圆曲线的圆弧长度S (不是里程长度) 、曲线单元的凸凹情况 (用ta表示, ta=-1表示凹曲线, ta=+1表示凸曲线, 为考虑计算的通用性, 对于直线段ta的值也默认为+1, 实际运算中引入数学中的Sgn (ta) 函数) , 就可以求出曲线单元上任意一点的高程。
(1) 直线单元
HP=Ho+ (LP-Lo) ·Pd (o) (9)
其中, Pd (o) 为竖向直线段起点的坡度。
(2) 圆曲线单元
如图4所示, 在图4中建立以里程前进水平方向为横轴方向d, 向上铅垂线为纵轴方向H′的lH′直角坐标系, 竖圆曲线的圆心A点在lH′直角坐标系的坐标为 (dA, 0) , 竖圆曲线起点的坐标为 (0, HO′) 。α1=arctani1;α2=arctani2;￠=α1-α2;￠为正, 为凸曲线;反之, 为凹曲线。如果已知前一直线段的坡度i1=Pd (O) 和竖圆曲线的圆弧长度S (不是里程长度) 以及曲线单元的凸凹情况ta, 可得到
￠=Sgn (ta) ·S/R;α2=α1-￠ (10)
T=Rtan (abs (￠/2) ) ;E=R (sec (￠/2) -1)
dƔ=T (cosα1+cosα2) ;dA=Rsin (abs (α1) ) ;
H′O=Sgn (ta) ·R·cos (α1) (11)
在lH′直角坐标系中, 显然 (l-dA) 2+H′2=R2, 因此
H′=Sgn (ta) ·R2- (1-dA) 2
0≤l≤dr;l=LP-Lo (12)
可得竖圆曲线上任一点P的高程
HP=HO+ (H′-HO′) (13)
对于竖圆曲线上任一点坡度的严密计算不方便, 可考虑采用近似计算
Pd (P) =Pd (O) -Sgn (ta) ·1/R (14)
但下一直线段的坡度不能由式 (14) 计算, 应采用式 (10) 计算。
2程序设计与计算流程
上面叙述了各曲线单元的平面坐标和高程的计算方法和过程, 对于平面部分可采用通用计算公式计算, 但高程部分宜按各单元计算。在程序设计时, 考虑了整个线路, 通过程序把一条3维的路线看作一个整体。只要输入起点里程、3维坐标、切线方位角、坡度以及各曲线单元要素 (由设计人员提供, 还包括左右偏转情况Pz、竖向的凸凹情况ta;读者也可在程序设计时根据设计的参数自行判别左右偏转情况Pz、竖向的凸凹情况ta) , 就可以计算出路线上任意点的3维坐标和切线方位角和坡度。如果需计算边桩, 因已计算出点的切线方位, 可计算出该点的法线 (横向) 方向, 根据边桩离中线的水平距离D和设计横坡iH, 就可计算出边桩的3维坐标
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式中, LR为边桩的左右标识, LR=-1表示左, LR=+1表示右。
程序计算流程如图5所示。
3 结束语
本文所叙述的一体化计算方法和程序计算, 不但可用于道路线形设计和施工, 也可用于测量。计算公式简单, 使用方便, 具有良好的通用性, 适用于任何3维线形, 包括各种复杂的平曲线的线形。在计算出各待放样点的3维坐标和中线上点的切线方位、坡度后, 为利用全站仪进行坐标放样提供了3维测设坐标, 可大大提高测设精度和效率, 同时切线方位、坡度对现场施工起到了重要的指导作用。
摘要：在道路工程设计中, 为满足行车的需要和适应地形的变化, 设计了平曲线和竖曲线。传统的放样是先进行平曲线放样, 再进行高程测设。其工作流程相对复杂, 活动性差。随着测绘科技的进步, 特别是全站仪的普遍使用及其功能的增强, 在施工放样过程中, 尤其是市政建设中, 与道路相关的井位、道路边线, 与道路相关的道路防护设施常常采用极坐标放样。
三坐标测量方法的研究 第9篇
关键词：三坐标,螺栓孔,平面度
一、三坐标测量机发展现状
三坐标测量机是近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器, 他在广泛应用在机械制造、仪器仪表、电子工业、汽车工业、航空、航天、船舶及兵器等各部门。用来测量各类机械加工零部件、模具、精密铸件、各类汽车及发动机零部件。随着科学技术的发展, 对三坐标的测量的精度提出了越来越高的要求。
