三坐标测量基础知识解读
三坐标基础知识[小编整理]
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三坐标基础知识[小编整理]第一篇：三坐标基础知识三坐标基础知识1。
坐标测量机：由三个运动导轨，按【笛卡儿坐标系】组成的具有测量功能的测量仪器，称为坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备。
2。
坐标测量机的原理：几何量测量是以【点】的坐标位置为基础的，它分为一维、二维和三维测量。
坐标测量机是一种几何量测量仪器，它的基本原理是将被测零件放入它容许的测量空间，精密地测出被测零件在X、Y、Z三个坐标位置的数值，根据这些点的数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算得出形状、位置公差及其他几何量数据。
坐标测量机的特点及主要用途：从理论上讲，坐标测量机的特点是【高精度、高效率、万能性】。
因而多用于【工业质量保证】，如产品测绘、检验，复杂型面检测，工夹具测量，研制过程中间测量，CNC机床或柔性生产线在线测量等方面。
一台坐标测量机综合应用了电子技术、计算机技术、数控技术、光栅测量技术（激光技术）、精密机械（包括新工艺、新材料和气浮技术）4。
坐标测量机的主要结构有哪几种形式，各有何优缺点主要分为桥式、悬臂式、水平臂和龙门式（也称门架式）。
桥式坐标测量机：使用最多的一种机器，使用于中等测量空间，精度高。
随着测量机自动化程度的提高，在小尺寸测量中用得很广。
【分类：活动桥式测量机：采用的最多的一种结构型式。
它可完成中型到大型零件的测量任务，测量准确度较高。
相对悬臂式而言，测量的开敞性不好。
固定桥式测量机：高精度测量机通常采用这种结构。
】悬臂式测量机：这种结构刚性好，操作方便，测量精度高，是小测量空间的测量机的典型形式。
水平臂式测量机：是大测量范围、低精度坐标测量机的典型形式。
但其操作性能很好，由于其移动质量小，因而非常快速。
在称为“测量机器人”中经常是这种形式测量机。
龙门式测量机：是超大型机器，水平轴最大可到数十米，由于其刚性要比水平臂式好得多，因而对大尺寸而言具有足够的精度。
三坐标测量基础知识分解
示例一：点构造
圆心（球心）点构造 两直线相交点构造 线2
圆
线1
投影点 偏移点 原 始 点 任一点偏置某一距离
原始点
任一点投影至某一平面
示例二：圆构造
在一个圆锥指定的直 径位置产生一个圆。
同时通过所选的几个元 素拟和产生虚拟圆。
平面和圆锥相交产生 某一高度的截面圆。
示例三：镜像构造
矩 形 阵 列
二、RationalDMIS工作平面
RationalDMIS 在“工作平面”选项里可以选择所需的
面，作为当前的工作平面。“最近的CRD平面”这个窗 口接受从元素数据区拖放平面元素。 计算需要工作平面的元素有：直线元素, 圆元素, 圆弧 元素,椭圆元素, 键槽元素和二维曲线元素；
对于其他所有元素 , 工作平面选择窗口会自动隐藏起
END!
Thank you !
