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三坐标测量机讲义
三坐标测量机讲义一、什么是三坐标测量机如果只是想知道什么是三坐标而不是什么测量机的问题，应该学过一点解析几何吧。
在一张纸上画个直角坐标系，那么这张纸（事实上是这张纸所属的平面）上的任何一点都可以表示为（X＝？，Y＝？）这样的表达式。
如果你想象有一根直线通过原点垂直于这张纸，那就是第三坐标Z。
理论上来说我们所处的这个空间上的任何一点都可以表达为（X＝？，Y＝？，Z＝？）。
而且有规律可循的轨迹或者面也可以用相应的一个或几个表达式表现出來。
这就是立体解析几何。
简单地说，三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台(大型和巨型不一定有)，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。
显然这是最简单、最原始的测量机。
有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。
测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。
其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。
因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。
自动型还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。
二、三坐标测量机的结构本实验三坐标测量机外形图见图1 PEAPL小型三坐标测量机图1主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）, 测头系统, 电气控制硬件系统, 数据处理软件系统（测量软件）；悬臂z、y 结构（如图2-a、图2-b所示）、桥式（框架）结构（如图2-c、图2-d所示）、龙门结构（如图2-e、图2-f所示）、卧式镗床结构（如图2-g、图2-h所示）。
图2三坐标测量机的测量头软测头（触发式）、硬测头，如图3所示。
蔡司三坐标
卡尔蔡司热门三坐标介绍CONTURA G3质量的源动力CONTURA G3是蔡司于2012年发布的新一代测量平台，采用了蔡司最新的核心测量技术，带来灵活地测量体验，是您现代生产过程中的质量保证。
蔡司研发的CALYPSO 是基于空间CAD的测量软件，具有兼容性高，简单易用等优点，能为您提供全面的测量解决方案。
针对大型复杂工件CONTURA G3在其范围内均具有稳定的测量精度。
Z向最大测量范围从800毫米到1000毫米，CONTURA G3最大的测量平台具有1200*2400*1000毫米的测量空间。
这样，在不影响测量的同时，您还有足够的空间放置工件夹具及探头更换架等测量配件。
可靠的结果CONTURA G3使用的旋转探头座具有蔡司RDS-CAA功能，只需简单的标定，即可实现20736个空间位置的自如使用，为未知的空间测量任务提供了无限可能。
搭配蔡司VAST-XXT 扫描探头更是您测量工作的好帮手，不仅可以测量工件的尺寸误差，还可以测量工件的形状误差。
测量可以如此简单-CALYPSOCONTURA G3 配备了CALYPSO测量软件，是蔡司基于空间CAD技术，专为标准几何体及自由曲面测量而开发的。
经由德国标准研究院（PTB)认证。
具有超强的易用性、灵活性及响应性，用户只需接受简单培训即可进行测量操作。
蔡司成熟的硬件技术轻巧、高速CONTURA G3的桥架采用钢铝结构，在减轻自重的同时具有极好的刚性。