二、三坐标测量机的测量方法及原理
在零件上所测的数据组输入到三坐标测量机的软件去计算得到位置、大小及理论形状的偏差, 为了得到可靠的结果, 所测的数据应当反映被测特征的特性, 数据太少或不恰当分布可能提供了不可靠的根据而得到错误的结果。恰当分布的测点数越多结论越可靠, 但测点越多花的时间越长, 用户必须在所要求的精度和速度等方面做经济性的评价。
由于目前被测零件的日益复杂, 因此即使在三坐标测量机上, 运用常规的方法以难以完成这些复杂的测量工作。同时, 从这些零件的设计层面上讲, 这些零件的设计已完全由CAD来完成, 并在一定程序上实现了无纸化, 因此, 实际上这些零件的CAD模型同时也成为对该产品进行测量一个名义数据源。也就是说, 如果有CAD的辅助, 我们就能完成轮毂所有的测量工作。要运用CAD辅助测量技术, 关键问题在于要解决CAD模型到三坐标测量机应用软件之间的三维模型信息转换, 特别是要解决好零件三维模型数据丢失与精度损失的问题。三坐标测量的原理就是将被测物体置于三坐标测量空间, 可获得被测物体上各测点的坐标位置, 根据这些点的空间坐标值, 经计算求出被测物体的几何尺寸, 形状和位置。
测量的基本原理就是通过探测传感器 (探头) 与测量空间轴线运动的配合, 对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取, 然后通过一定的数学计算, 完成对所测得点 (点群) 的分析拟合, 最终还原出被测的几何元素, 并在此基础上计算其与理论值 (名义值) 之间的偏差, 从而完成对被测零件的检验工作。
1、位置度的测量方法及原理
位置度就是被测要素的实际位置偏移理想位置的程度, 理想位置相对于基准或几何图框确定。螺栓孔位置度直接影响轮毂的装配质量, 组孔要素相互之间的关系由位置度公差保证, 在生产出轮毂之后, 对位置度公差必须进行检查, 以确保零件质量。
孔的实际轴线的位置度误差值是以被测实际轴线的理想位置定位, 作实际轴线的最小包容区域 (圆柱面) , 改最小区域的直径即为孔的位置度误差值。假设该孔理想轴心线对基准平面A、B的坐标值为 (a, b) , 该孔的实际轴心线对基准平面A、B的坐标值为 (x, y) , 则该孔实际位置对理想位置的偏差量为 (fx, fy) 即fx=x-a, fy=y-b;则该孔实际轴心线的位置度误差f为:。。
在标注的位置度尺寸中经常见到它的含义是计算位置度时, 要遵守最大实体状态原则, 并按最大实体要求输出其位置度误差值。即, 孔的最大实体位置度公差补偿值=实际直径-最大实体直径;他输出的位置度公差值=公差补偿值+Ø0.25mm。与之相对应的它的含义是计算位置度时, 要遵守最小实体状态原则, 并按最小实体要求输出其位置度误差值。即, 孔的最小实体位置度公差补偿值=最小实体直径-实际直径;它输出的位置度公差值=公差补偿值+Ø0.25mm。
2、平面度的测量方法及原理
平面度是指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。根据相关标准, 平面公差带式距离为t的两平行平面间的区域, 被测表面必须位于距离为公差值t的两平行平面之间。
平面度误差是指被测实际面对其理想平面的变动量, 误差值等于包容所有被测点的两平行平面件的距离, 此距离应符合最小条件。
常用的平面度误差的评定方法有四种:
(1) 三远点平面法
以通过被测实际面上相距最远的三点的平面作为理想平面进行误差评定。
(2) 对角线平面法
以通过被测实际面的一条对角线且与另一条对角线平行的平面作为理想平面进行误差评定。
(3) 最小二乘法
用最小二乘拟合平面作为理想平面进行误差评定。将平面用方程f=Ax+By+C表示, 利用最小二乘法建立目标函数, 是被测空间各点至假象平面的距离的平方和为最小, 这个假象平面就是最小二乘平面。
(4) 最小包容区域法
寻找包容被测点集的两平行平面, 平面之间的区域须符合最小条件, 为最小包容区域。
