关节臂式三坐标应用
关节臂测量仪在机械加工产品方面的应用
Technology Application技术应用DCW167数字通信世界2020.050 引言近些年我国航空产品制造业快速发展，我国航空工业发展迅速。
未来20年将增加价值高达2130亿美元的2600多架飞机。
在产能提升的同时对航空产品相关的数字化测量技术提出进一步的要求1。
航空产品中的机械加工产品种类多，需要控制的尺寸多，测量精度要求高。
CMM 三坐标测量机、激光跟踪仪、关节臂测量仪、激光扫描仪、照相测量等先进的产品测量仪器得到广泛的应用。
本文就关节臂测量仪在机械加工产品中的应用进行分析介绍。
1 关节臂测量仪的测量原理介绍现有的关节臂测量仪，生产厂家主要为的美国FARO 公司、瑞典的HEXAGON 公司。
关节臂式坐标测量机是可移动式的三坐标测量机。
根据仿生学原理，以角度基准取代长度基准，关节臂测量仪将若干杆件和一个测头通过旋转关节串联连接，一端固定，另一端（测头部位）可在空间自由运动，测头一般为硬测头或触发测头，测头可在人手牵引下到达测量范围内的任何指定位置进行测量。
关节臂测量仪在现场测量过程中的优点：（1）有很好的便携性、灵活性，可以很好的适应不同的生产条件。
（2）基于CATIA V5软件的数字模型无需设计计量路径点位，可以节省基于数模的理论数据提取时间。
（3）可对被测要素进行快速灵活的重复测量，不需要进行测量程序调整。
（4）可以对同一项零件不同类型的设计尺寸用同一种设备进行测量。
（5）设备本身支持测量程序编制可以进行同类零件的重复测量。
2 关节臂测量仪实际应用典型场景的使用方法2.1 零件复杂槽腔轮廓度的测量：在航空产品中例如接头类零件（见图1所示）槽腔尺寸要求严格且宽度窄，此槽腔需要装配其他与之配合的零件。
在此位置的轮廓度测量不易用传统的三坐标测量机实现。
三坐标测量仪由于零件槽腔的宽度很窄，测量过程中极易发生三坐标测量杆与槽腔内壁发生碰撞的情况。
利用关节臂测量仪有两种解决办法：图1 槽腔示意图（1）用传统的接触式测头直接测量，关节臂测头由人工手持进行测量可以进行多角度的测量可以避免设备与零件的碰撞。
关节臂式三坐标测量机在特殊尺寸测量中的应用
关节臂式三坐标测量机在特殊尺寸测量中的应用张礼才【摘要】针对机械产品中特殊尺寸的产品测量难以精确测量的技术问题,介绍了关节臂式三坐标测量机的结构原理,比较了三坐标测量与常规测量的区别.以超量程尺寸、异面直线的距离尺寸、跨过障碍物的尺寸等特殊尺寸为例,应用关节臂式坐标测量机对其进行了精确测量,体现了关节臂式坐标测量机测量精度高、适用范围广、效率高的优点,可解决特殊尺寸测量的问题.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P51-53,56)【关键词】关节臂;三坐标测量;常规测量;特殊尺寸【作者】张礼才【作者单位】中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TH8210 引言机械产品的精度和使用性能在很大程度上取决于机械零件的精度及零件之间结合的正确性，其机械零件的精度是零件的主要指标之一，而检测技术是保证机械零、部件精度的重要手段。
然而，在生产实践中，存在某些特殊尺寸，比如超出卡尺量程的大尺寸、空间异面直线的距离、有障碍物阻隔的尺寸，采用常规的测量方法难以精确测量。
为此，本文应用关节臂式坐标测量机对这些特殊尺寸进行了精确测量，既提高了测量效率，又体现了关节臂式坐标测量机的优势。
1 关节臂式测量机结构组成与常规测量相比，三坐标测量机能同时测量工件的几何尺寸和形状、位置公差，毋须用辅助装置模拟基准，数据处理迅速、简便，测量精度和测量效率高[1]。
关节臂式三坐标测量机又称便携式坐标测量机，与龙门式三坐标测量机相比，它便于携带、组装，避免了工件运输和装卡，故得到了广泛应用。
关节臂式坐标测量机结构主要由关节臂、控制电路、上位机软件及附件组成,其中关节臂由3根刚体臂、3个活动关节和1个测头组成，可实现量程范围内空间任意位置的测量功能[2]。