卡尔蔡司热门三坐标介绍铝质部件上的CARAT涂层确保了温度稳定性及使用寿命。
整体设计减轻了运动结构的重量、实现了更高的动态性能。
最新设计的气浮轴承新设计的空气轴承从结构上保证了机器的长期稳定运行，同时极大地降低了耗气量。
机器运动部分完美的刚性确保了扫描结果的真实可靠。
极高性价比我们的目标是提供一个恰当的解决方案：CONTURA G3结合蔡司扫描技术，拥有极佳的稳定性和可靠性，多种平台尺寸为您提供灵活地选择。
蔡司三坐标教程
坐标系建立与校准
选择合适的测头
根据测量需求选择合适的测头， 并进行测头校准，确保测量精度。
建立坐标系
在测量空间中建立合适的坐标系， 通常选择工件上的三个基准点进
行定位。
校准坐标系
使用标准件对建立的坐标系进行 校准，确保坐标系的准确性和稳
定性。
工件装夹与定位
选择合适的装夹方式
根据工件的形状和尺寸选择合适的装夹方式，确保工件在测量过 程中的稳定性和准确性。
接触式测量的优点
测量精度高，稳定性好。
接触式测量的缺点
测头易磨损，测量速度较慢。
非接触式测量原理
光学测量
利用光学原理，如激光干涉、影 像处理等，对工件表面进行测量。
气动测量
通过空气喷嘴与工件表面的距离 变化，测量工件尺寸。
非接触式测量的优点
无需接触工件，无磨损问题，测 量速度快。
非接触式测量的缺点
原理
蔡司三坐标测量机采用测头接触或非接触方式，通过测量被测物体表面点的三 维坐标值，经过计算机数据处理，实现对物体几何形状、尺寸和位置的全面评 价。
发展历程及现状
初始阶段
20世纪初，三维坐标测量技术开始萌芽。
发展阶段
20世纪中后期，随着计算机技术的进步，三维坐标测量技术得到快速 发展。
成熟阶段
21世纪初至今，蔡司三坐标测量机在精度、速度和自动化程度等方面 取得显著进步。
测量软件
提供全面的测量功能，包括几何元素 测量、形位公差评定、逆向工程等， 支持多种CAD数据格式导入和导出。
03 蔡司三坐标测量原理及方法
接触式测量原理
01
02
03
04
触发式测量
通过测头与工件表面接触，产 生触发信号，记录当前坐标值。
三坐标测量机的结构组成
三坐标测量机的结构组成## 三坐标测量机的结构组成三坐标测量机是一种高精度测量设备，广泛应用于制造业和科学研究领域。
它能够实现对物体的尺寸、形状和位置的精确测量，是确保产品质量和优化生产流程的重要工具。
下面将介绍三坐标测量机的结构组成。
### 1. 底座三坐标测量机的底座是整个结构的支撑基础，通常由钢铁材料制成。
底座的重要性在于其稳定性和刚性要求较高，能够提供良好的机械支撑和抗振性能。
### 2. 主轴主轴是三坐标测量机中最为重要的部件之一，它负责支撑和移动测头。
主轴通常采用直线导轨和滚珠丝杆的方式实现，能够在三个坐标方向上实现高精度和稳定的运动。
### 3. 滑台滑台是三坐标测量机上的移动部件，通过主轴驱动进行前后、左右的移动。
滑台的设计和制造需要考虑到运动平稳、精度高、刚度好等要求，以保证测量的准确性。
### 4. 测头测头是三坐标测量机的核心部件，负责实际的测量工作。
根据不同的测量需求，可以选择不同类型的测头，如机械接触式测头、光学测头和激光测头等。
测头通常由传感器、测距装置和信号处理器等组成，能够实时捕获和处理测量数据。
### 5. 工作台工作台是放置待测物体的平台，通常由石英或大理石等材料制成，具有良好的稳定性和刚度。
工作台上的夹具和定位装置可以确保待测物体的稳定固定，以防止测量误差。
### 6. 控制系统控制系统是三坐标测量机的核心之一，负责控制和管理测量机的运动和测量过程。
控制系统通常由硬件电路和软件程序组成，能够准确控制测量机的运动和测量参数，并实时反馈和处理测量数据。
### 7. 计算机与软件计算机和软件是三坐标测量机的"大脑"，用于控制和管理整个系统的运行。
计算机通过软件程序与控制系统进行交互，接收和处理测量数据，并生成测量报告和分析结果。