前两种方法归于图解法, 是一种简便但测量结果偏差较大的评定方法, 评定过程只能利用到测量点集中的个别点信息。后两种方法称为代数法, 其精确度远远高于图解法, 计算过程中各个点都参与了建模, 理论上试用于CMM并且能够编程实现。
三、三坐标测量机的结构和特点
经过十几年的实践和演化, 坐标测量机的结构已经基本固定在桥式结构、水平臂结构。其中桥式结构包括固定桥式和移动桥式, 龙门结构和移动桥式为了降低高耸的“桥”不稳定引入的误差, 大型坐标测量机采用单边或双边的高架桥结构, 又称为龙门结构。
固定桥式坐标测量机的测量空间开阔, 封闭框架的结构刚性好, 结构稳定容易保证较高的精度, 但体积较大, 底座的尺寸至少需要工作台行径的两倍, 而被测工件不能太重, 因此这种结构的测量机多为精密型测量机。
移动桥式坐标测量机是目前应用最广泛的一种结构, 这种测量机同样具有广阔的空间。而结构简单、紧凑、底座的尺寸可以比固定测量机小, 其工作台固定不动, 承载能力较强, 但由于三个方向运动重叠在一起, 要获得高准确度就需要采取更多的措施。
高架桥结构的测量机通过改变移动部分结构, 只移动横梁, 减少活动部分的质量来实现性能改进适应更大尺寸的测量。水平臂式测量机又成为地轨式坐标测量机, 这种测量机测量空间十分开阔, 同时结构又简单, 故多用于大型低精度工件的测量。
参考文献
[1]张国雄主编:《三坐标测量机》, 天津大学出版社, 1999年。
[2]西安爱德华测量设备有限公司:《AC-DMIS操作说明书》。
坐标测量法 第10篇
关键词：三坐标测量机,螺纹量规,误差
引言
石油专用管中螺纹连接是最薄弱的环节。作为石油专用管的螺纹在连接强度、密封性、互换性上都有较高的要求,这样就对作为检验管材螺纹质量的专用量具———石油用螺纹量规的检测提出更高的要求。从而通过合格的螺纹量规将螺纹质量不合格的管子检测出来,防止不合格油井管下井,最大限度避免或减少油井管失效事故的发生。
传统的螺纹量规测量方法较多,如工具显微镜法、三针法、两球法等等。这些方法的共同特点是手动、简单、经济,但普遍存在精度不高,通用性差,操作比较繁琐,不易实现自动测量,以及无法对测量误差进行补偿的缺点。而螺纹量规由于自身特点:(1)要求精度很高(很多单项参数极限偏差达到μm);(2)检测项目较多(螺纹量规的检测项目达到近10种),以上这些传统的测量方法已不能满足测量要求。
三坐标测量机测量螺纹量规工作原理
三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、高精度测量系统在先进制造技术与科学研究中有极广泛的应用。三坐标测量机测量螺纹量规工作原理是将被测螺纹量规置于坐标测量机的测量空间,控制测头沿着量规螺纹的母线进行测量,从而获得螺纹量规母线上各测点的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,经过数学运算,求出量规的中径、锥度、螺距等参数。三坐标测量机测量螺纹量规测量过程是由计算机控制的,由于实现了自动测量,大大地提高了工作效率,特别适合于螺纹量规的批量检测。由于排除了人为因素,可以保证每次都以同样的速度和法矢方向进行触测,从而使测量精度也有了很大的提高。如图1、图2所示。
三坐标测量机测量螺纹量规时坐标机选型的重要性
目前,国内外三坐标测量机技术迅速发展,世界上生产测量机的厂商已超过50家,品种规格也已达300种以上。但并非所有的三坐标测量机都适合测量螺纹量规,坐标机选型是非常重要的。选型不准确,将直接影响螺纹量规测量数据的准确性。选型时应注意以下5点:
(1)根据螺纹量规选用合理的测量精度;
(2)根据螺纹量规确定合乎要求的测量范围;
(3)根据螺纹量规选用合适的测量机类型;
(4)根据螺纹量规选用功能强大的测量软件;
(5)根据螺纹量规确定各种类型尺寸的测头。
作为国际互认的螺纹量规校准实验室,中国石油螺纹量规计量站引进德国LEITZ三坐标测量机PMM12106,根据ISO标准,这台测量机的精度为:E值0.6+L/600μm,R值0.6μm,THP值1.5μm。同时配备QUINDOS 7测量软件。