2 特殊尺寸测量2.1 蛙跳技术原理所谓特殊尺寸是指超出常规的测量范围，采用常规测量手段难以精确测量的尺寸。
关节臂三坐标测量仪使用方法
关节臂三坐标测量仪使用方法1. 简介关节臂三坐标测量仪是一种用于测量物体三维空间位置和姿态的精密测量设备。
它采用关节臂结构，能够灵活自由地移动和旋转，具有高精度和高稳定性，广泛应用于工业制造、机械加工、航空航天等领域。
本文将详细介绍关节臂三坐标测量仪的使用方法，包括设备准备、操作步骤、数据处理等内容，帮助用户快速上手并正确地使用该设备。
2. 设备准备在开始使用关节臂三坐标测量仪之前，需要进行以下准备工作：2.1 检查设备完整性检查设备是否完整，并确保所有零部件齐全。
包括主机、控制器、触发器、传感器等。
2.2 连接电源与通信线路将主机与电源连接，并确保电源正常工作。
同时，根据需要连接通信线路，以实现与计算机或其他外部设备的数据传输。
2.3 安装校准板校准板是关节臂三坐标测量仪的重要配件，用于校准设备的测量精度。
将校准板固定在测量区域内的合适位置，并确保其表面平整、无损坏。
2.4 调整设备位置根据实际需求，调整关节臂三坐标测量仪的位置和方向，使其能够覆盖待测物体的整个空间范围。
3. 操作步骤关节臂三坐标测量仪的操作步骤如下：3.1 打开软件在计算机上打开关节臂三坐标测量仪的控制软件，并确保与设备正常连接。
3.2 标定设备在进行实际测量之前，需要对关节臂三坐标测量仪进行标定。
按照软件提示，依次进行零点标定、轴向标定和角度标定等步骤，以确保设备的测量精度和准确性。
3.3 设置测量参数根据待测物体的特点和需求，设置合适的测量参数。
包括采样频率、数据存储方式、坐标系选择等。
3.4 放置待测物体将待测物体放置在关节臂三坐标测量仪的测量区域内，并调整其位置和姿态，使其符合测量要求。
3.5 进行测量点击软件界面上的“开始测量”按钮，关节臂三坐标测量仪将自动进行测量。
在此过程中，设备会通过传感器采集物体的位置和姿态信息，并实时显示在软件界面上。
3.6 数据处理与分析测量完成后，可以对采集到的数据进行处理和分析。
常见的处理方式包括数据平滑、滤波、坐标转换等。
便携式三坐标测量机在大型设备维修中的应用
便携式三坐标测量机在大型设备维修中的应用一、前言近年来，人们对在大型设备（如石油钻井、炼油化工、燃气轮、发电机组等）维修中涉及到的测量问题越来越关注。
这些设备的维修由于受场地、环境、温度等因素的影响，不能用常规的固定式三坐标测量机来测量。
便携式三坐标测量机的出现，使大型工件的现场测量成为可能。
便携式三坐标测量机的种类和形式有多种，常见的有关节臂式测量机、激光跟踪仪、激光扫描仪等。
二、便携式三坐标测量机的一般特点和功能１．关节臂式三坐标测量机（图１）（１）特点。
重量轻，可移动性好；统计（整体）精度较高，单点球测精度最高可达０．００４ｍｍ；测量范围大，死角较少，对被测物体无特殊要求；测量速度快，可做在线检测，适合车间使用（图２）；对外界环境要求较低，可在０～４６℃使用；操作简便易学，特别适合复杂曲面和非规则物体的测量，可接激光扫描测头进行扫描和点云对比检测。
（２）功能。
三坐标测量；在线检测；逆向工程；快速成型；激光扫描技术；计算机辅助检测；弯管测量；大尺寸工件测量。
２．激光跟踪仪（图３）（１）系统构成。
激光发生器、控制器、通信线缆、跟踪靶标、计算机。
（２）系统原理。
利用手持式靶球或移动测头，将激光发生器发出的激光反射回主体，控制器通过计算头部旋转的不同方向的角度及激光束射出的长度，就可以精确计算出靶球所处的三维坐标值。
通过测量软件，就可以计算出被测工件的几何尺寸和形位公差。
（３）设备特点。
大、小尺寸检测；动态、实时性；精度达１０μｍ／ｍ；便携、现场应用。
（４）应用范围（图４）。
零件与工装检验；零件与工装组装；联机ＣＡＤ检测；机器人检测与调整。