元素名后缀：CIR
圆柱
元素:圆柱 位置:轴线中点
矢量:从下到上
形状误差:圆柱度
最小点数:5
元素名后缀:CYL
圆锥
元素:圆锥 位置:顶点
矢量:从小圆到大圆
形状误差:锥度
最小点数:6
元素名后缀:CON
元素构造
元素构造的意义
元素构造时测量软件测量功能中的辅助模块，便于用户在 测量中由于受测量局限性的影响，而我们有必须得到某些特 定元素所设立的功能操作区，其主要意义如下： 通过已测的元素构造出无法直接测量得到的元素。 构造元素可以是计算辅助元素，也可以是测量结果元素。
有效测头半径
拓展知识—测头颜色含义
根据测头标定前后显示的颜色分类，总共分为5种颜色，分别 为黑色、绿色、蓝色、红色以及灰色，每种颜色都代表测头不 同的含义。
三坐标测量员应该了解的三坐标测针常识总结
三坐标测量员应该了解的三坐标测针常识总结三坐标测量员应该了解的三坐标测针常识总结三坐标测量员应该了解的三坐标测针常识总结一：什么是三坐标测针测针是三坐标策略系统的组成部分，它与被测工件接触，使测头机构产生位移。
所产生的信号经处理得出策略结果。
被测工件的外形特征将决定要采用的测针类型和大小。
在所有情况下，测针的最大刚性和测球的球度都至关重要。
为了达到这一要求，Renishaw的测针杆按照严格的标准在数控机床上生产。
我们格外注意保证测针刚性最高，同时测针质量经过最优化处理以适用于Renishaw的各种测头。
Renishaw原产测球是按最高标准制造，保证与测针杆的链接能达到最佳的完整性。
如果您使用的测球球度差、位置不正、螺纹公差大、或因设计不当使测量时产生过量的扰度变形，则很容易降低测量效果。
为了确保您采集的数据的正确性，请务必从Renishaw原产的全系列测针中指定和选用测针。
二、三坐标测针的专业术语：总长度：雷尼绍对测针总长度的标准定义，是从测针的后安装端面到测球中心的长度。
有效工作长度：有效工作长度是在零件发现方向测量时从测球中心道测针杆与被测目标干涉点之间的距离。
三、如何正确选择测针1、尽量选用短测针测针弯曲或变形量越大，精度月底，使用近可能短的测针2、尽量减少接头每增加一个饿着呢的测杆的链接，便增加了一个潜在的弯曲和变性点。
所以使用中应尽量减少三坐标测针的组件数。
3、选用的测球直径要尽量大一是这样能增大测球、测针杆的距离，从而减少由于碰撞测针杆所引起的误触发。
其次测球直径越大，被测工件表面光洁度的影响越小。
查看更多三坐标技术知识请到:扩展阅读：三坐标测量技术小结三坐标三坐标测量机，它是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三坐标量床。
三坐标测量机的工作原理:任何形状都是由空间点组成的,所有的几何量测量都可以归结为空间点的测量,因此精确进行空间点坐标的采集,是评定任何几何形状的基础。
三坐标测量仪初步知识
三坐标测量仪初步知识
三坐标测量仪是测量工业产品尺寸及外形的检测测量工具，也叫三坐
标检测仪。
它具备测量、编程及分析的全部功能，通常被用于机械零部件，模具，冲压模具，车刀模具，模具产品，车间夹具等精密工具的检测及分析。
三坐标测量仪的测量原理是将物体的相关面坐标转化为三坐标系的坐标，以此来测量物体的圆度、直线度、工件位置、角度等多种参数。
三坐
标测量仪采用光学投影仪获取工件图像，并根据图像计算出一组坐标，依
此坐标判断工件尺寸是否符合要求。
三坐标测量仪的优点是测量精度高，
可检测圆度、直线度、平面度、方位角等参数，准确度远高于传统技术。
三坐标测量仪的缺点是价格较高，而且要求使用者需要较深的技术能力和
经验。
三坐标测量基础知识知识讲解
0.0001
0.0002
0.0002
0.0003
0.0019
0.0038
0.0057
0.0076
0.0077
0.0154
0.0231
0.0309
0.0176
0.0353
0.0529
0.0709
0.0321
0.0642
0.0963
0.1284
6.00
0.0005 0.0115 0.0463 0.1058 0.1925
Z
10
Y
5 10
5
X
0 | | | | 5 | | | |10
校正坐标系
校正坐标系是建立零件坐标系的过程。通过数学 计算将机器坐标系和零件坐标系联系起来。
1、零件找正
找正元素控制了工作平面的方向。
2、旋转轴
旋转元素需垂直于已找正的元素，这控制着轴线相对 于工作平面的旋转定位。
3、原点
定义坐标系X、Y、Z零点的元素。
2维/3维: 3维
输出 X = 5 Y = 5 Z = 5
Y
5
基本几何元素
直线 Z
最小点数: 2
位置:
重心
矢量: 第一点到最后一点 5 2
1
Y
形状误差: 直线度
2维/3维: 2维/3维
5
输出 X = 2.5 I = -1 Y=0 J=0 Z=5 K=0
X
5
基本几何元素
圆
最小点数: 3
位置:
中心
矢量*: 相应的截平面矢量
Y = 2.50 J = 0.000
Z = 3.33 K = 0.707
3
X
5
基本几何元素
三坐标测量基础知识学习资料
3.2.3 通过小球:
作基准用的小球通过使用钻套放置在检 验平台上
3.3 建立参考系几种方法
• 3-2-1建立参考系 • 几何法建立参考系 • 三个中心点建立参考系 • 六个曲面点建立参考系 • 基准元素建立参考系 • 最佳拟合建立参考系
3.3.1 3-2-1建立参考系
2.2 检具的检定报告
检具的测量和夹具的测量原理相同，先测 量检具或夹具的基准，根据图纸提供的条 件建立检具或夹具的坐标系，然后对检具 或夹具的定位销和定位面进行测量。
根据图纸或验收要求对比测量结果判断是 否满足使用要求。
3.1 为什么创建参考系?
