摘 要

三坐标测量机（CMM)是具有通用性强，自动化水平高，精度和效率较高，使用方便等优点的测量仪器，所以在工业发展的工程中得到了广泛的应用。在精密仪器的测量过程中，几何误差占据着重要的位置。所以基于三坐标测量机的在几何误差测量在工业制造过程中更是重要。

本次设计的主要任务是用三坐标测量机对机加零件的几何特征进行测量，获得零件的尺寸及几何误差，并用相关软件进行几何误差的分析和评定，查看零件是否满足误差要求。同时也应用了逆向工程技术，用三维激光扫描仪对零件进行激光扫描，获得点云文件，再用软件将点云进行还原，获得零件实体。通过本次设计，能够对三最表测量机更加的了解，也可以机身对尺寸和几何误差的理解，为今后从事相关工作打下坚实的基础。

关键词：三坐标测量机；几何误差；误差分析；逆向工程

Shape Tolerances Measuring and Analyzing of Machining parts Based on CMM

Abstract

Three-coordinates measuring machine(CMM) is a kind of metrology equipment which has lots of advantages such as high university, high automation, high precision and high efficiency, easy to use, which results in extensive use in industrial development. In the measurement of precision instrument, geometric errors occupy an important position, so the geometric error measurement based on the three-coordinate measuring machine is more important in the industrial manufacturing process.
The main task of this design is to obtain the size and geometric errors of the parts through measuring geometric features of machine parts by CMM, and use related software to analyze and evaluate geometric errors and to judge whether part meet the geometric error. At the same time, we use reverse engineering technology, as is, using 3D laser scanner on parts of the laser scanning, then the point cloud is obtained, afterwards the point cloud is restored, finally the parts are acquired. Through this design, we can more understand CMM and deepen understanding of dimensional and geometric errors, to lay a solid foundation for the future work.

Keywords: Three coordinate measuring machine；form error；error handling；reverse engineering

目录

1 绪论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2三坐标测量机国内外研究 1

1.2.1国内概况 2

1.2.2国外概况 2

1.3三坐标测量机发展趋势 3

1.4研究内容 5

2 三坐标测量机介绍 6

2.1测量机的基本组成 6

2.2测量机主机的几种结构形式 6

2.3活动桥式测量机的基本构成及基本功能 6

2.4测座及测头系统 7

2.5控制系统的主要功能 8

2.6数据处理中心 8

2.7测量机的工作环境 9

3 轴承外圈尺寸及几何误差的测量与分析 10

3.1轴承外圈基本尺寸的手动测量 10

3.1.1测量工具的选择 10

3.1.2零件基本尺寸数据 10

3.1.3建立零件几何模型 11

3.2夹具的选择 11

3.3测量前的准备 12

3.3.1启动系统，进入软件 12

3.3.2测头、测座的选择 12

3.3.3测量角度的选择 14

3.3.4测头校验 14

3.4测量特征 16

3.4.1测量特征分类 16

3.4.2手动测量特征 17

3.5坐标系的建立 21

3.5.1建立坐标系的重要性 21

3.5.2建立坐标系 21

3.6尺寸和形状误差的分析 22

3.6.1距离 22

3.6.2平行度 24

3.6.3圆度 24

3.7轴承外圈特征分析 25

3.8测量程序 27

3.9本章小结 28

4 逆向工程 29

4.1逆向工程简介 29

4.1.1基本信息 29

4.1.2使用设备 29

4.1.3重要作用 30

4.1.4发展前景 31

4.2三维模型重建 31

4.2.1三维激光扫描仪扫描 31

4.2.2应用CATIA软件 32

5 结论与展望 35

5.1结论 35

5.2展望 35

致 谢 37

参考文献 38

附图 39

1 绪论

1.1课题的背景及意义

随着科技水平的不断提高，人们对各类产品功能的要求越来越高，当然对各种零件的精度要求也有所提升。随着生产水平的快速提高和产品需求的急剧增加，单一尺寸的公差已经不能够满足社会各类产品的需求，因此自然要把形状误差和位置公差考虑进去，因为形状误差和位置公差是评价各种机械零件精度的重要技术指标之一，所以把形状公差和位置公差结合起来才是未来发展的必要。三坐标测量机是在60年代末开始发展起来的，其效率是非常高的，精度也很高。它符合生产发展的需要和也能够满足电子技术，计算技术和精密加工技术的发展。目前CMM被广泛地应用于各行各业，如机械、船舶、航空、国防和工业等各个行业。三坐标测量机与传统测量仪器不同。可以减少测量时产生的误差，能够提高测量效率与测量精度，并且具有自动测量功能，这种自动测量功能在大大减轻了测量者的工作量的同时，也能够保证测量产品的质量和精度，满足了设计者的要求和制造过程中的精度需求。

几何误差有两个来源：一是在产品制造过程中产生的，二是在检测过程中产生的。判断加工零件是否符合要求，满足生产过程的需要只有对其测量的数据紧凑型误差分析以后才能确定。所以几何误差的评定是实现零件互换，保证产品质量的一项重要指标。目前，我国很多机械加工企业的几何误差的监测装置并没有太大的改进，落后于国外的一些企业，这个不好的现象对于我国的工业发展起到了严重的制约。所以，能够开发出精确测量几何误差并对其记忆分析的产品对我国未来工业的发展起着十分重要的作用。

1.2三坐标测量机国内外研究

在1959年，第一台三坐标测量机是在英国被创建的。从那时起，三坐标测量机在国内外都得到了广泛的应用。

1.2.1国内概况

我国一些CMM生产单位在引进国外技术的同时，自己也在不断地努力创新，如今已经有了很大的发展。目前,我国年均可生产几百台各种型号的三坐标测量机。