### 8. 环境保护系统由于三坐标测量机对环境的要求比较高，为了保证测量的准确性，通常会配置环境保护系统，包括温湿度控制设备和防护罩等，以减少环境因素对测量结果的干扰。
蔡司三坐标测量坐标系讲解
蔡司三坐标测量坐标系讲解蔡司是一家德国光学品牌，该品牌的三坐标测量机是一种广泛应用于现代制造业的高精度测量工具。
蔡司三坐标测量机涉及到一些坐标系的概念，下面将对其进行详细讲解。
首先，三坐标测量机比较常用的坐标系有三种：刀具坐标系、工件坐标系、机床坐标系。
这三种坐标系在应用中有各自的特点。
接下来，我们来看看这三种坐标系的介绍：1. 刀具坐标系：刀具坐标系是指三坐标测量机上的坐标系，因为工件和夹具在三坐标测量机上是固定的，所以刀具是可以根据实际需求进行变换的。
例如，在测量工件时需要进行旋转角度测量，可以将刀具的坐标系变换为与工件的切线方向一致的坐标系，这样可以方便的进行角度测量。
2. 工件坐标系：工件坐标系是指被测对象的坐标系，例如在测量一个零件时，我们需要确定其在坐标系中的具体位置。
在确定工件坐标系的过程中，我们需要确定工件的坐标原点和坐标轴，通过这些参数可以建立一个精确的工件坐标系，使测量结果更加准确。
3. 机床坐标系：机床坐标系是指测量机床上的坐标系，它和刀具坐标系和工件坐标系一样，都是使用的右手定则，指定了机床的运动方向。
在测量一个工件时，我们需要将其放置到机床上，此时机床坐标系就是三坐标测量机的基准坐标系，通常是竖直朝上的。
以上就是蔡司三坐标测量机中三种坐标系的基本特点。
在实际应用中，还需要进行误差校正、验证等工作，以保证测量数据的准确性。
三坐标测量机是一个非常重要的高精度测量工具，不仅可以测量传统的物理量，还可以测量各种形状复杂的零件，成为现代制造业不可缺少的一部分。
蔡司三坐标培训教材PPT课件
程
SUCCESS
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2019/8/6
可编辑
CNC 编 程
二、运行程序
1. 2.
设点 置击 运运 行行 程程 序序 参图 数标
运行程序图 标
1
3
2
4
5
6 7
8
CNC 编
三、导入CAD模型编程
导入模型的三种格式 从模型上采集元素 修改所采集元素的策略 建立工件坐标 输出特性
四、简单维护
每日酒精清理导轨 导轨上不能摆放物品 不要挤压导轨
蔡司三坐标相关网站
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坐标系
三、元素坐标系
每个元素都有其自身坐标系，不同的元素其坐 标系不一样。
四、机器坐标系
系统在默认状态下会有自己的坐标系，其原点 在左上角。
坐标系
五、坐标变换
当图纸上的基准不 在同一线上或同一面 上时，需要通过坐标 变换来补正坐标
1. 坐标平移 2. 坐标按角度旋转 3. 坐标按距离旋转
特性输出
保存路径 选择“仅用中间点” 模
式 运行程序 备注：注意校准模式和标准球位
置测针所能校的角度
自动校准探针
数据备份
一、数据的备份
程序文件的备份 Config文件夹的备份 配置文件的备份
要数据备份文件存放的路径
机器配置
一、机器配置
设置路径
需要配置的有：
机器 探头 温度 管理员 控制
元素采集
定义:元素具有规则的几何形状,以不同的 方式定义,可以用测量机测量.
通常我们这台机器有以下三种采集的方法
自动识别元素 构造元素 从模型上采集元素
蔡司zeiss三坐标 Contura G2使用方法
Carl Zeiss IMT Emma Fei
Page 5
Why Scanning? More stability! 为什么要扫描? 测量结果更稳定!
