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摘要：本文阐述了三坐标测量技术的测量机理、测量流程，并对公司MCP新产品开发试制过程中遇到的形位公差，进行了典型案例解析，以及对编程技术的应用。
关键词：测量机理；测量流程；案例解析；编程技术
引言
三坐标测量技术最主要的应用就是实现对形位公差的快速、精准测量。如何达到这一目的？就需要对三坐标测量的机理及整个检测流程有所了解，更要对产品的形位公差有一个正确的理解，对测量软件能够熟练应用。
1.三坐标测量机理
三坐标测量机，其控制系统一般采用伺服电机数控系统控制，由花岗岩导轨等构件组成。其主要工作原理就是将被测物体置于三坐标测量空间，通过采集被测物体上的点，得出点的X、Y、Z坐标值，将这些坐标值经过计算机数据处理，拟合形成几何测量要素，如：平面、直线、圆柱、圆锥、球面等。再通过理论位置（或尺寸）与实际位置（或尺寸）的比较得出其形状、位置公差。三坐标测量机一般采用三个直线光栅尺进行测量，当触发测头发出测量信号时，三个坐标的光栅数据被同时锁定，测得点的坐标，即X、Y、Z值，如此，得出工件的实际位置或尺寸。
2.三坐标测量流程
当进行实际测量工件时，为保证测量数据的准确和三坐标测量机能正确使用和维护，应严格按照测量流程进行检测。
（1）分析被测零件图纸，了解测量要求和方法，确定检测方案或调用的程序；
（2）根据测量要素选择测头，校准测头；
（3）将被测零件小心的置于测量平台上，并按策划要求放置、固定；
（4）编制或调用测量程序实施检测，首次运行程序应注意减速运行，发现异常，及时按“紧急停”按钮；
（5）评价测量要素，输出测量结果，保存测量程序；
（6）拆卸零件，清理工作台面，进行必要的保养。
3.典型案例解析
公司MCP新产品开发试制过程中，后桥被动锥齿轮端面齿位置度检测较典型，如图所示：
这是一个不常见且较难理解的端面齿位置度标注示例。每个齿的位置度公差带为两平行平面之间的距离。被测齿中心与框架基准C重合，两齿之间的理论正确角度为45°。每个齿的中间面应限定在间距等于0.1，且对称于理论正确位置的两平行平面之间。该两平行平面对称于由基准轴线C和理论正确尺寸45°所确定的被测面的理论正确位置。依次测量8个齿的位置度。
如何完成这样一个较为复杂的端面齿位置度测量呢？主要对以下几点进行说明：
（1）正確建立坐标系。对于任何一个工件的检测，正确建立坐标系是非常重要的。因为它直接影响之后的所有被测尺寸的测量结果。坐标圆点应按位置度标注要求选定，很显然应将C基准，即Φ的中心作为坐标圆点O；Z坐标方向应由端面齿底平面来确定； X坐标方向应由两个相对端面齿的中心来确定，即由A、B两点确定。尽可能选择被测要素的中间点，这两个中间点应是分别在齿两侧中间位置采点后构造中点得出。X坐标的选择对测量结果影响较大，应慎重考虑。
（2）采集测量点构造测量要素。由于该端面齿较浅且理论上垂直齿底平面，因此可忽略高度方向的倾斜误差，以端面齿底平面为工作平面进行二维数据采集。测量其中一端面齿两侧面，得出点1、点2、点3、点4，分别构造1和2的中点，3和4的中点。依次类推，每个端面齿都构造出内外两个中点，代表端面齿的实际位置。这样总共测得32个点，构造出16个点，以供后续评价计算使用。
（3）计算测量结果。利用极坐标法计算位置度，输入极角理论值45°，极径理论值与实际值相同即可。因为齿的结构不同于孔，在径向位置是不需要控制的，只需控制其周向位置。依次算出16个点与理论正确位置的偏离值，再将每个偏离值乘以2，即为16个点的位置度，也就是8个齿的位置度。