• 果不查参考系，那么只有机器的坐标系。 例如，测量一个下面的零件：
• 这种建立参考系方法的原则是，通过在基准表面上采集六个点， 从而创建参考系。
• 上图的例子中，点1, 2, 3 设定 了X方向，这些点的坐标位置是 X=-100， 点4, 5 设定了Y 方向坐标是 Y=45， 点 6 设定了Z方向是 Z=50. 选择3-2-1构建坐标系时，显示右侧 的对话框：
照窗口中的顺序采集六个点，并确认。 参考系显示出来。
三坐标测量基础知识
前言
•
三座标测量是焊装白车身几何尺寸监控的重要手段
，随着公司发展，3D测量也纳入了冲压零件的质量监控范
围。可以说伴随着每个工厂的开工建设， 3D测量间是同
步开工的。也就是说，所有的焊装车身和冲压零件几何尺
寸分析都离不开3D测量数据。因此，掌握一些三座标测量
原理，了解如何分析阅读3D的测量报告，如何提出测量需
1.4测量软件介绍--目前武汉工厂全部使用Metrolog软件，整体界面如下。
三坐标测量仪的学习
三坐标测量仪初步知识一、三坐标测量机的产生三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。
它的出现，一方面是由于数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。
现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。
目前，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。
二、三坐标测量机的组成及工作原理（一）CMM的组成三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。
（1）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。
X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。
三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。
人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。
用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。
（2）电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。
（二）CMM的工作原理三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。
它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。
要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标OI；如果在该截面内触测更多的点（点1，2，…，n，n为测点数），则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个垂直于孔轴线的截面圆（I，II，…，m，m为测量的截面圆数）进行测量，则根据测得点的坐标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴线位置；如果再在孔端面A上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。
三坐标测量基础知识
度、圆度、圆柱度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴
（心）度、对称度、圆（全）跳动等形位公差。
本章知识要点
测头标定的原理及意义。
余弦误差产生原因及避免方法。
构建坐标系的意义及对3-2-1法的理解。
工作平面的理解及掌握其适用场合。 基本几何元素的最少点数及矢量方向记忆。 元素构造的意义及其功能应用。 元素尺寸偏差及形位公差的理解。
示例一：点构造
圆心（球心）点构造 两直线相交点构造 线2
圆
线1
投影点 偏移点 原 始 点 任一点偏置某一距离
原始点
任一点投影至某一平面
示例二：圆构造
在一个圆锥指定的直 径位置产生一个圆。
同时通过所选的几个元 素拟和产生虚拟圆。
平面和圆锥相交产生 某一高度的截面圆。
示例三：镜像构造
矩 形 阵 列
法向矢量 实际接触点
期望接触点 导致的误差·
坐标系
一、测量机的坐标空间（MCS）
