工件坐标系在三坐标测量机检测中的应用

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工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素(点、直线和圆弧)的位置而建立的坐标系。利用三坐标测量机对零部件进行快捷、高效的检测与建立正确合理的工件坐标系是密不可分的∩以这样说，测量机的自动化程度越高，工件坐标系就运用的越普遍、越彻底。下面就分别从不同角度阐述工件坐标系在三坐标测量机检测过程中的具体应用。

1 工件坐标系在三坐标测量机检测中的具体应用1.1 工件坐标系在 自动检测中的应用三坐标测量机在对工件进行检测时有两种工作模式：1)手动模式，2)自动模式(或者程序模式)。用手动模式对工件进行检测，人为地加进了测量误差 ，而使测量结果偏离理论值。手动模式测量的缺点可归纳为以下三点。

1.1.1 测头补偿带来的误差测量软件在进行数据处理时收到的是红宝石球心的坐标值，而实际测量中接触工件的是红宝石球的表面，球心到球表面这段距离就要靠测量机的补偿来实现，测量机的补偿是沿法矢方向来进行的，手动测量时很难做到每个测量点都沿法矢方向去触测。

图1 触测和法矢方向余弦关系图这样就使得触测方向和法矢方向不重合，两者产生-余弦关系，如图1所示。该余弦关系产生的偏差值随着Of角度的增加而增大，红宝石球的半径是-定值(记作R)，由触测角度 Of引起的测量偏差( )为R-RCOS Of，下面假设在测量中用的测头半径为1 mm，则随着触测角度的变化测量偏差 的变化情况，如表1。

表1 触测角与测量误差触测角度口/(。) f 0 l 5 l lO l 15 l 2O l 25 l 3O测量偏差 /Fm l 1 l 4 l l5 I 34 l 60 I 94 I 134通过表1可以看出当角口增大到30。时，测量偏差就达到134 um，由此分析可知，在进行测量时运用自动模式是相当必要的，在自动模式下，测头可根据零件的实际情况按照计算机的指令沿法矢方向去触测被测点，从而减d，N量误差。

1.1.2 测头触发延时造成的误差三坐标测量机在进行澳4量时，是用测针的宝石球接触被测工件的测量部位，此时测头(接触传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，由于手握操纵盒时的惯性作用，宝石球在接触被测工件后测头还要继续向前移动-小段距离 L，这样计算机采集到的坐标值就偏离 了实 际值 ，如 图 2所示 。 L的大小由手施加给操纵杆的力和行程速度的大婿定，两者成正比关系，L随力和速度的增大而增加”1。

图2 被测件示意图1.1.3 信号传输造成的误差任何信号的传输都是要占用时间的，在手动模式下，由于测量完-元素后直接对另-元素进行测量，从测头传感器发出触测信号到控制系统发出读数信号，其间要经过数米长的信号线，由此造成-时间差，测量机在这-小段时间内，读数头又移动了-小段距离 。而在自动模式下，测头在测量完-元素后将按照预先设定好的回退距离和回退速度(-般是0.1 m/s)进行回退，而后进行下-元素的测量，这样在测量完-元素后就有充足的时间来进行数据传输，从而大大减小了测量误差。下面我们假设传输线长度恒定(10 m)，在不同的测量机速度(v测量机)下引入的测量误差为例来说明，如表2。

表2 测量速度与测量误差测量机/(m/s) O.1 O.2 O3 O.5 1.OL / m 3.33×10 6.66×10 9.99×10 1.65×10- 3.33×10-收稿 日期：2013-04-10作者简介：韩燕(1965-)，女 ，河北武邑人，技师，大专，研究方向：机械产品检查。

光速 ×L偏差 测量机×： 髓机×弩×1旷 m：机× ×1o-。

. 第4期(总第134期) 韩 燕：工件坐标系在三坐标测量机检测中的应用 2013年8月为了最大限度的消除手动模式下给测量结果带来的偏差，在检测的过程中旧能地采用自动模式，要采用自动模式，首要的问题就是建立工件坐标系。

1.2 工件坐标系在借助数学模型检测中的应用随着三坐标测量机应用范围的不断扩展 ，其功能也不断增强，现在的三坐标测量机能与多种计算机软件配合使用，其中借助于数学模型对工件进行检测，有效地提高了检测精度和检测效率。在检测工件前，先把被检工件的数学模型利用造型软件(如：UG、CA-TIA、AutoCAD、Pro/E等)建立出来，测量时就可以利用已建立好的数学模型辅助测量，建立数学模型时的坐标系-定要与工件坐标系相-致，否则在测量过程中就可能发生测头碰撞或者造成测量结果不准确。造型时-定要用图纸上所标的设计基准建立坐标系，而测量时要根据设计基准和加工基准确定测量基准，使三者旧能-致，这样有助于建立合适的工件坐标系，减少因基准不统-带来的测量误差。

