引言
三坐標(biāo)測量機是現(xiàn)代化的一種自動測量技術(shù),，是高精度,、高效率自動化測量技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn)。按其機構(gòu)形式可分為橋式,、龍門式,、便攜式、懸臂式等,，橋式是一種非常普遍的結(jié)構(gòu)形式,，大部分公司三坐標(biāo)測量機均為橋式結(jié)構(gòu)，適合日常教學(xué)與應(yīng)用,。三坐標(biāo)測量機的測量原理是精確測出零件表面的空間三坐標(biāo)值,，經(jīng)過一定算法擬合成線、面,、圓柱,、球等測量元素，通過數(shù)學(xué)計算,，得出其形狀,、位置及其它幾何量數(shù)據(jù)?？梢?，精確測量出零件表面點的坐標(biāo)，是評價形狀,、位置等幾何量誤差的基礎(chǔ),。
然而，實際的三坐標(biāo)測量機應(yīng)用并不充分,，主要因為三坐標(biāo)測量機的操作使用要求具有專業(yè)的知識基礎(chǔ),，非專業(yè)人員很難進行后期編程等操作，更重要的是,，測量方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),，如點的個數(shù),、位置等的選取等，企業(yè),、高校多依靠經(jīng)驗豐富的測量人員完成工件檢測,、實踐教學(xué)等。
本文針對三坐標(biāo)測量機的測量過程進行簡要分析,，去除人員,、經(jīng)驗、特殊工件對測量流程的影響,，提出具有普遍適應(yīng)性的測量流程，包括分析工件圖紙,、設(shè)計測量方案,、完成測量過程、評價測量結(jié)果及打印測量報告等,。這些將有助于三坐標(biāo)測量機的初學(xué)人員學(xué)習(xí)與鞏固,，是測量人員形成良好測量習(xí)慣和標(biāo)準(zhǔn)測量流程的重要知識基礎(chǔ)。
1：測量過程分析
本文以Daisy8106型三坐標(biāo)測量機為例,，測量軟件為AC-DMIS通用型,，結(jié)合實踐教學(xué)，簡要分析三坐標(biāo)測量的測量規(guī)程,。
1.1測量要求與流程
三坐標(biāo)測量機是一種精密度很高的測量設(shè)備,，對工作環(huán)境有著嚴(yán)格要求，如溫度應(yīng)控制在20+/-2℃,，濕度控制在40%-60%,，以及良好的防震保證。
分析圖紙,，根據(jù)圖紙要求確定被測量,，大致規(guī)劃測量過程，如基準(zhǔn)的選擇,、測點的布置等,。
測量之前要選擇合適的測頭并進行測頭校驗，獲取測球半徑值,。測頭校驗一般使用標(biāo)準(zhǔn)球作為基準(zhǔn),，測點方法最少為五點法，即標(biāo)準(zhǔn)球頂部取一點,，赤道上測四點,。校驗時，測座,、測頭,、標(biāo)準(zhǔn)球均要固定良好,，且表面潔凈。測頭校驗是開始測量的首要環(huán)節(jié),，對測量結(jié)果影響較大,，務(wù)必足夠重視。
為了避免測量時使用機器坐標(biāo)系帶來的回*,，開始測量前還需要建立工件坐標(biāo)系,。建立合適的坐標(biāo)系是三坐標(biāo)測量機后續(xù)測量的基礎(chǔ)，合理的坐標(biāo)系將有助于提高測量精度和測量效率,，并且,，批量檢測時，在編程中建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系可以降低工作強度,，提高測量速率,。簡單來說，建立坐標(biāo)系的方法有以下三種：
?、俟ぜ恢谜艺?。主要應(yīng)用于測量規(guī)則幾何工件時建立坐標(biāo)系，對三維模型的存在與否沒有要求,。運用該方法建立工件坐標(biāo)系時必須遵守321法則,，即首先在待測工件上采三個以上的點來確定基準(zhǔn)平面，其次在工件上測量兩個以上的點來確定基準(zhǔn)線,，最后確定基準(zhǔn)點,，完成坐標(biāo)系建立。
@RPS找正,。運用RPS找正建立工件坐標(biāo)系需要三維模型,，主要針對原點不在工件本身、或無法找到相應(yīng)的基準(zhǔn)元素,，多用于曲面薄壁,、鈑金類零件，如汽車,、飛機的配件,，這類零件的坐標(biāo)系多在車身或機身上。
