实验三三坐标测量机测量几何误差一、目的与要求1、了解并熟悉手动复合型三坐标测量机的主要结构；2、掌握手动复合型三坐标测量机基本操作方法；3、熟练掌握三种或三种以上形状误差或位置误差的测量方法；4、初步了解手动复合型三坐标测量机影像系统的测量原理。
二、实验仪器设备本实验用仪器及设备包括：手动复合型三坐标测量机、工件三、实验方法及步骤（一）测量的基本原理：1 坐标测量部分仪器的花岗岩工作台用以支撑被测工件，利用工作台上的螺孔及装夹工具，可将工件位置固定。
三轴光栅尺作为侧量基准，在Z轴下端装有触发式探头。
由于X、Y、Z三轴都采用气浮导向，因此可以手持Z轴下端的测头连接座，轻便地移动测头，对工件进行接触测量。
测头触发后，被测工件各测量点的坐标位置被读取，根据这些点的空间坐标值，由坐标测量软件进行处理，可求出被测工件的几何尺寸、形状及位置公差。
本仪器有丰富的测量程序，不需要对工件做精确找准便可进行测量。
由于用户界面直观、友好，因此，没有计算机操作经验的人员，也可迅速掌握仪器的操作。
2影像测量部分被测工件置于工作台上，手持Z轴下端的测头连接座带动影像系统实现快速移动，然后通过旋转X、Y轴微动手轮实现微调，即可对被测工件进行瞄准，此时彩色CCD摄像机通过LED表面光照明后，就可摄取被测工件的影像，最后由M2D专业软件自动进行数据处理，。
注：LED表面光的开关及强弱可根据测量的需要由微动开关控制板右侧的调光旋钮来调节；根据被测工件的尺寸，旋转Z轴微动手轮进行调焦，可以得到清晰的图像，从而实现对被测工件的测量。
（二）手动复合型三坐标测量机的结构现有的三坐标测量机分自动和手动两种。
本实验采用的CMS-685MV是一种手动复合型测量机。
该测量机集光、机、电、算于一体，广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中，它能实现空间坐标点位的测量，可以对箱体、导轨、缸体、机架等零件的尺寸、形状及相互位置进行检测，如图1所示。
图1 仪器整体结构图1. 空气过滤组件2.电磁阀电源开关3.Y轴微动手轮4. 标准球5. 触发式测头6.Y向滑架组7. Z轴导轨8. 微动开关控制板9. X轴导轨10.影像系统11.X向滑架组12.X轴微动手轮13. Z轴微动手轮14.锁紧螺杆15.平台（含Y轴导轨）16.底支架17．计算机主机18. 显示器19. 打印机20.计算机桌图中15所示花岗岩工作台被安装在底支架上，除了在平台左侧有Y轴导轨外，其上表面还有标准球以及用于工件装夹固定的螺孔。
底支架左侧有空气过滤组件，用于测量机气源的清洁干燥；以及用来控制仪器运行的电磁阀电源开关。
X向滑架组及Y向滑架组分别用于X轴及Y轴的测量，Z轴上除了有用于读取数据的触发式探头外，还有一影像系统，可以对工件进行影像测量。
在X、Y、Z向都有一个微动手轮（3、12、13），当结构图上8所示的微动开关控制板选择OFF位置时，利用微动手轮实现微调，即可对被测工件进行数据读取（包括手动触发和影像测量）。
图1右侧17、18、19所示结构，用于测量元素的选取、数据的分析、仪器的运行以及结果的输出等。
（三）基本几何元素以及常见形状公差测量方法1 测量前的准备工作（步骤）：（1）确认该仪器是否按说明书进行了正确的安装；（2）目测仪器的各种保护及防护措施是否就位；（3）打开气源开关，把气压调整至0.8MPa；（4）将电源插头插入符合技术规范要求的电源插座；（5）打开电磁阀电源开关；（6）打开计算机主机开关，打开三坐标测量机测量软件或M2D-AT测量软件；（7）安装被测工件；（8）把标准球安装到工作台上靠后的位置，使它不至于干扰测量；（9）打开打印机电源，送入打印纸，联机。