造型时，把绝对坐标系原点直接建立在指定的基准元素上，该CAD模型导入到测量软件后，坐标原点仍然保持在指定的基准元素上。通倡坐标原点建立在什么位置对 CAD模型的造型过程没有影响，但在实际测量操作中，为了便于建立精确的工件坐标系，有时候测量软件会对CAD模型坐标原点的位置提出特殊的要求。这里需要特别提出的是，选择哪种方式建立工件坐标系，或者是在什么位置建立坐标原点，并不是由CAD模型来决定的，而是要依据工件的设计、工艺基准或装配基准而定。CAD模型主要是作为测量及评价测量结果的理论数据导入到测量软件中，所以必须要求它的坐标系设置合理。

1.3 工件坐标系在定向尺寸公差测量中的应用在对定向(即沿确定的某个方向)距离，如图3中距离 的测量时，如果不建立工件坐标系，求出的是三维的空间距离，为了求出正确合理的定向两维距离，就要根据具体的工件建立合适的工件坐标系。在-些图纸上，如图3中A 1，Y1)和 ( ，Y2)的位置，工件的元素(点、线、面)的位置是由已确定的坐标系，如图3中XOY)下的坐标( 、y)来控制的，这种情况就必须根据图纸中确定的坐标系来建立工件坐标系，以此来满足测量要求及评价测量结果同图纸坐标的-致程度。在对曲线轮廓度(或者曲面轮廓度)测量时，根据图纸建立与图纸-致的工件坐标系尤为重要，由于不论是理论数据还是测量的实际数据都是该工件坐标系下的数值，坐标系建立的正确与否直接影响到测量结果。

1.4 工件坐标系在对批量零件检测中的应用现代化数控加工设备的广泛应用，大大地提高了生产效率，与此同时，大量的产品和量具需要有高精度的现代化检测设备来进行准确、高效的检测和校准。

三坐标测量机在对批量零件检测时所表现出的优越性是别的测量设备望尘莫及的，但是三坐标测量机在对批量零部件快速、高效的检测前提是建立合理的工件坐标系。对批量零部件的检测要首先建立工装(或者卡具)坐标系，也叫粗建坐标系，根据不同的零件选择不同的工装 ，把工装牢固地安装在三坐标测量机工作台面上；然后把零] J。

部件定位在工装上，每个零件在工装上的芭位置大致是相同的，这样我们可以根据零件建立精度较高的工件坐标系，也叫精建坐标系。在编制狈0量程序时，从精建坐标系开始编为自动模式，每次把工件装卡以后，就不需要再进行手动模式测量，而直接从精建坐标系开始走自动模式，如果在此基础上对程序加以优化，还可以在精建坐标系前加上循环命令(如：while/End。

While、Do/EndDo等)，这样操作者就不需要把大量时间花在测量机上，只需及时地把工件装卡好就可以了。下面以(机型为GLOBAL IMAGE)测量程序段为例来说明粗建坐标系、精建坐标系以及进行循环测量的具体过程。

C1注释，输入，请输入被测工件的总件数!赋值/VIIMODEUMAN (测量或构造粗建坐标系所需元素)A0建坐标系，开始，回调：启动，LIST是(粗建坐标系过程)建坐标系/找正，Z正建坐标系，旋转，X正，至，关于，Z正建坐标系/平移，X轴建坐标系，平移，Y轴建坐标系/qz移，Z轴建坐标系/终止MODEL/AUTOWHILE/V1

PUT"，共C1.INPUT”件!”赋值/VIVIIENDW HILE用这种方法进行批量零件的检测有效的提高了检测效率，缩短了测量周期。但这-切都要归功于工件坐标系的建立，没有合理的工件坐标系作后盾，这样的检测效率是不可能实现的。

2 结束语工件坐标系架起了三坐标测量机与被测工件之间(下转第l19页)· 15·第4期(总第134期) 全桂莲，等：6 m导轨磨床的技术改造 2013年8月15.105 MPa。

据此算出，zl、Z2、d。、dz、m、q，nll 480 r/min；P。

图8 减速箱技术改造图上述技术改造，通过两年的使用，达到了预期的效果，提高了被磨削表面的接触率，降低大修的劳动强度，减少了刮研，提高了磨削表面直线度，降低了表面粗糙度，保证了大修设备导轨面的质量。