三坐标测量机测量螺纹量规误差来源
影响三坐标测量机测量螺纹量规的误差因素有很多,主要包括以下5个方面:机械误差、环境误差、测头探测误差、软件算法误差、测量方法误差(见图3)。
1三坐标测量机测量螺纹量规时的机械误差
三坐标测量机有x轴、y轴、z轴3根相互垂直的轴线。测量中,测头相对于被测螺纹量规作三维运动,其移动的位移量可通过安装在x轴、y轴、z轴的光栅尺读出。误差主要由以下4部分构成:
(1)直线度运动误差与角误差。直线度运动误差与角误差是由导轨系统的综合作用而产生的。
如沿x方向运动时产生y、z方向的偏移δy(x)和δz(x)。沿y向运动时,产生x、z向的直线度运动误差δx(y)和δz(y)。沿z向运动时,有x、y方向直线度运动误差δx(z)和δy(z)。
沿其导轨作直线运动时,不仅会产生直线度运动误差,还会产生绕3根轴回转的角运动误差。分别会有x、y、z 3根轴转动的角运动误差εx(x)、εy(x)、εz(x)、εx(y)、εy(y)、εz(y)、εx(z)、εy(z)、εz(z)产生。
(2)定位误差。定位误差指当测量机的指令系统让某运动部件移动x时,运动部件的实际位移往往不恰好为x。测量机运动部件的实际位置与指令位置之差称为定位误差。如y轴的定位误差。
三坐标测量机测量螺纹量规时测量点的实际坐标值来自于测量机光栅尺的读数,而非驱动系统中的指令位置,所以通常定位误差并不十分显著。
(3)垂直度误差。由于安装原因,x轴、y轴、z轴这3根轴线之间的夹角可能偏离90度,造成轴线之间的垂直度误差。垂直度误差主要由导轨安装、调整与加工误差引起。一旦调整完毕,应是一个定值误差。
(4)动态误差。三坐标测量机在运动过程中完成螺纹量规的数据采集,此时还需考虑测头与测量系统的动态特性对校准误差的影响。当测量机在作加速运动时,所有运动部件上都会产生惯性力,这些惯性力会使这些部件变形。变形的大小与惯性力成正比,与构件的刚度成反比。除惯性力外,振动也是引起动态变形和位移误差的重要因素。测量时需要频繁改变测头探测方向,以便采集到螺纹量规相对全面的几何数据,这时改变测量方向总是伴随着加速、减速,造成传动的不平稳性也是产生振动的因素之一。所以在测量时,应尽量保持探测速度恒定。图4为坐标测量机各个运动部件在3个方向驱动力和各自的惯性力作用下,引起的测头位置处的动态误差。
2三坐标测量机测量螺纹量规时的环境误差
由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备,所以其环境条件的好坏,对测量结果至关重要,包括螺纹量规的状态及环境因素(温度条件、湿度、压缩空气)。
温度误差又称为热变形误差是影响测量误差的主要环境因素之一。对于被测量规来说,主要是它的几何尺寸随温度而变化。对于测量机来说,则有可能是它的结构尺寸变化(如光栅尺),性能变化(如放大器、传感器)。测量机的长度基准-光栅尺是按照20℃修正的,测量机也是在这个温度情况下装配调试的,当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。
三坐标测量机工作间规定环境条件的首要条件就是环境温度。一般要求环境温度控制在20±1℃范围内。环境温度不仅要求三坐标测量机本身,还要求被测量规测量时也是这种温度。所以在测量前,需将量规在恒温20℃的工作间放置24h,使温度尽量接近20℃。
量规的状态指测量前的量规相关准备工作,如量规的清洁、除毛刺,量规在测量台上的固定装夹等,如果测量前没有充分的做好准备就会产生误差。量规在测量台上的固定装夹往往没有引起足够重视,正确装夹的装置必须满足以下2个条件:(1)有利于测量的操作和测头移动;(2)装夹装置要使测头尽量一次测完被测对象的采集数据。
3三坐标测量机测量螺纹量规时的测头探测误差
三坐标测量机测头的探测误差是影响测量的重要因素。在标定测头的直径时,测量机与测球的误差对标定值均有影响。由于是接触式测量,测头会与测球、量规表面产生摩擦,也会引起测量误差。测量量规时,测头常会使用各种附件,如加长杆、转接体、多测头连接座等,这些附件的误差也直接影响测量精度。如在测量量规时需使用多探针,此时就需对各个探针测头的进行标定。测量过程中,测头需要自动更换,更换装置的重复定位精度也直接影响测量结果。
