三坐标测量坐标系的建立

零件坐标系在精确的测量中，正确地建坐标系，与具有精确的测量机，校验好的测头一样重要。由于我们的工件图纸都是有设计基准的，所有尺寸都是与设计基准相关的，要得到一个正确的检测报告，就必须建立零件坐标系，同时，在批量工件的检测过程中，只需建立好零件坐标系即可运行程序，从而更快捷有效。机器坐标系MCS与零件坐标系PCS：在未建立零件坐标系前，所采集的每一个特征元素的坐标值都是在机器坐标系下。通过一系列计算，将机器坐标系下的数值转化为相对于工件检测基准的过程称为建立零件坐标系。PCDMIS建立零件坐标系提供了两种方法：“3-2-1”法、迭代法。一、坐标系的分类：1、第一种分类：机器坐标系：表示符号STARTIUP（启动）零件坐标系：表示符号A0、A1…2、第二种分类：直角坐标系：应用坐标符号X、Y、Z极坐标系：应用坐标符号A（极角）R（极径）H（深度值即Z值）二、建立坐标系的原则：1、遵循原则：右手螺旋法则右手螺旋法则：拇指指向绕着的轴的正方向，顺着四指旋转的方向角度为正，反之为负。2、采集特征元素时，要注意保证最大范围包容所测元素并均匀分布；三、建立坐标系的方法：(一)、常规建立坐标系（3-2-1法）应用场合：主要应用于PCS的原点在工件本身、机器的行程范围内能找到的工件，是一种通用方法。又称之为“面、线、点”法。建立坐标系有三步：1、找正，确定第一轴向，使用平面的法相矢量方向2、旋转到轴线，确定第二轴向3、平移，确定三个轴向的零点。适用范围：①没有CAD模型，根据图纸设计基准建立零件坐标系②有CAD模型，建立和CAD模型完全相同的坐标系，需点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合第一步：在零件上建立和CAD模型完全相同的坐标系第二步：点击CAD=PART，使模型和零件实际摆放位置重合建立步骤：首先应用手动方式测量建立坐标系所需的元素选择“插入”主菜单---选择“坐标系”---进入“新建坐标系”对话框选择特征元素如：平面PLN1用面的法矢方向作为第一轴的方向如Z正，点击“找平”。选择特征元素如：线LIN1用线的方向作为坐标系的第二个轴向如X正，点击“旋转”。选择特征元素如：点PNT6，用点的X坐标分量作为坐标系的X方向的零点，然后点击原点。线LIN1，用线的Y坐标分量作为坐标系的Y方向的零点，然后点击原点。平面PLN1，用面的Z坐标分量作为坐标系的Z方向的零点，然后点击原点。上述步骤完成后，如果有CAD模型，需要执行CAD=工件，使模型和零件实际摆放位置重合最后，按“确定”按钮，即完成零件坐标系的建立。验证坐标系原点-------将测头移动到PCS的原点处，查看PCDMIS界面右下角“X、Y、Z”（或者打开侧头读出窗口：CTRL+W）三轴坐标值，若三轴坐标值近似为零，则证明原点正确；轴向--------将其中两个坐标轴锁定，只移动未锁定的坐标轴，查看坐标值的变化，验证轴向是否正确。此方法还可引申为一个平面、两个圆；一个圆柱、两个圆（球）等。注意：在手动测量特征元素时，必须考虑元素的工作平面（投影面），因此在手动测量完面后可以先建立一个坐标系，给以后手动测量特征一个正确的投影面。（eg.装夹倾斜，线的投影面不再是Z+,而是工件的上平面）（二）、坐标系的平移与旋转坐标系的平移：即坐标系的方向不变，坐标原点移动到一个新的位置。操作步骤：A：选择平移的坐标轴如：B：在偏置距离的方框里输入偏移的距离C：点击原点：坐标系的旋转：即围绕着某个坐标轴旋转一定的角度，从而得到一个新的坐标系。旋转角度正负的确定：由右手螺旋法则判定。操作步骤：A：选择旋转的坐标轴：B：输入旋转的角度：C：点击旋转：（三）、迭代法建立零件坐标系1、应用场合：主要应用于PCS的原点不在工件本身、或无法找到相应的基准元素（如面、孔、线等）来确定轴向或原点，多为曲面类零件（汽车、飞机的配件，这类零件的坐标系多在车身或机身上）。