（4）分析测量结果。为什么构造这么多点？主要是考虑端面齿齿长方向的误差，如果只采集齿的内、外或中间点，则不能代表整个齿的特性，易导致测量结果与实际不符，影响装配质量。如果这些代表端面齿的点都包含于限定间距0.1范围内，则端面齿的位置度即为合格；如果某个齿有一个点超出范围，或两个点均超出范围且位于理论正确位置两侧，说明该齿至少在角度方面不合格，需要调整角度或旋转坐标系重新评价；如果均超出范围且在同一侧，说明该齿中心偏离基准中心C，需要对工装进行调整。
4.三坐标编程技术应用
在编制端面齿位置度测量程序时，考虑到重复测量的需要，特编制了自动测量程序。有几点编程技巧供大家参考。
（1）先粗建坐标系，再精建坐标系完成测量程序的编制。粗建坐标系一般采点较少，且较易采集。每次测量时，只需手动完成粗建坐标系的采点，然后自动运行程序即可。能够提高重复测量时的检测效率，降低测量人员的劳动强度。
（2）在本案例中编程采点时，可利用阵列的方法，完成其中一个端面齿的采点后，以基准C为中心，通过偏转角度、复制，脱机完成其余端面齿的采点程序，然后按照编好的程序自动运行其它端面齿的采点即可。能够大副度降低测量人员的劳动强度，节省测量时间，提高测量的准确性。
（3）在计算位置度的时候，可适当旋转坐标系，找到最佳基准，减少周向累积误差，使所有端面齿误差的最大值为最小。事实证明此方法能够减少不良品率，提高技术经济效益。
5.结束语
本文给大家阐述了三坐标测量技术的实战应用理论、方法及形位公差分析。随着三坐标测量机的广泛应用，越来越多的人投入到三坐标测量中来，希望能给大家提供借鉴，更希望通过不断地交流与探讨，让三坐标测量技术的应用水平有更大提高。
参考文献：
[1]邢建中.PC-DMIS形位公差典型案列解析.海克斯康三坐标论坛2013年度
关键词：测量机理；测量流程；案例解析；编程技术
引言
三坐标测量技术最主要的应用就是实现对形位公差的快速、精准测量。如何达到这一目的？就需要对三坐标测量的机理及整个检测流程有所了解，更要对产品的形位公差有一个正确的理解，对测量软件能够熟练应用。
1.三坐标测量机理
三坐标测量机，其控制系统一般采用伺服电机数控系统控制，由花岗岩导轨等构件组成。其主要工作原理就是将被测物体置于三坐标测量空间，通过采集被测物体上的点，得出点的X、Y、Z坐标值，将这些坐标值经过计算机数据处理，拟合形成几何测量要素，如：平面、直线、圆柱、圆锥、球面等。再通过理论位置（或尺寸）与实际位置（或尺寸）的比较得出其形状、位置公差。三坐标测量机一般采用三个直线光栅尺进行测量，当触发测头发出测量信号时，三个坐标的光栅数据被同时锁定，测得点的坐标，即X、Y、Z值，如此，得出工件的实际位置或尺寸。
2.三坐标测量流程
当进行实际测量工件时，为保证测量数据的准确和三坐标测量机能正确使用和维护，应严格按照测量流程进行检测。
（1）分析被测零件图纸，了解测量要求和方法，确定检测方案或调用的程序；
（2）根据测量要素选择测头，校准测头；
（3）将被测零件小心的置于测量平台上，并按策划要求放置、固定；
（4）编制或调用测量程序实施检测，首次运行程序应注意减速运行，发现异常，及时按“紧急停”按钮；
（5）评价测量要素，输出测量结果，保存测量程序；
（6）拆卸零件，清理工作台面，进行必要的保养。
3.典型案例解析
公司MCP新产品开发试制过程中，后桥被动锥齿轮端面齿位置度检测较典型，如图所示：