2 校准测量仪三轴原始位置（归零）点击测量操作区的测量，打开显示器右下角Neptune图标，在弹出的窗口点击“Rehome”归零，然后分别控制X、Y、Z向滑架组，使其到达零点。
到达零点位置时，用于零点位置指示的光电指示装置会发出响声提示，同时界面右下角相应的坐标值会由原来的红色变成淡蓝色，说明该坐标向已经归零。
三个轴向坐标都归零后，打开界面左侧的测量图标。
便可开始进行相应的元素测量。
3 点元素测量点元素需要一个位置参数和一个方向参数。
位置参数是X, Y和Z, 参数以当前坐标系为基准，单位是当前长度单位和角度单位。
方向参数是I, J和K , 参数以当前坐标系为基准。
点元素在一个面上，面在点位置上的理论方向就是这个点的方向。
在点元素测量中使用工作平面是用作探头补偿的。
工作平面在使用"一个触发"和"两个触发"来决定一个点时具有重要意义。
1)一个触发点测量控制仪器在工件上找到要测的点测量获取数据，点必须在工作平面内探测向量必须与某个坐标轴平行。
获得数据后，点击界面下方的确认键完成测量，也可以点击其它的图标进行相应的处理，比如点击“删除”图标删除误差太大的元素。
然后打开元素数据窗口，记录元素数据集测量误差分析结果。
2)二个触发点测量两个触发用来测量那些理论向量与任何坐标轴都不平行的点，测量设置窗口(参看测量设置窗口)中的最少测量点数必须设置为2个。
第一个测量点是来决定探头方向的辅助测量点，第二个测量点是结果测量点。
测量之后打开元素数据窗口，获取相应的元素数据及分析结果并进行记录。
4 边界点测量边界点通常情况下是不可测量的，要创建一个实际的边界点都需要投影到边界点所在的曲面。
在边界点元素测量中使用工作平面是用作探头补偿和投影的，不象点元素测量, 边界点不使用"最近的CRD平面" 选项。
默认情况下当激活边界点测量时, 如果"最近的CRD平面" 是当前选项则它就会不被选择。
用户在整个边界点测量过程中不应该人工的选择这个选项。
如果这样做了, Neptune就不能计算出边界点,因此<完成>按钮也不会被激活。
工作平面窗口接受从元素数据区或直接从图形窗口拖放平面元素。
当一个平面元素被用作工作平面后，平面方向就会被用于投影和探头补偿。
边界点可以通过一个触发,两个触发和三个触发来测量，每个触发与探头补偿和确定边界点向量的关系。
1)一个触发取一个探测点沿探测向量补偿，边界点是探测点到工作平面的投影点。
点击界面上的边界点元素测量图标，然后先获取探测点数据，再进行测量点数据测量，测量完毕后点击界面右下角“确定”按钮。
然后打开元素数据窗口，进行实验数据记录。
2)二个触发选择两个触发点时，补偿向量是工作平面向量和两个探测点连线向量的叉积，这个补偿向量总是与校对向量成小于90度的角，第二个点在生成补偿向量后会投影到工作平面来产生边界点，测量方法与一个触发点相同。
3)三个触发补偿向量是工作平面向量和探测点2和点3连线向量的叉积。
这个补偿向量总是与校对向量成小于90度的角，工作平面的位置由探测点1的位置重新定位。
第一个探测点补偿使用工作平面方向，第三个点在生成补偿向量后会投影到高度做过修改的工作平面来产生边界点。
测量方法可参考一个触发时的情况。
由于边界点元素测量方法比较多，建议选取一种或两种方法进行测量就行，避免记录数据太繁琐。
5 直线度误差的测量直线度公差是单一实际直线所允许的变动全量。