?、廴齻€中心點找正,。三個中心點找正建立坐標(biāo)系的方法簡稱三點找正，需要三維模型,，主要針對一些特殊工件需通過三點找正確定工件位置的情況,。其中，3個中心點必須是空間的非矢量元素,，能確定準(zhǔn)確的位置,。元素包括點,、圓、橢圓,、球,、方槽、圓槽,，但是點必須采點位置準(zhǔn)確,，圓、橢圓,、方槽,、圓槽必須投影才可建立坐標(biāo)系。
圖片
為了得到更加準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù),，測量過程中要注意工件的擺放,，以保證工件測點順序與測針移動方向一致，這樣測頭移動更合理,、安全,。三坐標(biāo)測量機是通過拾取表面點的空間坐標(biāo)來完成各種幾何量數(shù)據(jù)測量的,，因此,，測點個數(shù)及位置等的選取至關(guān)重要。理論上,，采點越多越好,，合理地增加測量點數(shù)可有效降低測量的不確定度，實際中,，采樣點盡可能多且分布均勻,，覆蓋整個元素范圍，并符合元素測量采點規(guī)律,。另外,，也可通過數(shù)學(xué)計算的方法分析點的個數(shù)和位置，Kim等人研究了測點數(shù)與測量結(jié)果之間的關(guān)系,，結(jié)果表明,，測點數(shù)越多，測量結(jié)果越精確,，但實際中應(yīng)用較少,，多以最少點數(shù)及經(jīng)驗確定。企業(yè)中批量檢測時,，過多的測點數(shù)會降低測量效率,，而要根據(jù)測量任務(wù)及精度要求，確定測量位置及點數(shù),。
三坐標(biāo)測量機拾取空間采樣點坐標(biāo)后,，經(jīng)過數(shù)學(xué)運算才能得到零件的幾何參數(shù)誤差,，算法中多采用最小二乘法。
1.2測量結(jié)果評價與誤差來源分析
測量過程完成后,，測量結(jié)果的分析與評定,，主要是誤差來源分析，是高精度產(chǎn)品檢驗的一項要求,，直接影響產(chǎn)品評定,。它是測量可靠性的表達，定量的計算描述就是測量不確定度,。測量不確定度的影響因素主要有以下幾個方面：
?、俜椒ㄕ`差。主要指測量方法不完善引起的誤差,，如采點個數(shù)及位置的選擇,，基準(zhǔn)的選擇與測量，工件安裝是否合理等等,。測量方法的選擇要建立在對圖紙與零件裝配,、功用等的透徹分析基礎(chǔ)上，對于不明確的地方,，可以由有經(jīng)驗人員來把握,。
②設(shè)備誤差,。指由測量設(shè)備本身存在的誤差而引起的測量誤差,，一般用測量機的示值誤差或不確定度來表示，它與機器的使用工況有關(guān),，因此,，三坐標(biāo)測量機的日常維護保養(yǎng)及定期的精度補償至關(guān)重要，另外,，測頭部分也是此類誤差的重要來源,，如測座不同角度旋轉(zhuǎn)定位時產(chǎn)生的誤差等。誤差補償技術(shù)是修正測量設(shè)備誤差的重要方法,，科研工作者也進行了深入的研究,，是未來提高三坐標(biāo)測量機測量精度的主要發(fā)展趨勢。
?、廴藛T誤差,。指測量人員受到自身能力限制，而在測量時引入的誤差,，如手動采點時由于測量速度,、方向、力度的差異而產(chǎn)生的誤差,。測量人員在工作過程中盡量使各種測量影響因素趨于一致,、降低到最小,，如相同的測量力、測量速度均勻過渡等,，并盡量使用三坐標(biāo)測量機自動測量模式,，這些在一定程度上可以減小人員誤差。
?、墉h(huán)境誤差,。指由于環(huán)境因素與測量設(shè)備規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的誤差。如溫度,、濕度,、氣壓、振動,、灰塵等,，其中以溫度對測量精度的影響最大。三坐標(biāo)測量機工作時的溫度要求是20+/-2℃
結(jié)束語
三坐標(biāo)測量機作為一種精密檢測手段,，其測量過程要求嚴(yán)格,。本文就測量過程的主要環(huán)節(jié)進行了細(xì)致的分析，包括測量環(huán)境要求,、測頭校驗,、建立工件坐標(biāo)系、工件位置擺放及采點個數(shù)與位置等,，同時,，討論了測量過程中誤差產(chǎn)生的來源,，如方法誤差,、設(shè)備誤差、人員誤差,、環(huán)境誤差,，并提出應(yīng)對策略。實踐證明,，良好的測量操作與測量結(jié)果誤差分析能夠?qū)崿F(xiàn)三坐標(biāo)測量機的高精度,、高效率使用，同時,，也是測量人員的重要素養(yǎng)要求,。
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