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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