三坐标测量机基础
培训教程
无锡职业技术学院
2008 年 6 月
前言
机械设计、制造及检测是机械工程领域的三大技术支柱及研究内容。随着计算 机辅助技术的发展，计算机辅助设计、制造及检测的应用日益普及，尤其是计算机 辅助设计和制造技术，在目前的机械类课程教学中起到越来越重要的作用。
随着我国机械工业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，计算机辅助检测技术作 为提高产品质量的重要手段以及逆向工程技术的发展，也日渐形成为一门独立的学 科获得了迅速的发展。在工业应用上，各种计算机辅助检测工艺及系统推陈出新。 除传统的三坐标测量机外，近几年发展起来许多新的检测工艺如激光扫描测量、影 像测量、照相测量等等。检测设备除传统的台式机外，还涌现了关节臂式、手持式 等测量设备。而目前高校机械工程教学中对检测领域的教学还仅限于传统的工具阶 段，虽有“互换性及技术测量基础”，“几何量精度设计与检测”，“形状与位置 公差”等与检测相关的课程，但这些课程的教学还局限于传统的游标卡尺、千分 尺、水平仪等简单检测工具的教学。对基于计算机辅助检测技术的新一代高精度、 高柔性、数字化的检测原理及工业应用领域几乎没有涉及。显然这是今后机械和仪 器仪表类课程教学和改革中必须加强的内容，以提高学生的实际动手能力和适应社 会需要的能力。
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目
第一章 计算机辅助检测技术概论
1.1 计算机辅助检测的基本概念 1.2 计算机辅助检测技术与系统 1.3 三坐标测量机 1.4 计算机辅助检测技术的应用 1.5 计算机辅助检测技术的发展趋势 1.6 标准球定义与检验 1.7 几何元素构造
录
第二章 三 坐 标 测量软件MWorks-DMIS简介
2.1 MWorks-DMIS 软件的主要功能特性 2.2 MWorks-DMIS 软件的安装与启动 2.3 MWorks-DMIS 软件的用户界面 2.4 软件的环境、视图与窗口
第三章 三坐标测量机测头系统配置
3.1 分步式配置测头系统 3.2 向导式创建测头系统
第四章 三坐标测量机坐标系的建立与变换
4.1 坐标系的建立 4.2 坐标系的旋转、平移、清零与转换 4.3 坐标系的存储、调用与删除
第五章 零件几何特征的测量
5.1 点 线 面测量 5.2 圆 圆柱 圆锥的测量 5.3 球 椭圆的测量 5.4 曲线 曲面的测量 5.6 点云与数模对比测量
第六章 几何特征的构造
6.1 求交
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6.2 平分 6.3 拟合 6.4 投影 6.5 相切到 6.6 相切过 6.7 垂直过 6.8 平行过 6.9 移位
第七章 零件的公差分析
7.1 尺寸公差 7.2 形状公差 7.3 定位公差 7.4 定向公差 7.5 跳动公差 7.6 截面绑定 7.7 数模对比设置
第八章 三坐标测量机的测量文件
8.1 测量文件的存储与调用 8.2 测量文件的编辑与修改 8.3 测量文件的重复执行 8.4 CAD 模型的输入输出
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第一章 计算机辅助检测技术概论
1.1 计算机辅助检测的基本概念
在传统的机械检测领域，游标卡尺、千分尺、螺旋测微仪等工具是手工检测机械零件或装
配件的主要工具。这种检测方式的优点是成本低、检测方便、易学易用，但缺点是检测精度不 高、检测效率低、对于复杂零件的检测无能为力。
自上世纪七十年代以来，计算机辅助工程技术获得了迅猛的发展。在机械工程领域，计算 机辅助工程在设计、加工、分析、检测以及制造过程管理方面都获得了广泛的应用，形成了一系列的新兴学科，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助检测（CAI）、产品数据管理（PDM）等等。 计算机辅助检测是综合利用机电技术、计算机技术、控制及软件技术而发展起来的一项新技术，其特点是测量精度高、测量柔性好、测量效率较高，尤其是对复杂零件的检测，更是传 统测量方法所无法比拟的。
经过近几十年的发展，计算机辅助检测系统已经发生了很大的变化。从测量原理上来看， 计算机辅助检测技术已经由当初的接触式测量扩展到非接触以及复合式测量。测量的设备也由 当初唯一的三坐标测量机扩展到目前的 激光测量仪、影像（视频）测量仪、照相（摄影）测量 仪等检测工艺比较丰富的产品系列。
顾名思义，接触式测量仪就是指测量器具通过与被测工件的表面接触获取物体表面的坐标 信息。接触式测量的典型产品是三坐标测量机。
非接触式测量是指利用工业 CCD 镜头或激光对物体表面进行测量从而获得物体三维坐标 信息的测量工具。目前此类系统主要有激光测量仪、影像（视频）测量仪、照相（摄影）测量 仪等。
复合式测量则是指在同一个测量工具上集成了两种以上的测量方式，如接触式的探针测头 和影像测量或激光测量。
1.2 计算机辅助检测技术与系统
1.2.1 接触式测量系统
接触式测量是指在测量过程中测量工具与被测工件表面直接接触而获得测点位置信息的测 量方法。目前常用的接触测量方法包括：三坐标测量机、关节臂式柔性三坐标测量机等。
不同的接触式测量方法具有不同的测量原理。对于三坐标测量机而言，测量机是由三个带 有光栅尺的坐标轴组成，当测头在测量过程中移动时，附着在光栅尺上的读书头可以读出移动 的光栅格数，由软件将走过的光栅格数根据光栅的分辨率记录并转化为长度值，然后由数据处 理软件进行相应的数学运算，求出被测点的位置以及被测几何元素的参数，如圆的半径、直径 和圆心位置等。图 1-1 给出了工业用三坐标测量机的结构示意图。
对于柔性关节臂三坐标测量机而言，机器的定位采用的是圆光栅，机器的任一关节旋转 时，可以根据球坐标系算出测针当前的空间位置。机器通过数据采集卡将空间位置信息传出， 然后由数据处理软件进行处理。
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