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目录 1

第1章 概论 1

1.1 三维测量的需求与意义 1

1.2 三维测量技术的演变 3

1.3 三坐标测量机的组成 6

1.3.1 主机 7

1.3.2 三维测头 9

1.3.3 电气系统 9

1.4 坐标测量机的类型 9

1.4.1 按自动化程度分类 9

1.4.2 按结构形式与运动关系分类 12

1.4.3 按测量机的测量范围分类 13

1.4.4 按测量精度分类 13

1.5.1 合理的测量精度 14

1.5 坐标测量机的选用与经济效益 14

1.5.2 合乎要求的测量范围 15

1.5.3 合适的测量机类型 16

1.5.4 丰富的测量软件 16

1.5.5 符合要求的测量效率 16

1.5.6 功能齐全的测量头 16

1.5.7 满意的经济效益 17

第2章 坐标测量机的主机 18

2.1 坐标测量机的框架结构 18

2.1.1 坐标测量机的结构形式 18

2.1.2 坐标测量机的结构材料 27

2.2 标尺系统 30

2.2.1 机械式测量系统 31

2.2.2 光学式测量系统 32

2.2.3 电气式测量系统 42

2.3 导轨 46

2.3.2 滚动导轨 47

2.3.1 滑动摩擦导轨 47

2.3.3 气浮导轨 50

2.3.4 导轨设计中应注意的问题 54

2.4 驱动机构 57

2.4.1 丝杠传动 57

2.4.2 齿轮齿条传动 59

2.4.3 钢带传动 62

2.4.4 齿形带传动 62

2.4.5 摩擦轮传动 63

2.4.6 气压传动 64

2.4.7 直线步进电机 66

2.4.8 驱动系统中的电机 68

2.5 平衡部件 71

2.5.1 重锤平衡机构 71

2.5.2 弹簧平衡机构 72

2.5.3 气压平衡机构 73

2.5.4 用传动机构实现平衡 75

2.6 附件 76

2.6.1 转台 76

2.6.2 装卡与送料附件 78

2.6.3 标定及性能检测附件 80

第3章 三坐标测头 82

3.1 测头的功用与类型 82

3.2 硬测头 84

3.2.1 球形测头 84

3.2.2 圆锥测头 84

3.2.3 其它形式测头 86

3.3 电气测头 89

3.3.1 开关式电气测头 89

3.3.2 模拟式电气测头 97

3.4 光学测头 112

3.4.1 三角法测头 113

3.4.2 激光聚焦测头 118

3.4.3 光纤式测头 120

3.4.4 视像测头 122

3.4.5 形貌测头 126

3.4.6 接触式光栅测头 128

3.5 测头附件 129

3.5.1 测端与探针 130

3.5.2 连接器 132

3.5.3 回转附件 133

3.5.4 自动更换测头系统 136

4.1.1 手动型与机动型控制系统 138

第4章 控制系统 138

4.1 控制系统的结构 138

4.1.2 CNC型控制系统 140

4.2 空间坐标测量控制 147

4.3 测头系统及其控制 153

4.3.1 触发式测头 153

4.3.2 模拟式测头 156

4.4.1 单轴伺服控制 159

4.4 测量进给控制 159

4.4.2 测量轨迹的形成 161

4.4.3 空间轮廓曲线自动扫描控制 165

4.5 控制系统的通信 167

4.6 坐标测量机的安全保障系统 170

4.6.1 精度保障 171

4.6.2 安全保障 172

4.7 控制系统的软件 175

4.7.1 控制系统的低层程序控制 175

4.7.2 主计算机对控制系统的编程 178

第5章 三坐标测量机软件 182

5.1 概述 182

5.2 探针校正 185

5.2.1 探针校正的意义 185

5.2.2 探针校正的模型 186

5.3.2 坐标系的类型 188

5.3 坐标系和坐标变换 188

5.3.1 坐标系的功用 188

5.3.3 坐标变换公式 189

5.3.4 坐标系的建立 193

5.4 探测模式 195

5.4.1 点位探测模式 195

5.4.2 连续扫描模式 201

5.4.3 自定中心探测模式 203

5.5 编程模式 204

5.5.1 联机编程 204

5.5.2 脱机编程 204

5.5.3 自动编程 205

5.6 测量路径 206

5.6.1 测量路径的几种生成方法 206

5.6.2 设计测量路径的基本原则 208

5.6.3 外圆避障点的自动生成法则 209

5.7.1 基本原理 212

5.7 基本几何要素的数据处理 212

5.7.2 直线的拟合 214

5.7.3 平面的拟合 215

5.7.4 圆的拟合 217

5.7.5 球体的拟合 219

5.8 几何要素之间的相互关系 222

5.8.1 距离 222

5.8.2 角度 222

5.8.3 对称 224

5.8.4 相交 225

5.9 形状与位置误差测量软件 226

5.10 专用测量软件 231

5.10.1 齿轮测量软件 231

5.10.2 螺纹测量软件 232

5.10.3 凸轮、凸轮轴测量软件 233

5.10.4 曲线与曲面测量软件 236

5.11 附加功能软件 238

5.11.1 附件驱动软件 238

5.11.2 统计分析软件 239

5.11.3 输出软件 242

5.11.4 误差检测与误差补偿软件 243

5.12联网技术 243

第6章 坐标测量机的应用 248

