坐标测量尺寸误差评价与报告输出

任务导入

在学习坐标测量之前，我们必须掌握几何公差的项目和符号及各项的含义，这样在三坐标测量中才能更好地掌握几何公差在测量中的评价，并在零件测量完成后将报告输出。

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1.几何公差项目和符号

几何公差（又称形位公差）项目和符号如表3-3-1所示。一般将几何公差项目分为4种类型：形状公差、方向公差、位置公差和跳动公差。其中形状公差项目有6 个，由于它是对单一要素提出的要求，所以无基准要求；方向公差项目有5 个，由于它是对关联要素提出的要求，所以有基准要求；位置公差项目有6 个，由于它是对关联要素提出的要求，所以大多数情况下有基准要求；跳动公差项目有2 个，有基准要求。

表3-3-1　几何公差项目和符号

续表

2.几何公差带

几何公差对被测要素的限制可以用几何公差带来直观、形象地表示。几何公差带的形状和大小，就是限制被测要素变动的区域。被测要素如果全部位于给定的公差带内，就表示被测要素符合设计要求，是合格的，反之为不合格。几何公差带有形状、大小、方向和位置4 个要素。

1）几何公差带的形状

几何公差带的形状取决于被测要素的特征和设计要求，一般将常用的几何公差带形状归纳成11 种，如图3-3-10所示，其可分为以下4 种类型：

（1）两等距线之间的区域类：两平行直线间，如图3-3-10（a）所示；两任意等距曲线间，如图3-3-10（b）所示；两同心圆间，如图3-3-10（f）所示。

（2）两等距面之间的区域类：两平行平面间，如图3-3-10（c）所示；两任意等距曲面间，如图3-3-10（d）所示；两同轴圆柱面间，如图3-3-10（i）所示。

图3-3-10　常用几何公差带形状

（3）一个回转体内的区域类：一个圆柱内，如图3-3-10（e）所示；一个圆周内，如图3-3-10（g）所示；一个球内，如图3-3-10（h）所示。

（4）一段回转体表面的区域类：一小段圆柱表面，如图3-3-10（j）所示；一小段圆锥表面，如图3-3-10（k）所示。

几何公差带必须包容实际被测要素，而且若无特殊要求，实际被测要素在几何公差带内可以具有任何形状。一般来说，几何公差带适用于整个被测要素。

2）几何公差带的大小

几何公差带的大小一般是指几何公差带的宽度或直径，取决于图样上给定的几何公差值。当几何公差带为圆形或圆柱形时，应在公差值前加注符号ϕ；当几何公差带为球形时，应在公差值前加注符号Sϕ。

3）几何公差带的方向

几何公差带的方向是指与几何公差带延伸方向相垂直的方向，宽度方向通常为被测要素的法线方向，如图3-3-11（a）所示，平面度公差带方向为垂直于被测平面的方向；而图3-3-11（b）所示的垂直度的公差带方向为与基准平面平行的方向。

图3-3-11　几何公差带方向

4）几何公差带的位置

几何公差带的位置可以分为以下两种：

（1）位置浮动公差带：对于形状公差（不包括与基准有确定关系的轮廓度公差），其方向是随实际被测要素浮动的。

（2）位置固定公差带：对于方向公差、位置公差和跳动公差，其几何公差带的位置相对于基准要素是完全确定的（个别无基准除外），其方向应与基准平面保持给定的几何关系，是固定的。

3.最小包容区域、理论正确尺寸与基准

1）最小条件和最小包容区域

（1）最小条件是指实际被测要素对其理想要素的最大变动量应为最小。在图3-3-12中，粗实线相对于理想直线的最大变动量中f1 最小，即A1B1 是满足最小条件的理想要素。

图3-3-12　平面内实际线对理想直线变动量的最小条件

（2）最小包容区域是指包容实际被测要素并且有最小宽度或直径的区域，即实际被测要素满足最小条件的包容区域。

对于有方向公差要求的被测要素的最小包容区域，其构成要素与基准平面应保持给定的方向要求，如图3-3-13所示。

图3-3-13　方向公差的被测要素的最小包容区域

在图3-3-13（a）中，实际被测要素S 的最小包容区域U 相对基准A 平行，其平行度误差为fU ；在图3-3-13（b）中，实际被测要素S 的最小包容区域U 相对基准A 垂直，其垂直度误差为fU ；在图3-3-13（c）中，实际被测要素S 的最小包容区域U 相对基准A夹角，其倾斜度误差为fU 。