单点测量:
Carl Zeiss IMT Emma Fei
测少
结果稳定
量 偏差大
C a
rl Zeiss IMT Emma Fei
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Ambient conditions 环境条件
C a r l Z e i s s I M T E m m a F e i
F e i
CONTURA G2 CONTURA G2
CONTURA G2
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Accuracy 精度指标
被动扫描
主动扫描
· MPE_P=1,8(1,9) · MPE_THP= 2,5(3,0) in 68s
RDS
RSM 多功能探针更换架
多功能探针更换架 提高工作效率
C a r l
Z e i s s
I M T
E m m a
F e i
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Measuring Range 测量范围
Contura G2 700 X= 700mm Y= 700, 1000mm Z= 600mm
Carl Zeiss
IMT Emma Fei
Page 10
Contura G2 RDS – improved attractivity and flexibility
更灵活更具有吸引力
New
Contura G2 RDS · RDS-CAA 作为标准配置 · 提高性能和灵活性
Page 13
ZEISS非球面镜片概述
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
光学中心
视近时的集合
实际情况： • 如图示，通常我们只能考 虑到远用瞳距，所以佩带 者看 近时视线没有通过镜 片的光学中心。
Z´
Z´
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
光学中心
非球面和散光轴位非球面镜片垂直向光学中心的二种情况
理论: • 在自然的头部和身体姿势 下点瞳。 • 每增加一度倾斜角，镜片光 学中心下移0.5mm。 O
1. 原理 2. AS – 非球面 3. 散光轴位的非球面设计 5. Clarlet® Business 6. 光学中心 7. 渐进多焦点镜片
4. 高度正镜的表面设计
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
高度正镜的表面设计
盲区
标准正镜: 标准正镜
– 镜片的光度从平坦的镜片边 缘到有效光区会发生忽然改 变。 – 在光学分界线上镜片的度数 产生突变。
非球面镜片
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
非球面镜片
卡尔蔡司光学（广州）有限公司
1
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
目录
1. 原理
2. AS – 非球面 3. 散光轴位非球面镜片 4. 高度正镜的表面设计 5. Clarlet® Business 6. 光学中心 7. 多焦点渐进镜片
卡尔蔡司激光镭射标志
球面镜（PUNKTAL®）
非球面镜（CLARLET® 1.5 HYPAL®）
卡尔蔡司激光镭射标志
非球面镜片
光学中心
如下图： 如下图： • 在镜片的光学中心与配戴者的瞳孔位置不一致的情况下，不同设 在镜片的光学中心与配戴者的瞳孔位置不一致的情况下， 不一致的情况下 计镜片的有效光度分布比较图： 计镜片的有效光度分布比较图：
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尺寸特性-角度
• 投影角1 确定基于工件坐标系下某个元素的 第一投影角。在空间坐标系下，轴的方向可以用 两个投影角来定义。投影角是从第三轴来观察零 件平面上的角度。投影角1 是基于元素的参考轴。 • 投影角2 确定基于工件坐标系下某个元素的 第二投影角。在空间坐标系下，轴的方向可以用 两个投影角来定义。投影角是从第三轴来观察零 件平面上的角度。投影角2 是基于元素的参考轴。 • 圆锥角 确定圆锥的开口角度。
如何使用孔阵列的最佳拟合