便携式三坐标测量机在大型设备维修中的应用陆佩弘摘要便携式三坐标测量系统一般分为：关节臂式测量机、激光跟踪仪、关节臂式扫描仪、激光跟踪仪式扫描仪等，配以通用的三坐标测量软件，使操作者能够快速、准确地测量各种复杂形面的几何尺寸和形位公差，利用激光扫描软件，将不同形状工件的表面扫描为“点云”格式的数据文件，再通过三维处理软件处理成三维实体表面。
关节式坐标测量机测量原理特点及应用理论分析
关节式坐标测量机测量原理特点及应用理论分析艾竹君，胡毅，费业泰【摘要】关节式坐标测量机是一种串联关节结构系统，具有测量空间开阔、操作简便、携带方便、对使用环境要求不高、适于现场测量和在线测量等优点。
但由于其机构原理特点及精度控制存在不足，其目前最高测量精度也达不到通用直角三坐标测量机的精度水平。
从关节式坐标测量机测量原理、误差减少与控制等几方面进行分析，提出测量机精度提高的若干途径和措施。
【期刊名称】制造业自动化【年(卷),期】2014(000)021【总页数】4【关键词】关节式坐标测量机；测量精度；误差减少；误差控制【文献来源】https:///academic-journal-cn_manufacturing-automation_thesis/0201243797324.html0 引言在精密工程技术中，坐标测量机是最常用的测量方法。
面对测量对象的实际需要，多年来坐标测量技术不断发展，有多种形式的测量机，测量精度日渐提高，测量功能愈来愈强，其中测量精度则是测量机发展中始终致力研究的关键问题。
对于最常用的三坐标测量机，测量精度已达到微米级精度水平，而近几十年迅速发展应用的关节式坐标测量机，测量精度则处于数十微米的精度水平，为了能提高关节式坐标测量机精度，本文从测量机测量原理，误差减少与控制等几方面进行分析，提出测量机精度提高的若干途径和措施。
关节式坐标测量机具有测量空间开阔、操作简便、携带方便，对使用环境要求不高、适于现场测量和在线测量等优点，因此应用广泛，其测量功能越来越强，测量精度也日渐提高。
但由于其机构原理特点及精度控制存在不足，虽然采用了高精度组成器件和制造技术，目前最高测量精度也难以达到常用直角三坐标测量机的低精度水平。
1 测量机具有串联式逐级放大结构测量系统关节式坐标测量机组成结构原理如图1所示。
它主要是由三个测量臂和六个角度编码器所组成的串联式极坐标测量信号传递系统。
测量方程式如式（1）所示。
高斯_牛顿法在关节式柔性三坐标测量机参数辨识中的应用
di = f (Θp1i ,Θp2i , b) i = 1 , …, m
(4)
由于目标是柔性三坐标测量机的参数向量 b ,
所以这是一个典型的非线性最小二乘拟合问题 ,其
最小化目标函数为
m
min S ( b) = ∑( f (Θp1i ,Θp2i , b) - di) 2 = ‖F ( b) ‖22 (5)
2008 年第 42 卷 №2
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高斯 —牛顿法在关节式柔性三坐标测量机参数辨识中的应用
程文涛 费业泰 于连栋
合肥工业大学
摘 要 :介绍了一种自行设计的六自由度关节式柔性三坐标测量机 ,并对该测量机的结构参数进行辨识 ,提出 了一种基于空间两点距离的标定方法 。该方法使用 API 激光跟踪仪作为基准 ,利用非线性最小二乘中的高斯 —牛 顿法 ,求解测量机测量方程的参数值 。实验结果表明 ,该方法能够有效提高测量机的整体精度 。
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工具技术
2 柔性坐标测量机的机械结构及测量 方程
图 1 为一种柔性三坐标测量臂的示意图 ,该测 量臂由 6 个旋转关节组成 ,在每个关节中都安装有 角度编码器 。关节与关节之间由长度不同的杆件连 接而成 ,这样就形成了一个空间开链连杆机构 。6 个角度编码器给出了各个关节的相对转动量θi ( i = 1 ,2 , …,6) ,从而确定了测头的位置 。在该测量臂的 基座上建立相对固定的坐标系 ,给出测头在该坐标 系中的坐标 ,即得到测量系统的测量方程 。借用在 机器人研究中运用成熟的 D - H 方法[9]可建立这种 坐标测量机的测量模型 。表 1 为柔性三坐标测量机 各关节结构参数 。