对于有位置公差要求的被测要素的最小包容区域，其构成要素与基准除了保持图样上给定的方向要求外，还应保持由理论正确尺寸确定的理想位置要求。

最小包容区域与几何公差带都具有大小、形状、方向和位置4 个要素，但二者是有区别的。最小包容区域与几何公差带的形状、方向和位置是一致的，但大小不同。几何公差带的大小是设计时根据零件的功能和互换性要求确定的，属于“公差”问题；而最小包容区域的大小是由实际被测要素的实际状态决定的，属于“误差”问题。几何精度符合要求是指几何误差不超过几何公差，或最小包容区域的大小不超过几何公差带的大小。

2）理论正确尺寸及几何框图

（1）理论正确尺寸（TED）是用来确定被测要素的理想形状和方位的尺寸，不附带公差。理论正确尺寸是在公称尺寸上围以框格，如图3-3-14（a）所示。

（2）几何框图是用理论正确尺寸确定的一组理想要素之间，或者一组理想要素和基准之间，具有正确几何关系的图形。在几何框图中，由理论正确尺寸定位之处，即为几何公差带的中心，如图3-3-14（b）、（c）所示。

图3-3-14　理论正确尺寸和几何框图

（a）六孔组的图样标注；（b）六孔组的几何框图；（c）六孔组的位置公差带

3）基准

在设计时，图样上标注的基准通常有以下三种。

（1）单一基准是指由一个平面或一条直线（或轴线）作为基准，如图3-3-15（a）所示。

（2）公共基准是指由两个平面或两条直线（或两条轴线）组合成一个公共平面或一条公共直线（或公共轴线）作为基准，如图3-3-15（b）所示。

（3）三基面体系[如图3-3-15（c）所示]由三个互相垂直的基准平面组成的基准体系，它的三个平面是确定和测量零件上各要素几何关系的起点。在建立三基面体系时，基准有顺序之分。首先，选定的基准称为第一基准平面，它应有三点与第一基准要素接触；其次，为第二基准平面，它应有两点与第二基准要素接触；最后，为第三基准平面，它应有一点与第三基准要素接触。

图3-3-15　基准的各类与表达

（a）单一基准；（b）公共基准；（c）三基面体系

4.三坐标测量尺寸误差评价

三坐标测量尺寸误差评价包含位置、距离、夹角和形位公差等。

1）尺寸评价——位置

单击“插入”→“尺寸”，在“尺寸”子菜单中出现所有形位公差的特征符号，如图3-3-16所示；也可以在快捷窗口中右击，选中“尺寸”命令打开尺寸评价快捷窗口，如图3-3-17所示。