• 1 选择形状与位置 ® 位置度。 特性就会传输到测量程序中 • 2 特性定义模板会被打开。 • 3 激活孔阵列最佳拟合按钮。则自动产生具有孔阵列最佳拟合名字的坐标 系--最初它和基本坐标系是相同的。 • 4 输入公差，用标有第一基准按钮，第二基准和第三基准来指定参考元素， 以便随后计算孔阵列。（自动定义具有孔阵列最佳拟合名字的坐标系。如 果没有输入参考，将使用基本坐标系。) • 5 点击孔阵列按钮来定义评定孔阵列的设置。 • 6 点击选择元素按钮来选择孔阵列最佳拟合所需的元素。 • 7 选择公差带类型,输入公差。 • 8 在参数化的阵列中，可以选择取消阵列或者保存最佳拟合阵列参数。第 一种情况下，阵列元素中的所有单独项会有单独的一行数据。 • 9 从最佳拟合方法选择列表中选择最佳拟合的方法 • 10通过点击执行按钮，开始计算。 • 11点击OK。
• 最小区域法 • 最小内切法
元素尽可能地小并保证没有探测点在元素的外面来 确定 元素的位置 元素尽能的大并保证没有探测点在元素内来确定元
• 最大外接法
素的位置
几何元素的计算（评定方法）
特性
• 基本
• 角度
• 距离 • 曲线尺寸 • 其他
尺寸特性-基本
• • • • • • X值 确定所给元素在X 轴的位置。 Y值 确定所给元素在Y 轴的位置。 Z值 确定所给元素在Z 轴的位置。 直径 确定回转元素的值径。 半径 确定回转元素的半径。 两点直径 在圆或圆柱扫描测量，可以使 用三种方法计算出直径的最大值与最小值。 • 垂直线长度 确定元素垂直线长度
特性 构造的基础信息
特性的基础信息
特性用来检查被测元素是否在公差范围内。测量程 序中的特性可以与相应的元素联系起来。
一旦定义了元素，便可以设置特性，即元素的被测尺寸，形 状，位置等 可以增加特性到特性列表中，而无需立即定义相关的元素。 也可以为特性输入设置时再选择相应的元素 一旦定义了元素，便可以设置特性，即元素的被测尺寸，形 状，位置等
特性的基础信息
• 特性分为三组
几何元素的计算（评定方法）
– 高斯法（最小二乘法） – 切比雪夫 (最小区域法) – L1 元素 – 最小外接法 – 最大内切法
几何元素的计算（评定方法）
• 最小二乘法
最佳拟合计算元素。通过计算理想轮廓和实际探测 轮廓，计算出距离的平方和。这个和的最小值产生最佳拟合元素。 拟合计算出最小的实际与名义的最大外偏差。
如何使用孔阵列的最佳拟合
尺寸特性-角度
• 半锥角
• 倾斜角 的倾斜角度
确定圆锥的开口半角
相对于零件坐标系的Z 轴确定元素
• 旋转角 参考于工件坐标系的X 轴，确定元 素绕着Z 轴的旋转角度 • 元素角 间的角度 确定元素的旋转轴与工件坐标系之
尺寸特性-距离
• 二维距离 确定两个元素中点之间的二维距离。 • 三维距离 直接确定两个元素中点之间的三维距 离。 • 坐标距离 确定两个元素在迪卡尔坐标系下的距 离（沿着X，Y和Z 轴） • 对称点距离 确定产生对称点的两个元素间的距 离 • 空间点距离 确定空间点或者网点相对于它的名 义值间的距离 • 综合距离 确定" 点元素" 与坐标系原点间的距 离或者两个" 点元素" 之间的距离输出。
形状与位置特性
• 圆度 确定所给的孔（或轴）元素的圆度 • 参考圆度 定义给出的圆截面的圆度。圆可以在圆柱 上，球上或圆锥上。 • 波动 使用傅立叶分析一个圆或一个锥圆的波形度 • 平面度 定平面的平面度 • 分区域的平面度 在所给定的矩形区域内定义一个平面的平 面度 • 直线度 确定一条直线的直线度 • 分段直线度 为2D 直线给定分段评定直线度。 • 圆柱度 评价一个圆柱的圆柱度 • 位置度 确定所给元素相对于参考基准的位置
形状与位置特性
• 同心度 确定所给元素（如：圆）相对于一个或者两个元素的同心度。 • 同轴度 确定所给元素（如：圆柱）相对于另一个元素的同轴度 。 • 垂直度 确定一个平面的，圆柱的，圆锥的或者一个直线的元素相对于 一个或者两个基准元素的垂直度。 • 平行度 确定一个平面的，圆柱的，圆锥的或者一个直线的元素相对于 一个或者两个基准元素的平行度。 • 对称度 确定一个元素相对于两个基准元素的对称度。 • 倾斜度 确定一个元素相对于一个基准元素和一个名义角度的偏差。 • 径向跳动 确定元素（圆，圆锥圆，圆柱，圆锥）的法线上相对于基准轴 在径向的偏差。 • 积累径向跳动 确定圆柱圆路径的法线上相对于基准轴在径向的全部偏差 • 轴向跳动 确定一个元素在基准轴方向的偏差。 • 积累轴向跳动 确定一个元素在基准轴方向的全部偏差。 • 元素间夹角 确定两个元素之间的角度。