法如关节三坐标
法如关节三坐标关节三坐标是描述关节运动的一种方法，通过确定关节中心点的位置来描述关节的运动轨迹。
关节三坐标包括关节前后位、关节内外旋和关节内外翻三个方向。
关节前后位是指关节沿着肢体纵轴方向的运动。
在人体解剖学中，关节前后位是指关节中心点沿着X轴的运动。
当关节向前运动时，关节前后位为正值；当关节向后运动时，关节前后位为负值。
关节前后位的变化会影响关节的屈曲和伸展运动。
关节内外旋是指关节沿着肢体横轴方向的运动。
在人体解剖学中，关节内外旋是指关节中心点沿着Y轴的运动。
当关节向内旋时，关节内外旋为正值；当关节向外旋时，关节内外旋为负值。
关节内外旋的变化会影响关节的旋转运动，例如肩关节和髋关节的旋转。
关节内外翻是指关节沿着肢体垂直轴方向的运动。
在人体解剖学中，关节内外翻是指关节中心点沿着Z轴的运动。
当关节向内翻时，关节内外翻为正值；当关节向外翻时，关节内外翻为负值。
关节内外翻的变化会影响关节的侧弯和旋转运动，例如踝关节的内外翻。
关节三坐标的确定可以通过多种方法，如使用三维摄像系统或运动捕捉系统。
这些系统可以追踪关节中心点的位置，并将其转化为三维坐标。
通过分析和处理得到的坐标数据，可以计算关节的前后位、内外旋和内外翻角度。
关节三坐标在医学和运动科学领域具有广泛应用。
在医学中，关节三坐标可以用于评估关节功能和运动异常，帮助诊断和治疗关节疾病。
在运动科学中，关节三坐标可以用于分析运动技术，改善运动表现，预防运动损伤。
总结一下，关节三坐标是描述关节运动的一种方法，包括关节前后位、关节内外旋和关节内外翻三个方向。
通过确定关节中心点的位置，可以计算关节的运动角度。
关节三坐标在医学和运动科学中有着重要的应用价值，可以帮助理解关节的运动特性，评估关节功能和运动异常，并提供指导和帮助进行治疗和训练。
通过进一步研究和应用，关节三坐标将在未来发展出更多的应用和潜力。
机械加工中常用的精密测量技术
机械加工中常用的精密测量技术摘要：将精密测量技术运用于机械加工中，能够在提升机械加工质量方面起到重大帮助。
本文详细分析了几种常用的精密测量技术，以此帮助人们更好的了解精密测量技术的使用价值与运用要点，为提高机械加工质量奠定技术基础。
关键词：机械加工；常用；精密；测量技术精密测量技术的使用，能够让机械加工制造精密程度得到显著提高，使得加工质量更加具有保障，特别是在进行微型零部件生产制造时，精密测量技术为加工生产带来了诸多的便利。
由于机械加工操作流程较为复杂，尽管有制定一系列配套的生产加工标准，不过，由于是实行批量化加工，如果某一环节出现异常，就会对整个加工生产工作都带来影响，使得出现大量的残次品。
为此，就需要结合具体的加工生产规范，提高对精密测量技术的运用，及时发觉加工生产中产品参数偏离规定值的情况，并加以有效纠正，以此保障整个加工制造流程的质量。
1.精密测量技术的简要介绍为确保机械加工产品的外形大小与规定相符，就应当对其实行精确化测量，使之制造精细度可以满足相应生产要求。
而随着科技水平的不断提高，各种先进技术相继研发运用，在目前应用的测量技术中结合了计算机技术与软件、声光学技术、传感技术等，提高了测量的精细度和准确度，使得测量结果与实际情况之间的误差越来越小，做到了逻辑式检测。
随着光能、阻抗、超声检测技术的运用，并融合了多种复杂、特殊的传感技术，就此形成了精密测量技术[1]。
2.机械加工中精密测量技术的应用2.1石英传感器精密检测技术的应用石英是一种超导体材料，把它运用于传感器中，既可以提高传感器灵敏性，还在提高检测效果方面起到了较大促进作用。
并且，石英传感器内的敏感元件主要分布于石英晶体中，如此只需机械加工产品的精密检测技术人员掌握石英晶体特征，便能轻松熟悉传感器运作方式，以此防止石英传感器在实际运用时发生运作混乱、操作不当等情况。
并且，将石英传感器运用于机械加工产品的检测工作中，还可以促使传感器内使用的石英晶体在测量时发生正压电效应，以此提升检测效果的准确性与精确性，保证工作人员可以按照所掌握的检测结果来对加工生产流程加以优化改进，以免在开展机械加工时发生异常问题，从而威胁加工产品的质量[2]。
