搜索
三坐标测量中基准体系的建立
访问:435 次 时间:2022-02-18

问:三坐标测量中基准体系的建立?


答:

基准体系中的各个基准在公差代号框格中按顺序排列:左起第三格中字母所表示的是“第一基准”,第四格为“第二基准”,第五格为“第三基准”。第二基准的拟合要索以第一基准为基准,即受到第一基准的约束。第三基准的拟合要素以由第一、第二基准构成的体系为基准,即受到第一和第二基准的约束。事实上基准的建立也是一个拟合过程,其拟合目标就是它的理论模型。


下图表示了一个典型的“三基面体系”基准体系案例。图样右上方为标有完整基准体系的位置度公差。按图样要求,须构建对工件误差评定的基准体系(A/B/C基准)。

这里参照传统检测的定位模式对其进行解读,其中第一基准A将工件约束在A面的(法矢、乙轴)方向上,同时也约束了其在Z轴方向上的移动、绕X轴与Y轴的转动.一共约束了3个自由度;第二基准B约束了工件绕2轴的转动以及沿Y轴方向上的移动,一共约束了2个自由度;第三基准C约束了工件沿 轴移动,即约束了最后一个自由度。


下面描述该评定基准在几何坐标测量中的建立过程,即工件在基准体系中的虚拟定位过程:

1)将工件置于坐标测量系统的测量空间中,测量第一基准A定义的工件A面上若干点(>3点),通过平面的拟合操作,得到第一基准的基准要素(A面)在当前测量坐标系下的法向矢量方向和空间位置。


2)通过基准体系空间方向设置(一般使用测量软件)功能,将A面的法向矢量方向设为空间基准轴Z轴,并将A面设为Z轴的零点,即XY平面(此时工件在测量空间中并不移动,只是虚拟的基准体系做空间旋转变换,即XY平面从原有位置转到所设置位置)。此时即约束了工件在虚拟坐标系下绕 轴(方向()和绕Y轴(方向b)的转动(即确定工件的空间基准方向),并约束工件在Z轴方向的移动,共约束了工件在空间的3个自由度。


3)在第二基准B定义的工件B面进行若干点的测量,将其投影到A基准平面上并进行直线拟合;并在A基准下将其设置为基准体系中的 轴,即丫轴的零点(此时工件在测量空间中并不移动,只是虚拟的基准体系做以A基准方向为轴的平面旋转变换,即将原X轴根据第二基准要求旋转并移动到B线上),它将在虚拟坐标系下约束工件绕Z轴(方向c)的转动(即确定工件的平面基准方向)。同时也约束了工件沿Y轴方向的移动。即总共约束了工件在空间的2个自由度。


4)在确定A、B基准面的方向与位置后,第三基准C的方向是自然确定(根据三基面的右手法则),此时工件还有一个自由度没有约束,即工件仍可在 轴方向上移动。在第三基准C定义的工件C面上测量若干点并投影到A基准面,然后以B基准为约束拟合C线,即拟合出来的C线必须垂直于B线,并通过测量软件操作,将C线设置为X轴的零点(此时工件在测量空间中并不移动,只是虚拟的基准体系作平面移动变换),这个操作将约束工件沿 轴的移动,即工件在空间的最后一个自由度。


从上面的操作流程中我们可以看到,B面的测量数据被投影到A面上,实际上就是确保了拟合出来的B是垂直于A面的,准确的说法就是B基准的拟合在A基准的约束下。


同样道理,在C基准拟合时,C面的测量数据被投影到A面上,即(基准的拟合是在A基准的约束下进行。同时,由于C和B的理论模型是相互垂直的,所以此时的C基准确定实际上是确定X轴的零点。在拟合C基准时,其还受到B基准的约束,即拟合得到的c线一定是垂直于B基准。


在上述评定基准的构建过程,可以看到其与机械加工和传统测量中工件的六点定位原理相似。只是加工和传统测量中工件定位的基准是工装或台面,定位时工件外贴合在基准(面)上。而坐标测量中的基准/基准体系构建则是虚拟的,即工件不动,通过相关基准体系的空间转换(通过数字方法的坐标变换),将工件定位在基准体系中,或者更形象地说是基准体系贴合(拟合)到工件上去。这是一种数学定位找准的方法。


此外,评定基准/测量坐标系也可以通过平移、转动等操作,从其他评定基准/测量坐标系中来构建生成。