图3-3-16　“尺寸”子菜单

图3-3-17　尺寸评价快捷窗口

尺寸评价中位置评价的步骤如下。

（1）在尺寸评价快捷窗口中，选中位置图标，打开“特征位置”对话框，如图3-3-18所示。

图3-3-18　选中位置图标

（2）在“特征位置”对话框中选择被评价特征，如图3-3-19所示。

（3）选择评价类型。

（4）单击“创建”按钮。

图3-3-19　“特征位置”对话框

（5）创建完毕后程序窗口中将生成程序，按图纸标注在程序窗口中修改公差“+/- 0.2”，如图3-2-30所示。

图3-3-20　程序窗口中生成的程序

（6）刷新报告窗口，生成评价报告，如图3-3-21所示。

图3-3-21　评价报告

（7）所有评价创建完毕后，即可打印评价报告，选择“文件”→“打印”→“报告窗口打印设置”，在“输出配置”对话框中设置好评价报告的输出路径，如图3-3-22所示。

图3-3-22　打印评价报告

（a）“打印”子菜单；（b）“输出配置”对话框

2）尺寸评价——距离

以尺寸长度为61 的工件为例，其尺寸长度测量如图3-3-23所示。

图3-3-23　尺寸长度测量

在快捷窗口中右击，选中“尺寸”命令打开尺寸评价快捷窗口，选中距离图标，打开“距离”对话框，如图3-3-24所示。

图3-3-24　选中距离图标

（1）距离评价的具体步骤如下。

①工作平面改为“Z 正”，打开“距离”对话框。

②在“距离”对话框中选择“圆1”“圆2”。

③“距离类型”选择“2 维”，“关系”选择“按X 轴”，“方向”选择“平行于”，同时输入上下公差以及标称值，“距离”对话框如图3-3-25所示；

④单击“创建”按钮。

图3-3-25　“距离”对话框

⑤创建完毕后，程序窗口将生成程序，如图3-3-26所示。

图3-3-26　程序窗口中生成的程序

（2）距离评价时需要注意以下几点事项。

①“2 维”和“3 维”距离类型的尺寸将按照相关特征来处理：

通常将圆、球体、点都当作点来处理，将槽、柱体、锥体、直线当作直线来处理，平面仍然当作平面来处理，有时也当作点来处理，如求两个平面的距离，实际上求的是第一个平面的特征点到第二个平面的垂直距离。

②其他两元素的最短距离的判定如下。

a.如果两个元素都是点（如以上定义），PC-DMIS 将提供点之间的最短距离。

b.如果一个元素是直线（如以上定义）而另一个元素是点，PC-DMIS 将提供直线（或中心线）和点之间的最短距离。

c.如果两个元素都是直线，PC-DMIS 将提供第一条直线的质心到第二条直线的最短距离。

d.如果一个元素是平面而另一个元素是直线，PC-DMIS 将提供直线特征点和平面之间的最短距离。

e.如果一个元素是平面而另一个元素是点，PC-DMIS 将提供点和平面之间的最短距离。

f.如果两个元素都是平面，PC-DMIS 将提供第一个平面的特征点到第二个平面的最短距离。

③“距离”对话框“关系”选项组中的复选框用于指定在两个特征之间测量的距离是垂直于或平行于特定轴，还是第二个或者第三个所选特征。(www.xing528.com)

例如，如果在“距离”对话框左侧的列表中选择两个特征，则PC-DMIS 计算的是特征1 和特征2 之间的平行或垂直的关系，基准为特征2；如果在“距离”对话框左侧的列表中选择了三个特征，则PC-DMIS 计算的是特征1 和特征2 之间的平行于或垂直于特征3的关系，基准为特征2。

④当测量两个特征之间的距离时，可以使用“方向”选项组来确定测量距离的方式。

测量第一个元素特征平行或垂直于第二个元素特征的距离。

测量第一个元素特征和第二个元素特征之间平行或垂直于特定轴的距离。

测量距离条件：根据图纸上的要求来选择两个测量元素是垂直于或平行于。

⑤在“圆”选项组中，可以使用“加半径”和“减半径”选项来指示PC-DMIS 在测得的总距离中加或减测定特征的半径。所加或减的数量始终是在计算距离的相同矢量上。一次只能使用一个选项。如果使用“无半径”选项，则不会将特征的半径应用到所测量的距离中。

3）尺寸评价——夹角

尺寸评价夹角以图3-3-27 为例。

图3-3-27　尺寸评价——夹角

（1）具体的夹角评价步骤如下。

①工作平面改为“Z 正”，先构造二维直线：直线1 和直线2。

②打开“角度”对话框，在“角度”对话框中选择“直线1”和“直线2”。

③“角度类型”选择“2 维”，“关系”选择“按X 轴”，输入上、下公差以及标称值，如图3-3-28所示。

图3-3-28　“角度”对话框

④最后，单击“创建”按钮。

⑤创建完毕后，程序窗口中将生成程序，如图3-3-29所示。

图3-3-29　程序窗口中生成的程序

（2）“角度”对话框中内容介绍。

①“公差”选项组中包含“上公差”“下公差”和“标称值”。“上公差”是指用户设定评价元素的上公差；“下公差”是指用户设定评价元素的下公差；“标称值”是指输入所要评价元素的理论夹角。