2、用于建坐标系的元素及相关要求：A：圆、球、柱、槽①需要的特征数：3②需具备的条件：有理论值或CAD模型③迭代次数：1④原理：此类元素为三维元素，1次即可达到精确测量注：薄壁件圆、槽和柱体至少需要三个样例测点（指定特征所在的平面）。B：矢量点、曲面点、边界点①需要的特征数：6②需具备的条件：有理论值及矢量方向或CAD模型1、第1、2、3点的法矢方向尽量一致2、第4、5点的法矢方向尽量一致，且与前三点矢量方向垂直。3、第6点法矢方向与前5点法矢方向尽量垂直。③迭代次数：1次或多次或无法迭代成功。④原理：首先，PC-DMIS将测定数据“最佳拟合”到标称数据。接着，PC-DMIS检查每个测定点与标称位置的距离。如果距离大于在点目标半径框中指定的量，PC-DMIS将要求重新测量该点，直至所有测定点都处于“公差”范围内。使用测定点的困难在于只有在建坐标系后，才能知道在何处进行测量。这样就存在一个问题：必须在建坐标系之前测量点。而三维元素在用途方面的定义就是第一次即可精确测量的元素。所有特征的类型至少需要的特征数圆3个圆此方法将3个DCC圆用于建立坐标系直线建议不要使用此特征类型点6个点此点用作3-2-1建立坐标系槽建议不要使用此特征类型球体3个球此方法将3个球体用于建立坐标系注：1、尽量使用三维元素如：圆、槽、柱体、球体或隅角点，可提高测量精度。2、PC-DMIS的一项特殊功能是允许槽的中心点根据需要在轴上上下滑动。因此，如果将槽用作原点特征组的一部分，迭代法建坐标系就无法会聚。要将槽用作原点特征组的一部分，一种可能的方法是首先用槽构造一个点，然后将原点特征组中使用该构造点。建议不要将槽用作迭代法建坐标系的原点特征组的一部分。（槽的加工误差和定位误差比较大，即使使用它们，也不要在最后找正圆点的时候使用，使用槽建立的坐标系，但轴方向的误差不一定为零）3、建立迭代法坐标系步骤：（以矢量点建坐标系为例）（1）导入数模，观察方向（2）手动模式下取得基准的理论值，在手动模式下用自动测量命令测元素（3）选定执行这些元素，按提示手动测量这些元素，取得在机床坐标系下的实测值（4）迭代，找正、旋转、原点。（5）按提示自动迭代自动测量矢量点没有CAD模型，而有理论点的话，在点坐标位置输入区输入理论点坐标，在法线矢量输入区输入点坐标的矢量方向，点击创建。（注意：测量不要勾选）如果有CAD模型，可直接在CAD模型上选取特征点，PC-DMIS会自动在点坐标显示区和法线矢量显示区计算出特征点的坐标及矢量。并将点的性质设为“标称值”点击创建。重复上述步骤，共得到6个点的测量程序。在第一个测点之前，将测量方式改为手动模式（注意：新建一个程序，模式就为手动模式），标记所有的测点程序，并运行程序。所有点测量完毕，此时PC-DMIS已得到两组数据，即一套理论点数据，一套实测点数据。进入“插入”主菜单---“坐标系”---“新建坐标系”---进入“迭代法”建坐标系迭代法建坐标系对话框选择矢量方向一致的前三个点，点击“选择”按钮，用于找平。选择第4、5点，点击“选择”按钮，用于旋转。选择最后1点，点击“选择”按钮，用于确定原点。选择“一次全部测量”设定点目标半径：不小于0.5mm选择“确定”按钮，PC-DMIS将测定数据“最佳拟合”到标称数据，并提示“是否立即测量所有迭代法建坐标系的特征”回答“是”PC-DMIS将每测一点，提示一次，接着，PC-DMIS检查每个测定点与标称位置的距离。如果距离大于在点目标半径框中指定的量，PC-DMIS将要求重新测量该点，直至所有测定点都处于“公差”范围内。对于，第一次进行自动迭代，通常选择“一次全部测量”。4、迭代法坐标系参数设置说明：找平-3：至少三个选定特征。此组特征将使平面拟合特征的质心，以建立当前工作平面法线轴的方位。旋转-2：至少两个选定特征。该组特征将使拟合直线特征，从而将第二个轴向旋转到该方向。注：如果未标记任何特征，坐标系将使用“找平”部分中的倒数第二和第三个特征。