用于控制平面内或空间直线的形状误差，其公差带根据不同的情况有几种不同的形状。
在给定平面内，直线度公差带是距离为公差值t得两平行直线之间的区域；在给定一个方向上，直线度公差带是距离为公差值t得两平行平面之间的区域；在给定两个互相垂直方向上，直线度公差带是正截面尺寸为公差值t1×t2的四棱柱内的区域；在任意方向上，直线度公差带是直径为公差值 t的圆柱面内的区域。
直线是一种二维元素，用三坐标测量机测量时，直线只能位于一个平面，直线所在平面的理论向量即直线理论向量，用作直线的探头补偿。
直线测量中使用工作平面来计算直线理论方向和探头补偿方向。
工作平面窗口接受从元素数据区或直接从图形窗口拖放平面元素，当一个平面元素被用作工作平面后，平面方向就会被用于计算直线理论方向和探头补偿方向。
直线理论方向和工作平面理论方向是垂直的。
直线度测量步骤如下：（1）根据上文2项进行归零后，测量时，先点击测量里面的直线元素测量图标，然后确定工作平面，工作平面可以选择最靠近的CRD平面，也可以点击右侧下拉键选择别的工作平面，视情况而定；还可以选择向量构建的方法来确定探头补偿值。
向量构建是为探头补偿设计的另一种方法。
当在点元素测量时选择向量构建，就会出现一副向量构建指示图，如图2所示：图2 直线元素向量构建示意图向量构建使用3个测量点来计算一个包含测量直线元素的参考平面。
指示图中有3种不同颜色的点。
红点代表当前正在测量的点，绿点代表已经测量过的点，蓝点代表未测量的点。
当3个点都测量完后, 指示图窗口就会消失,通常的误差窗口就会显示。
此时,图形窗口就会在探头位置的附近显示出参考平面。
向量构建会重置直线的理论向量探头补偿。
（2）选取探测点，从第一个测量点到第二个测量点确定了直线的总体方向。
总体方向不是直线方向而是与直线方向成小于90度夹角。
不过，如果理论直线已经定义，总体方向就是理论直线方向；（3）当测量完成后，刚刚测量过的直线元素会添加到元素数据区窗口；（4）打开左下角测量所在图标，选择公差，公差界面如图4所示。
点击公差项里的直线度测量，把刚刚测量得到的直线实际元素，拖入元素窗口，就可在左方获得所测直线的直线度公差，点击接受按钮，可以把测量结果储存在公差数据存储区，也可以在输出窗口打印；（5）打开元素数据窗口，记录所测直线度误差的相关数据。
图4 公差测量界面6 平面度误差测量平面度公差是单一实际平面所允许的变动全量。
平面度公差用于控制平面的形状误差，起公差带是距离为公差值他的两平面之间的区域。
用三坐标测量机测量平面的平面度误差时，坐标测量机的导轨和平板式测量基准。
所测得的数据是工件上个测点相对于基准的绝对偏差，可直接利用这些数据计算出平面度误差值。
具体的测量步骤如下：（1）根据上文2项进行归零后，测量时，先点击测量里面的平面元素测量图标，由于平面是一种三维元素，平面元素测量不使用向量构建，当选择平面元素测量图标后，工作平面选择窗口就会隐藏起来；（2）测量平面元素需要至少有三个探测点，在需要测量的平面选获取至少三个点元素用来进行平面元素计算，计算出的平面理论方向应该与第一个探测点的方向的夹角应该小于90度；（3）测量完成后，刚刚测量过的平面元素会添加到元素数据区窗口；（4）打开左下角测量所在图标，选择公差，点击公差项里的平面度测量，把刚刚测量得到的平面实际元素，拖入元素窗口，就可在左方获得所测平面的平面度公差，点击接受按钮，可以把测量结果储存在公差数据存储区，也可以在输出窗口打印；（5）打开元素数据窗口，记录所测平面度误差的相关数据。