测量机在校验测头以及粗定量规坐标系时,均需要手动操作,此时由于探测力的大小很难控制,所以探测时容易于产生误差。
这里重点强调一下测头的校验。三坐标测量机测量螺纹量规前,使用的4个方向的测头都应进行校验。首先是让软件计算球心相对于测量机坐标系零点的位置;其次是计算测头的实际直径。由于测杆的变形,测头的直径与上一次测量所用测头直径有所差别,进行当前测头校验可以保证测头半径补偿精度,并得出不同测头的位置关系。在测头校验时产生的误差将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证测头校验的正确和准确。
测头校验后保存的测头文件,在测头、测杆没有变化的情况下可以调出使用。但精度要求比较高的情况下,建议重新校验测头
4三坐标测量机测量螺纹量规时的软件算法误差
在三坐标测量机中,根据被测元素中若干点的坐标位置,按照一定的拟合准则,通常依靠测量机数据处理软件来求得替代元素及其参数。在进行数据处理过程中,软件也不可避免地带入某些误差,所选用的拟合准则不同,采用的软件不同,引起的误差也不同。
软件在数据处理过程中产生误差的主要原因如下:
(1)由于某些计算比较复杂,在软件的编制过程中采用了一些近似算法,例如以线性最小二乘法代替非线性最小二乘法;
(2)经过测试中发现,软件中对方向余弦的值所给的有效数字位数不够,而带来误差。
5三坐标测量机测量螺纹量规时的测量方法误差
三坐标测量机测量螺纹量规方式主要分为手动探测模式与自动探测模式。手动探测模式测量即指校验测头和粗定坐标系。粗定坐标系是指由人工操作,使测头逐点探测量规表面的方式。自动探测模式,就是测头沿被测量规表面按照预先确定的速率运动,自动获取测量数据的一种测量模式。此测量模式的最大特点是数据采集率高,即在短时间内可以获取量规的大量数据。
手动探测模式测量中人为干预比较大,测量效率和测量精度也相对比较低。自动探测模式测量在计算机程序的控制下,自动完成整个轨迹的测量。扫描速度与扫描精度比较高。
三坐标测量机测量螺纹量规误差实例分析
由以上分析可知,影响三坐标测量机精度的总误差为:总误差=机械误差+环境误差+测头探测误差+软件算法误差+测量方法误差。
以中国石油螺纹量规计量站为例,用三坐标测量机测量螺纹量规时5种分误差对总误差的影响分析如下:
机械误差:计量站通过周期性对三坐标测量机进行测量误差校准,以修改坐标机测量误差修正模型软件中的参数,从而达到修正机械误差的目的。
环境误差:计量站具备严格的实验室环境控制系统,可以保证坐标机房间的温度20±1℃。
软件算法误差:计量站通过QUINDOS 7测量软件的编制去除了数据处理过程中产生的误差。
机械误差、环境误差、软件算法误差、通过误差修正技术对螺纹量规最终的校准结果影响较小。而测头探测误差、测量方法误差在误差产生和处理中,人为因素会不可避免,不具有重复性。所以该类误差很难通过误差补偿来得到修正,对三坐标测量机精度的总误差影响最大,贡献最大。
结论
为了提高三坐标测量机测量螺纹量规的测量精度,需要采取一系列综合性措施:
(1)定期邀请厂家对三坐标测量机进行校正,提高机械结构精度,其中包括测量机主机、导轨、测头及其附件的精度,尤为重要的是提高它的重复精度。
(2)减小环境因素带来的影响。
(3)在测量过程中减少更换测头、加长杆等操作。
(4)尽可能使探测速度均匀一致。
(5)完善三坐标测量机测量螺纹量规的软件以及测量方法,其中需设计误差补偿。
(6)建立典型的量规测量数据库,即在三坐标精度校验好的情况下进行多次测量,将结果按照统计规律计算后得出一个合理的值,如89mm(3讓讈in)油管,NC50等。可以经常作比对实验以确定三坐标的精度情况。
参考文献
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[2]张国雄.坐标测量技术发展方向[J].红外与激光工程,2008(S1):1-2.