这是一个不常见且较难理解的端面齿位置度标注示例。每个齿的位置度公差带为两平行平面之间的距离。被测齿中心与框架基准C重合，两齿之间的理论正确角度为45°。每个齿的中间面应限定在间距等于0.1，且对称于理论正确位置的两平行平面之间。该两平行平面对称于由基准轴线C和理论正确尺寸45°所确定的被测面的理论正确位置。依次测量8个齿的位置度。
如何完成这样一个较为复杂的端面齿位置度测量呢？主要对以下几点进行说明：
（1）正確建立坐标系。对于任何一个工件的检测，正确建立坐标系是非常重要的。因为它直接影响之后的所有被测尺寸的测量结果。坐标圆点应按位置度标注要求选定，很显然应将C基准，即Φ的中心作为坐标圆点O；Z坐标方向应由端面齿底平面来确定； X坐标方向应由两个相对端面齿的中心来确定，即由A、B两点确定。尽可能选择被测要素的中间点，这两个中间点应是分别在齿两侧中间位置采点后构造中点得出。X坐标的选择对测量结果影响较大，应慎重考虑。
（2）采集测量点构造测量要素。由于该端面齿较浅且理论上垂直齿底平面，因此可忽略高度方向的倾斜误差，以端面齿底平面为工作平面进行二维数据采集。测量其中一端面齿两侧面，得出点1、点2、点3、点4，分别构造1和2的中点，3和4的中点。依次类推，每个端面齿都构造出内外两个中点，代表端面齿的实际位置。这样总共测得32个点，构造出16个点，以供后续评价计算使用。
（3）计算测量结果。利用极坐标法计算位置度，输入极角理论值45°，极径理论值与实际值相同即可。因为齿的结构不同于孔，在径向位置是不需要控制的，只需控制其周向位置。依次算出16个点与理论正确位置的偏离值，再将每个偏离值乘以2，即为16个点的位置度，也就是8个齿的位置度。
（4）分析测量结果。为什么构造这么多点？主要是考虑端面齿齿长方向的误差，如果只采集齿的内、外或中间点，则不能代表整个齿的特性，易导致测量结果与实际不符，影响装配质量。如果这些代表端面齿的点都包含于限定间距0.1范围内，则端面齿的位置度即为合格；如果某个齿有一个点超出范围，或两个点均超出范围且位于理论正确位置两侧，说明该齿至少在角度方面不合格，需要调整角度或旋转坐标系重新评价；如果均超出范围且在同一侧，说明该齿中心偏离基准中心C，需要对工装进行调整。
4.三坐标编程技术应用
在编制端面齿位置度测量程序时，考虑到重复测量的需要，特编制了自动测量程序。有几点编程技巧供大家参考。
（1）先粗建坐标系，再精建坐标系完成测量程序的编制。粗建坐标系一般采点较少，且较易采集。每次测量时，只需手动完成粗建坐标系的采点，然后自动运行程序即可。能够提高重复测量时的检测效率，降低测量人员的劳动强度。
（2）在本案例中编程采点时，可利用阵列的方法，完成其中一个端面齿的采点后，以基准C为中心，通过偏转角度、复制，脱机完成其余端面齿的采点程序，然后按照编好的程序自动运行其它端面齿的采点即可。能够大副度降低测量人员的劳动强度，节省测量时间，提高测量的准确性。
（3）在计算位置度的时候，可适当旋转坐标系，找到最佳基准，减少周向累积误差，使所有端面齿误差的最大值为最小。事实证明此方法能够减少不良品率，提高技术经济效益。
5.结束语
本文给大家阐述了三坐标测量技术的实战应用理论、方法及形位公差分析。随着三坐标测量机的广泛应用，越来越多的人投入到三坐标测量中来，希望能给大家提供借鉴，更希望通过不断地交流与探讨，让三坐标测量技术的应用水平有更大提高。
参考文献：
[1]邢建中.PC-DMIS形位公差典型案列解析.海克斯康三坐标论坛2013年度