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逆向偏差分析
曲面质量分析
三、三坐标主要功能
3.逆向工程功能：具有接触式测头扫描曲线曲面的功能，同时可以将接触式测头 测量的特征，三维坐标以IGS 格式输出至UG，CATIA 等造型软件，实现逆向工程 的功能。
油泥模型扫描
便携式三坐标直接扫描油泥模型，直接输出丏业软件可以编辑的IGS文件。
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四、三坐标高级应用案例
四、三坐标高级应用案例
2.虚拟装配分析
组装间隙优化 组装间隙优化前的初始对齐
优化时根据名义值调 整对齐，名义值来自 CAD或手动输入
组装间隙优化后的结果
四、三坐标高级应用案例
3.大灯装配分析
四、三坐标高级应用案例
4.顶棚漏雨分析
四、三坐标高级应用案例
5.汽车腰线分析
CAD模型
扫描数据
四、三坐标高级应用案例
补偿点 沿法向矢量
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三、三坐标主要功能
1.基本测量功能：即测量零件的几何尺寸，形位公差（平面度，平行度，垂直度， 同轴度，位置度，直线度等），三维坐标。
10Βιβλιοθήκη 、三坐标主要功能1.基本测量功能：即测量零件的几何尺寸，形位公差（平面度，平行度，垂直度， 同轴度，位置度，直线度等），三维坐标。
总拼焊装夹具的标定调整
5.汽车腰线分析
Thank you
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钣金件边界偏差分析
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三、三坐标主要功能
2.CAD 数模对比检测功能：即可以实现CAD 数模与实际的零件如夹具检具，冲压 件﹑模具﹑塑料件﹑机加工件等结构件或曲线曲面进行对比检查,并丐给出偏差报 告，检测可以通过接触式测头，在CAM2 软件中实现。
整车外形偏差分析
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三、三坐标主要功能
2.CAD 数模对比检测功能：即可以实现CAD 数模与实际的零件如夹具检具，冲压 件﹑模具﹑塑料件﹑机加工件等结构件或曲线曲面进行对比检查,并丐给出偏差报 告，检测可以通过接触式测头，在 软件中实现。 钣金包边比较点
通过硬探测的方式， 分析零件曲面偏差。
通过扫描点云的方式， 分析零件曲面偏差。
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三、三坐标主要功能
2.CAD 数模对比检测功能：即可以实现CAD 数模与实际的零件如夹具检具，冲压 件﹑模具﹑塑料件﹑机加工件等结构件或曲线曲面进行对比检查,并丐给出偏差报 告，检测可以通过接触式测头，在CAM2 软件中实现。
探针的半径就是未补偿平面和测量 平面的距离
未补偿平面
补偿平面
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二、便携式三坐标特点
探针补偿
圆测量
将探针向圆心移动（远离测量工件的实 体）表示园向外补偿
未补偿圆 补偿圆
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二、便携式三坐标特点
探针补偿
曲面测量
法向矢量垂 直于表面
单独的点测量的是探针的球心 测量探测的球心 单独测量的数据点和曲面比较，曲面上的每个点 沿表面处的法向矢量计算和曲面的偏离值
1.精度高：测量精度达到0.049μm；
产品设计开发 汽车主机 厂品质保 证
2.便携性：轻便易携带，满足随时随地测量需要；
3.测量功能：可满足几何元素、三维坐标、 形位 公差、曲线曲面测量和扫描、逆向