原点-1：设置原点时必须使用一个特征。此特征组用于将零件原点平移（或移动）到指定位置。注：如果未标记任何特征，坐标系将使用“找平”部分中的最后一个特征。全部测量至少一次：PC-DMIS将以DCC模式对所有输入特征至少重新测量一次。它们将按照“编辑”窗口中迭代法建坐标系命令所指定的顺序来进行测量。PC-DMIS将在测量特征前给出一个消息框，显示将要测量的特征。在接受移动之前，请确保测头能够接触指定特征而不会与零件发生碰撞。将不会执行在每个特征之前或之后找到的存储移动，但会执行侧头转角。在对所有特征测量至少一次后，对于未命中其点目标半径目标的点，将继续对特征进行重新测量。对于第一次用迭代法建立坐标系通常使用全部测量至少一次注：在此模式下，由于圆的位置从不改变，PC-DMIS测量圆的次数不会多于一次。指定元素测量：PC-DMIS将以DCC模式从起始标号处至少重新执行一次。如果提供起始标号PC-DMIS将从该定义标号重新执行如果未提供起始标号PC-DMIS将从程序中迭代法建坐标系命令所使用的第一个测定特征开始重新执行。如果第一个特征之前有存储移动点，PC-DMIS还将执行这些移动点。重新执行过程将持续到迭代法建坐标系命令所使用的最后一个测定特征为止。如果最后一个测定特征之后有存储移动，将不会执行这些移动。重新执行一旦完成，PC-DMIS将重新计算坐标系，并测试所有测定输入点，检查它们是否都处于点目标半径值所指定的目标半径内。如果它们都处于目标半径内，则无需继续重新执行，PC-DMIS将认为迭代法建坐标系命令已完成。如果有任何点未命中目标区域，则将按上述方法重新执行程序的相同部分。如果未定义起始标号：PC-DMIS将转到组成迭代法建坐标系的第一个特征，从此处开始进行DCC测量点目标半径：用于指定在坐标系中用作输入的测定点特征的目标半径公差。测定输入点包括以下类型：测定/点自动/矢量点自动/棱点自动/曲面点自动/角度点注：切勿将矢量点目标半径的值设置得太小（如50微米）。许多CMM无法准确定位测头，使其接触极小目标上的每个测定点。所以最好将公差设置在0.5毫米左右。如果重新测量无休止地继续，则将增加该值。实际上，PC-DMIS会在每个矢量点、曲面点或棱点的理论位置周围设置一个柱形公差区。此公差区的半径就是在对话框中指定的点目标半径。点目标半径只影响测定点。夹具公差：用于键入一个拟合公差值，PC-DMIS将根据该值对组成迭代法坐标系的元素与其理论值进行比较，如果有一个或多个输入特征在其指定基准轴上的误差超过此公差值，PC-DMIS将自动转到误差标号（如果有）。如果未提供误差标号，PC-DMIS将显示一条错误消息，指出每个基准方向上的误差。然后，您将可以选择接受基准并继续执行零件程序的其余部分，或取消零件程序的执行。注意：如果为每个基准轴提供最小的输入特征数（三个用于找平基准，两个用于旋转基准，一个用于原点基准），PC-DMIS就可以将输入特征的测量值拟合到其理论值，而不会出现误差。这种情况下，PC-DMIS实际上并不需要夹具公差。如果您为任何定义基准提供的输入特征超出最小值，零件或夹具误差就可能会使PC-DMIS无法将测量值拟合到理论值，可能出现超出公差的情况。误差标号：用于定义一个标号当每个输入特征在基准方向上的误差超过在夹具公差框中定义的夹具公差时，PC-DMIS将转到此标号。5、例子如何运用迭代法建立如下图所示坐标系？分析：对于此零件坐标系是由三个点、二个圆作为特征元素建立的。PCS坐标轴向及原点如方框图所示，具体操作步骤如下：一、由理论值创建程序新建零件程序----“TEST-diedai”；配置测头系统；导入CAD模型，并进行相关图形处理与操作；确认程序开头为“手动”模式；选择“自动特征”，打开自动测量矢量点对话框；确定当前模式为“曲面模式”；用鼠标在CAD模型“点1”位置点击一下，注意此点的法线矢量方向，对照工件图纸的要求，在“自动测量”界面中对该点的坐标值进行相应的更改