坐标测量法 第11篇
【关键词】坐标转换；水利工程测量；运用
On the coordinate transformation in the use of hydraulic measurements
Song Yu-min
(Kuitun agricultural seven divisions Investigation and Design Institute (Limited)KuitunXinjiang833200)
【Abstract】Current construction of the construction survey throughout the whole process of construction of the building and construction plays a particularly important role. This paper, the coordinate conversion work in hydraulic engineering in the practical application of measurement are discussed.
【Key words】Coordinate transformation;Hydraulic measurements;Use
1. 前言
工程测量分为工程控制测量、工程地形测量、施工测量、工程变形测量和竣工测量。施工测量在整个工程测量任务中占很大比重，在测量前找到一种快捷、简单、方便的测量方法能极大减轻测量人员劳动强度，而且在施测过程中很容易检查出测量结果正确与否，精度是否满足工程规范标准，从而减少测量人员的测量错误，提高工程精度质量，起到事半功倍的作用。
由于水利工程形式多种多样，在具体的施工测量放线过程中，每个工程开始施工前，建设单位提供给施工单位工程控制点的大地坐标，设计部门在施工图纸上给出工程主要部位轴线上的大地坐标。依据控制点测放轴线上点位比较简单，可是测放出这轴线上的点位后，再进行细部测放，就必须依据细部点到轴线上点的方位角和距离推算出细部点的坐标才能测放，比较繁琐。为此，针对建筑物细部尺寸点与轴线垂直或平行的特点，在具体工作中采用大地坐标系与工程轴线之间关系，把大地坐标系转换成仅供施工、测量使用的施工坐标系。这样一来，一切困难就都迎刃而解。
2. 大地绝对坐标与施工坐标相互间的转换
2.1大地绝对坐标。
yP=Yp=（xp－xo）×sina+（yp-yo）×cosa
采用公式计算法进行坐标系转换可利用EXCEL表格自动计算，这样可避免手工计算和小数进位产生错误，极大提高工作效率，减轻劳动强度。
2.2AutoCAD图转换法。AutoCAD在工程施工中现已普及使用，使用AutoCAD在工程施工中进行坐标查询、工程制图、工程量计算、坐标换算等具有很大的优势。以下是采用AutoCAD图转换法进行坐标系转换的方法和步骤。
2.2.1绘图。如果没有工程AutoCAD电子版图纸，可把设计图纸主要有关数据和甲方提供控制点坐标资料输入AutoCAD制作成电子版图纸。如果有设计单位提供工程AutoCAD电子版图纸可直接利用。
2.2.2复制另存附件。复制另存一个附件可避免错误操作损坏原始资料、前功尽弃。
2.2.3施工坐标系设定。建立施工坐标系要选定合适坐标原点和坐标方向，坐标原点和坐标方向设定以能简单、明确计算出工程各部位施工坐标为原则。一般设定工程起始点为原点，工程长方向为X轴，短方向为Y轴。
2.2.4坐标系转换。
（1）大地坐标系转换为施工坐标系。施工坐标系坐标原点设定：在AutoCAD绘图界面中选择：工具——新建UCS-原点，选定图上设定的坐标原点，使设定的坐标原点的施工坐标为X，Y（0，0）或x，y（a，b），其中a，b为需设定的数值。
旋转图形：首先根据大地坐标系和施工坐标系计算出两个坐楼系X轴夹角a，然后选定AUTOCAD电子版图纸所有图形元素，点击“绘图”工具栏旋转图标，命令行会提示指定旋转基点，选定施工坐标原点为旋转基点，使整个图形以施工坐标原点为基点旋转，旋转角度为计算出的两个坐标系X轴夹角a，即施工坐标系X轴和图纸界面X轴相重合。