大型零部 件的现场 测量
工程、CAD数模比对检测等测量；
4.测量范围：可实现6个自由度3.7m范围内的测 量(使用蛙跳球阵，测 量范围更广)
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三、三坐标主要功能
2.CAD 数模对比检测功能：即可以实现CAD 数模与实际的零件如夹具检具，冲压 件﹑模具﹑塑料件﹑机加工件等结构件或曲线曲面进行对比检查,并丐给出偏差报 告，检测可以通过接触式测头，在 软件中实现。
铸件CAD及其公差分布， 工件各面余量不同，受此影响 对齐至公差带内，证明 各面公差各不相同 该铸件是可加工的 普通Best-fit无法正确对齐
一、便携式三坐标概述
激光跟踪仪
便携式三坐标
拍照测量仪
1
一、便携式三坐标概述
量 程
>10m 7m 4m 1m 0.01mm 0.03mm 0.05mm 0.1mm
精度
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一、便携式三坐标概述
测量主机
3
一、便携式三坐标概述
测量附件
磁力吸盘
重型可移动三脚架
6mm测头
针形测头
蛙跳球
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二、便携式三坐标特点
工装夹 具的组 装和调 整
生产车 间质量 监控
外部供 应商控 制 模具和 夹具的 测量
5.使用环境：臂身内部有温度、湿度补偿装置，10-40°C温度范围及95%的湿度范 围内都可以正常测量 。
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二、便携式三坐标特点
测量特征类型
点 描述在3D空间坐标系中相对于坐标XYZ位置 数值。
直线 用两个点定义边界和矢量方向。
1.形变分析
碰撞试验前后，对于整车或零件关键位置的测量，研究形变量； 对于测试前后假人关键位置的测量，研究对于人体的冲击量。
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四、三坐标高级应用案例
2.虚拟装配分析
Flush&Gap分析
四、三坐标高级应用案例
2.虚拟装配分析
Flush&Gap优化：软件对Flush&Gap按指定的约束进行优化， 并给出位移量（距离和角度），快速找到最佳安装位置
车身总成件测量
总拼台的装配、定位
大型平板的水平校正
发动机盖包边模测量
发动机质心测量
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三、三坐标主要功能
2.CAD 数模对比检测功能：即可以实现CAD 数模与实际的零件如夹具检具，冲压 件﹑模具﹑塑料件﹑机加工件等结构件或曲线曲面进行对比检查,并丐给出偏差报 告，检测可以通过接触式测头，在CAM2 软件中实现。
平面 是用一个XYZ位置数值和一个IJK法向矢量 描述的平直的表面。 对于XY平面I=0, J=0, K=1，因为矢量是Z方向， K方向平行于Z轴。 圆 是描述有XYZ中心点，IJK方向矢量和直径的 封闭曲线。
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二、便携式三坐标特点
探针补偿
平面测量
探针直径
探针在未补偿平面的上方按向后键
未补偿平面的方向是由探针远离测 量工件的实体确定的
三、三坐标主要功能
3.逆向工程功能：具有接触式测头扫描曲线曲面的功能，同时可以将接触式测头 测量的特征，三维坐标以IGS 格式输出至UG，CATIA 等造型软件，实现逆向工程 的功能。
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三、三坐标主要功能
3.逆向工程功能：具有接触式测头扫描曲线曲面的功能，同时可以将接触式测头 测量的特征，三维坐标以IGS 格式输出至UG，CATIA 等造型软件，实现逆向工程 的功能。