测量机的空间范围可用一个立方体表示。立方体的每 条边是测量机的一个轴向。如下图所示，X轴为左右指向， Y 轴为前后指向，Z 轴为上下指向，三条边的交点为机器的 原点。
Z
Y
原点
X
二、建立零件坐标系的意义
a、通过建立零件坐标系，限制被测工件的6个自由度；
b、添加新测头角度后
c、添加加长杆后
d、测针更换过后
e、标定结果超差时
f、标定数据过期时
矢量与余弦误差
一、矢量的定义
矢量可以被看做一个带有箭头的单位长度直线，I 方向
在X轴，J方向在Y轴，K方向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和
-1之间，分别表示与X、Y、Z夹角的余弦。 在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征 的方向，即测头触测后的回退方向。 Z (+k) Y (+J )
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一个平面和一个圆锥、 圆柱或球相交产生一个 圆。
输入:
圆锥1 平面1
元素的尺寸及公差
尺寸公差与形位公差
尺寸公差：
最大极限尺寸减最小极限尺寸之差。
形位公差：
零件形状差异产生的形状误差和位置差异产 生的位置误差统称为形位误差。
尺寸公差实例
圆的常规公差
25.4 ± .12
0.24
0.24 25.4 ± .12
什么是工作平面 工作平面用来定义2D元素数学计算的平面，在测 量时，元素计算和探头补偿中使用工作平面。 Z+ XYZY+ X+
工作平面 例：XY工作平面测量圆元素
90 deg
135 deg 45 deg
180 deg
0 deg
+Y
225 deg 270 deg
315 deg
+X
工作平面 例：平面元素做工作平面测量圆
Bonus
0 0.10 0.20 0.30 0.40
MMC
0.15 0.25 0.35 0.45 0.55
30
A 40
最大实体条件
位置公差解析
下图显示了为什么两个点距离相同但不是每个都在公差之内。 超差
位置度公差带
合格
位置度产生一个圆形公差带，它能很好地判断特征元素的配合关系。
公差标准项目符号
接触器断开
测头校正
测头校正的意义
测头校正对所定义测头的 有效直径及位置参数进行 测量的过程。为了完成这 一任务，需要用被校正的 测头对一个校验标准进行 测量。
未知直径和 位置的测头
已知直径并且可以 溯源到国家基准的 标准器。
测头校正的过程
在实物基准的每个测量点 的球心坐标同它的已知道 直径比较。有效的测头直 径是通过计算每个测量点 所组成的直径与已知直径 的差值
Z
1
矢量*:
如右图向上
4
形状误差: 球度 2维/3维: 3维
Y
5
3
2
输出: X = 2.5 I = 0 D = 5.0
Y = 2.5 J = 0 R = 2.5 5
X
Z = 2.5 K = 1
*球的矢量只是为了测量。并不描述元素 的几何特征。
基本几何元素
圆锥
最小点数: 6
Z
5
6 5 4
位置:
矢量:
2、旋转轴
旋转元素需垂直于已找正的元素，这控制着轴线相对 于工作平面的旋转定位。
3、原点
定义坐标系X、Y、Z零点的元素。
3-2-1法建立坐标系
3-2-1法建立坐标系是三坐标测量机最常用的建立坐标系
方法，如下图所示建立坐标系：
1、在零件上平面测量3个点拟合一平面找正。 2、在零件前端面上测量2个点拟合一直线旋转轴。 3、在零件左端面测量1个点设定原点。
I = 0.707 J = 0.707 K = 0 45度方向矢量
45 °
X
(+I )
余弦误差
不正确的矢量测量产生余弦误差
逼近方向 角度 理论接触点 法向矢量
期望接触点 导致的误差
Probe Dia Angle Error 1.0° 5.0° 10.0° 15.0° 20.0° 0.5 0.0000 0.0010 0.0039 0.0088 0.0160 1.00 2.00 3.00 4.00 Magnitude of error introduced by not probing normal to surface 0.0001 0.0002 0.0002 0.0003 0.0019 0.0038 0.0057 0.0076 0.0077 0.0154 0.0231 0.0309 0.0176 0.0353 0.0529 0.0709 0.0321 0.0642 0.0963 0.1284 6.00 0.0005 0.0115 0.0463 0.1058 0.1925
◆ 探头补偿需要工作平面的元素有：点元素和边界点元素； ◆ 对于其他所有元素, 工作平面选择窗口会自动隐藏起来。
基本几何元素 点