转换结果：至此，所有的图形元素的坐标已全部转变为所设定的施工坐标系的坐标，在AutoCAD绘图界面中选定任何一个点，AutoCAD所显示的该点的平面坐标都是施工坐标。以转换后控制点的施工坐标测量，全站仪所显示的平面坐标即是施工坐标，不用再经过复杂的运算。
（2）施工坐标系转换为大地坐标系。施工坐标系转换为大地坐标系，首先根据原始设计图纸和施工坐标系计算出两个坐标系X轴夹角，然后根据以上方法在AutoCAD中进行坐标系转换，这里不再详细介绍。
3. 施工坐标在工程测量中的应用
在测量工作中通过坐标系转换，将控制点的大地坐标系巧妙地转换为自设施工坐标系，在各点相对位置保持不变的情况下，使原本复杂的测量过程变得简单而直观化。在水利工程测量工作中经常使用施工坐标，下面介绍2个典型测量方法。
3.1工程边坡测量控制方法。工程中渠道、堤防、大坝等边坡在施工中需测量放出开挖边线、填筑边线以及掌握超挖、欠挖、超填、欠填等问题，工程边坡点位距轴线的距离随着高程的变化而变化，施工非常难以掌握，对于测量人员找出简单、方便、快捷测量方法，将极大减轻测量任务。
工程边坡测量首先建立以对应边坡坡肩方向为X轴，X轴的边坡起点桩号为坐标原点，顺坡方向为Y轴的施工坐标系。采用大地坐标测设出坐标原点A（0，0）和顺X轴方向边坡终点坐标B（0，b），以A、B两点建立施工坐标系在坡面测量时，全站仪测设显示X值为工程桩号、Y值为距坡肩坡面偏移的距离、Z值为测设点坡面高程，通过计算测设点设计坡面高程与测设点与实际高程差值，便可知道测设点是否满足设计要求。
3.2渠道工程测量方法。通过坐标转换，将路线桩号巧妙地融入坐标体系，在各点相对位置保持不变的情况下，使原本复杂的测量数据变得简单而直观化。测量人员不必进行复杂的计算，只需根据图纸上各点的桩号和相对尺寸的标识，就能准确快捷地完成各项测量任务。
在明渠的施工中，因为明渠拐点较多，建立统一的施工坐标系有困难，可以用相邻各拐点分别建立施工坐标系。建立时，以一个拐点J1为坐标原点，以明渠前进方向上相邻拐点J2为施工坐标方向建立施工坐标系。测放时，首先计算出要测放断面的N值，前后移动棱镜测定N值后，定住N值，再左右移动棱镜，获得所测桩号的横断面；测放开挖开口时，只需依据图纸上的设计高程、边坡和明渠宽度，以实测的Z值推算出理论的E值，结合实测E值就可轻易地找到开口了。
4. 结语
施工坐标灵活多变，应用方便，利用坐标系转换后的施工坐标成果来控制施工测量，测量人员可达到“看图读坐标”的境界，大大提高了工作效率。值得注意的是测量员在看图纸时，一定要认真、谨慎。对于运用施工坐标系和大地坐标系的转换进行测量，水利工作者可以在实践中勤加思考、举一反三，用最简便的方法、最短的时间和最高的精度完成测量任务。
［文章编号］1619-2737（2012）08-16-257
坐标测量法 第12篇
关键词：三坐标测量仪,测量行业,精密测量技术
三坐标测量仪C M M (C oo r d i n a t e Measur Mahine) 是20世纪60年代后期发展起来的一种高效率、新型、精密的测量设备, 它广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空工业中。三坐标测量仪可以进行零部件尺寸、形状和相互位置检测, 可以用于划线、定中心孔, 尤其对连续曲面进行扫描得到曲面数据及表达。获取表面数据的采集, 是产品逆向工程实现的基础和关键技术之一。
1 三坐标测量仪对测量行业的进步作用
整个测量以及机械行业的快速进步, 不断地向三坐标测量仪提出了更高、更新、更多的要求, 如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、遥感遥测遥控更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等, 同时也为三坐标测量仪科技与产业的发展提供了强大的推动力, 并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。
1.1 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量
实现了对基本的几何元素的高效率、高精度测量与评定, 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量, 例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测。