6.1 产品检验与坐标测量机 248

6.2 坐标测量机检验的方案 251

6.3 坐标测量机的测量示例 255

6.3.1 简单的几何参数测量 255

6.3.2 形位误差的测量 257

6.3.3 齿轮测量 259

6.3.4 石油锥螺纹的测量 264

6.3.5 曲面测量 267

6.3.6 坐标测量机在生产系统中的应用 275

第七章 非正交系坐标测量系统 280

7.1 双关节式坐标测量机 281

7.1.1 工作原理 282

7.1.2 关节式测量机的误差 284

7.1.3 计算机与软件 290

7.2 球坐标测量系统 292

7.2.1 激光跟踪干涉系统 293

7.2.2 激光雷达跟踪系统 295

7.2.3 红外测距系统 297

7.3 基于三角法的坐标测量系统 297

7.3.1 经纬仪测量系统 298

7.3.2 摄像测量系统 304

7.4 基于距离测量的坐标测量系统 307

7.4.1 多路激光跟踪空间定位系统 308

7.4.2 多杆式与超声式坐标测量机 310

第8章 三坐标测量机的测量不确定度 312

8.1 机构误差 313

8.1.1 直线运动部件误差 314

8.1.2 回转运动部件误差 321

8.2 力变形误差 322

8.2.1 简单力变形误差 323

8.2.2 复杂力变形误差 324

8.2.3 负载变化引起的力变形误差 326

8.2.4 被测工件的力变形 327

8.3 热变形误差 328

8.3.1 热变形误差产生原因 328

8.3.2 简单热变形误差 330

8.3.3 复杂热变形误差 334

8.4 探测误差 336

8.4.1 瞄准误差 336

8.4.2 测端等效直径的影响 338

8.4.3 各向异性 340

8.4.4 摩擦引起的误差 343

8.4.5 示值误差 344

8.4.6 附件误差 344

8.5 动态误差 346

8.5.1 动变形与位移误差 346

8.5.2 动态探测误差 349

8.6 三坐标测量机的数学模型 354

8.6.1 准刚体模型 354

8.6.2 测量机类型对数学模型的影响 360

8.6.3 各种误差对数学模型的影响 364

8.6.4 分度转台的数学模型 366

8.6.5 非准刚体条件下的数学模型 368

8.7 软件误差与采样策略 369

8.7.1 被测参数的测量不确定度 369

8.7.2 软件误差 372

8.7.3 采样策略 374

8.8.1 测量不确定度 390

8.8 测量不确定度与虚拟测量机 390

8.8.2 虚拟三坐标测量机 392

第9章 环境条件 394

9.1 温度 394

9.2 大气压 397

9.3 湿度 397

9.4 尘土与污物 398

9.5 振动 398

9.6 电力供应 400

9.7 压缩空气供应 400

9.8 环境控制 401

9.8.1 温度控制柜 401

9.8.2 恒温实验室 401

第10章 三坐标测量机的误差检定 405

10.1 单项几何误差的测量 405

10.1.1 定位误差的测量 405

10.1.2 直线度运动误差的测量 410

10.1.3 角运动误差的测量 420

10.1.4 垂直度的测量 425

10.2 测头及附件误差的检测 429

10.2.1 测头误差的检测 429

10.2.2 测头附件误差的检测 433

10.2.3 分度台误差的测量 434

10.3 热、力变形及动态误差的检测 437

10.3.1 热变形误差的检测 437

10.3.2 力变形误差的检测 442

10.3.3 动态误差的检测 444

10.4 三坐标测量机误差的综合检测 447

10.4.1 目的与要求 447

10.4.2 测量机性能综合评定方法 448

10.4.3 以数学模型为基础的综合检定方法 457

11.1.1 意义 477

11.1 误差补偿的意义与类型 477

第11章 三坐标测量机的误差补偿 477

11.1.2 类型 478

11.2 三坐标测量机误差补偿的关键技术 482

11.2.1 模型的建立 482

11.2.2 误差的检测 486

11.2.3 补偿软件和机构 491

11.3 误差补偿技术在测量机中的应用 496

11.3.1 误差补偿技术的应用条件 496

11.3.2 误差补偿效果及其检验 497

11.4 坐标测量机误差补偿研究动向 501

11.4.1 快速检测方法与检具的研究 501

11.4.2 进一步提高误差检测与补偿精度 502

11.4.3 动态误差的补偿 502

11.4.5 提高软件与硬件补偿速度 503

11.4.6 复杂热变形的补偿 503

11.4.4 弱刚度三坐标测量机的误差补偿 503

11.4.7 测头与附件误差的补偿 505

11.4.8 非正交坐标系测量机的误差补偿 506

11.4.9 误差补偿机构的研究 506

11.4.10 误差补偿日益成为一种新的设计思想 506

第12章 三坐标测量机的发展趋势 507

12.1 提高测量精度 507

12.2 提高测量效率 509

12.3 发展探测技术，完善测量机配置 511

12.4 采用新材料，运用新技术 512

12.5 发展软件技术，发展智能测量机 513

12.6 控制系统更开放 517

12.7 进入制造系统，成为制造系统组成部分 518

12.8 发展非正交坐标系测量系统 518

12.9 加强环境问题的研究 519

12.10 加强量值传递、误差检定与补偿的研究 521

参考文献 524