最小点数: 位置: 1 XYZ 位置
Z
5
5
矢量:
形状误差: 2维/3维:
无
无 3维
Y
5 输出 X = 5 Y=5 Z=5
基本几何元素
直线
最小点数: 位置: 2 重心 5
测座
RTP20
测座的A角以15 ° 分度从0 °旋转到 90 °， B角以15 °
分度从－180 °旋转 到180 °。
B 角旋转
A 角旋转
触发式测头的原理
TP20机械测头
包括3个电子接触 器，当测杆接触物体使 测杆偏斜时，至少有一 个接触器断开，此时机 器的X、Y、Z光栅被读 出。这组数值表示此时 的测杆球心位置。
坐标系类型
z
Z
◆ 直角坐标系
Y X
z
P( , , z )
◆ 柱坐标系
x
Z O Q
y
◆ 球坐标系
Z
P(r, , )
x
o
r
Y
Q
测量机坐标轴
测量机的空间范 围可用一个立方 体表示。立方体 的每条边是测量 机的一个轴向。 三条边的交点为 机器的原点（通 常指测头所在的 位置）。
Z
Y
原点
X
坐标值
每个轴被分成许 多相同的分割来 表示测量单位。 测量空间的任意 一点可被期间的 唯一一组X、Y 、Z值来定义。
Z
10
Y
5 5
10
0
| | | | 5 | | | |10
X
校正坐标系 校正坐标系是建立零件坐标系的过程。通过数学 计算将机器坐标系和零件坐标系联系起来。
1、零件找正
找正元素控制了工作平面的方向。
Z
矢量: 第一点到最后一点
形状误差: 直线度 2维/3维: 输出 X = 2.5 2维/3维 I = -1
2
1
Y
5
Y=0
Z=5
J=0
K=0
5
X
基本几何元素
圆
最小点数: 位置: 3 中心 5
Z
矢量*: 相应的截平面矢量 形状误差: 2维/3维: 圆度 2维 Z=0 K=1
Y
5
1 2 3
输出 X = 2 Y = 2 I=0 J=0
有效测头半 径
矢量
矢量可以被看做一个单位长的直线，并指向矢量方向。 相对于三个轴的方向矢量。I方向在X轴，J方向在Y轴，K方 向在Z轴。矢量I、J、K值介于1和-1之间，分别表示与X、Y、 Z夹角的余弦。 +K K Z
Y
+J
J I
X
+I
矢量方向
矢量用一条末端带箭头的直线表示，箭头表示了它的方 向。X、Y、Z表示三坐标测量机的坐标位置，矢量I、J、K 表示了三坐标测量机三轴正确的测量方向。 在三坐标测量中矢量精确指明测头垂直触测被测特征的 方向，即测头触测后的回退方向。 (+K ) Z Y (+J )
顶点
从小圆到大圆
形状误差: 锥度 2维/3维: 3维 输出: X = 2.0 I = 0 A = 43deg Y = 2.0 J = 0 Z = 5.0 K = 1 5
1
Y
3 2
5
X
元素构造的意义
◆是通过已测的元素构造出无法直接测量得到的元素
◆构造元素可以是计算辅助元素，也可为测量结果元素
◆最终是为满足测量结果的需求
三坐标测量基础知识
课程培训目标
了解测头的工作原理 掌握为什么且如何进行测头校正 了解矢量在测量中的作用 掌握三坐标为什么且如何建立坐标系 掌握三坐标如何进行元素测量、构造及公差
评估
测头
探测系统是由测头及其附件组成的系统，测头是测量机探 测时发送信号的装置，它可以输出开头信号，亦可以输出与探 针偏转角度成正比的比例信号，它是坐标测量机的关键部件， 测头精度的高低很大程度决定了测量机的测量重复性及精度； 不同零件需要选择不同功能的测头进行测量。 扫描测头 触发测头
50.8 ± .12
尺寸公差实例
点到平面的三维距离
PLN1 50
PNT1
形位公差实例
垂直度
0.15 mm宽的公差带
0.15 A
A
A
实际表面的可能方位。
形位公差实例
倾斜度
0.5 mm宽的公差带
0.5 35°
A
实际表面的可能方位。
35°
A
A
形位ห้องสมุดไป่ตู้差实例
位置度 Ø20±0.2 0.15 M A
Dia 19.80 19.90 20.00 20.10 20.20
基本几何元素
圆柱
最小点数: 位置: 矢 5 重心 5
Z
6 4 5
量: 从第一层到最后一层 圆柱度 3维
3 2
Y
5
1
形状误差: 2维/3维:
输出: X = 2.0 I = 0 D = 4 Y = 2.0 J = 0 R = 2
5
X
Z = 2.5 K = 1
基本几何元素
球
最小点数: 位置: 4 中心 5
5
X
D=4
R=2
* 圆的矢量只是为了测量。不单独描述元 素的几何特征。
基本几何元素
平面
最小点数: 位置: 矢量: 形状误差: 2维/3维: 输出 3 重心 垂直于平面 平面度 3维 I = 0.707 J = 0.000 5 5
1 2
Z Y
5
3
X = 1.67 Y = 2.50
X
Z = 3.33