1.2 提高了测量精度
提高了三维测量的测量精度, 目前高精度的坐标测量机的单轴精度, 每米长度内可达1 um以内, 三维空间精度可达1~2 um。对于车间检测用的三坐标测量仪, 每米测量精度单轴也达3~4 um。由于三坐标测量仪可与数控机床和加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统, 从而促进了自动生产线的发展。
1.3 提高了测量效率
随着三坐标测量仪的精度不断提高, 自动化程序不断发展, 促进了三维测量技术的进步, 大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入, 不但便于数据处理, 而且可以完成CNC的控制功能, 可缩短测量时间达95%以上。
1.4 降低用户测量成本
随着激光扫描技术的不断成熟, 同时满足了高精度测量 (质量检测) 和激光扫描 (逆向工程) 多功能复合型的三坐标测量仪的发展更好地满足了用户需求, 大大降低用户测量成本, 提高工作效率。
2 坐标测量仪与其他仪器的比较
2.1 影像测量仪
作为最初的精密测量仪器, 影像测量仪是一个见证了整个行业开始, 它提供了发展的产业平台的基础。然而, 由于影像测量仪测量技术略显粗糙, 因此, 二次元影像仪成为行业发展的时代的产物, 它是精密测量技术和功能方面, 产业的发展提供技术支持。但是, 即便如此, 二次元影像测量仪还没有完全满足客户的需求检测, 它不能提供一个解决方案的立体检查, 在这种情况下, 开发和生产出三坐标测量仪。当然, 在此过程中制造商中过渡阶段的2.5元/m3的出现提供了帮助。这是一个从开始到目前的整个发展阶段的精密测量仪器。
2.2 三坐标测量仪
三坐标测量仪采用花岗石仪座, 提高了基准平面的精度, 缩小了仪器自身的精度误差。活动表座可在仪座的任何位置进行测量。仪座不生锈, 使用保管方便。
三坐标测量仪的测量精度是非常高的, 三坐标测量仪器和其他测量仪器相比, 这点占据一个很大的优势。例如:制造精密量具, 总体上是好的, 用游标卡尺水平测量工具, 测量精度可达+/-0.1级。但是, 一般水平的三坐标测量仪, 测量精度就可以高达+/-0.05。
通过上述分析, 我们从二次元和三坐标的功能应用上可以看出, 相较于二次元影像测量仪, 三坐标测量仪可说是更加的功能全面, 因为它除了测量工件的长宽参数, 还可以检测工件的高, 这是影像测量仪所无法达到的。
3 三坐标测量仪测量技术的发展趋势
3.1 品种更加灵活多样
在我国, 人们已经越来越认识到测量检测和适当的测量装置的重要性, 不仅可以帮助用户轻松地提高产品质量, 也将提高生产效率, 因此获得制造先进的测量设备, 可以为用户提供先进的测量解决方案而得到高投资回报率。中国模具未来发展将是更大规模的、高精确度的, 要求也会越来越多, 多功能复合模具已成为一个热点。提高塑料模具, 模具的比例及适应高压气体辅助注射成型过程的模具也将随之发展。物种多样性的变化将更加迅速, 这就要求除了精确测量精度高, 测量设备也更灵活, 更需要轻松的测量环境随时随地方便改造, 这样才能跟上发展的步伐。
3.2 逐渐向新的应用领域开发
“以市场为导向, 以客户为导向”这一趋势使得三坐标测量设备技术现已广泛使用在工业应用领域的大型机器及零部件的精确测量, 测量范围大, 精度高, 而且非常耐用, 非常适合工厂环境。世界范围内获得了广泛的认可和肯定, 作为行业首选三坐标测量仪器技术, 将继续开发新的应用领域的测量。
4 结论
综上所述, 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仪的计量室检测外, 为了便于直接检测工件, 测量往往需要在加工车间进行, 或将测量机直接串连到生产线上。检验的零件数量加大, 科学化管理程度加强, 因而需要各种精度的坐标测量机, 以满足生产的需要。随着市场的不断发展壮大, 三次元的产品技术也在不断的提高, 三坐标测量技术也在不断进步。
参考文献
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