②“角类类型”选择“2 维”或“3 维”。“2 维”是计算了两元素的夹角后投影到当前工作平面上；“3 维”是用来计算两个元素在三维空间的夹角，若只选一个元素，那么夹角就是此元素与工作平面间的夹角。

③“关系”是用来确定所评价夹角是元素和元素（按特征）的夹角还是元素和某一坐标轴间的夹角。

（3）注意事项。如果PC-DMIS 报告的角度不在正确的象限中（需要的是45°，而不是135°），则只需在“编辑”窗口中键入正确的标称角度，PC-DMIS 就会自动转换象限，使其匹配标称角度。

4）尺寸评价——形位公差

图3-3-30 中黑框选中的是形位公差图标。

图3-3-30　形位公差图标

（1）评价圆度。图3-3-31 为评价圆度示例。

图3-3-31　评价圆度

在快捷窗口中选中图3-3-32 中圆度图标，即可出现评价圆度的对话框及报告。

图3-3-32　圆度图标

评价圆度的步骤如下：

①单击圆度图标，打开评价圆度的对话框。

②在评价圆度的对话框中，选择“圆1”输入公差，如图3-3-33所示。

图3-3-33　评价圆度的对话框

③单击“创建”按钮。

④打开报告窗口刷新报告，即可看到圆1 的圆度，如图3-3-34所示。

图3-3-34　评价圆度的报告

评价圆度有以下注意事项。

①评价圆度的对话框中的一些选项用来计算圆度、球度和锥度。这个尺寸类型可以看作单侧的，即只应用一个正公差值。

②在测量时，应注意采集足够的点来评价此元素的偏离。如果测量的点数是该元素的最少点数，得到的误差是0，则往往会把此元素计算为理想元素。例如，在评价圆度时，圆的最少点数是3，球的最少点数是4。

（2）评价垂直度。图3-3-35所示为评价ϕ90.81 的圆柱对基准平面A 的垂直度。垂直度图标如图3-3-36所示。

图3-3-35　评价ϕ90.81 圆柱对基准平面A 的垂直度

图3-3-36　垂直度图标

评价垂直度的步骤如下。

①单击垂直度图标，打开评价垂直度的对话框，如图3-3-37所示。

图3-3-37　评价垂直度的对话框

②单击“定义基准”按钮，打开“基准定义”对话框，在“基准”的下拉选项中选择“A”，在“特征列表”中选择“平面2”，单击“创建”按钮，创建平面2 为基准A，如图3-3-38所示。

图3-3-38　创建平面2 为基准A

③在“特征”一栏中选择被评价元素“柱体1”，按照图纸标注输入公差和基准，如图3-3-39所示。

图3-3-39　标注输入公差、基准

④单击“创建”按钮，完成垂直度评价。

⑤打开报告窗口，刷新报告，即可看到柱体1 的垂直度评价报告，如图3-3-40所示。

图3-3-40　柱体1 的垂直度评价报告

（3）评价位置度。图3-3-41所示为评价基准为A、B、C 的位置度。图3-3-42 为位置度图标。

图3-3-41　评价基准为A、B、C 的位置度

图3-3-42　位置度图标

评价位置度的步骤如下。

①单击位置度图标，打开评价位置度的对话框，如图3-3-43所示。

图3-3-43　评价位置度的对话框

②单击“定义基准”按钮，打开“基准定义”对话框，定义基准A、B、C，若基准已经定义，则这一步可忽略。

③在“特征”一栏中选择被评价元素（柱体2）并按照图纸标注输入公差、基准，如图3-3-44所示。

图3-3-44　选择被评价元素（柱体2）

④单击进入“高级”选项卡。

⑤定义被评价元素（柱体2）的理论位置，本例选择“当前坐标系”，如图3-3-45所示。

图3-3-45　定义被评价元素（柱体2）的理论位置

⑥单击“创建”按钮，完成位置度评价。

⑦打开报告窗口，刷新报告，即可看到柱体2 的位置度评价报告如图3-3-46所示。

图3-3-46　柱体2 的位置度评价报告

5.测量报告输出

1）显示测量结果

单击“视图”菜单，打开报告窗口，软件会自动刷新，显示出已经评价过的尺寸报告。当程序有新的改动后，需要及时查看评价结果，可以单击报告窗口里的“刷新”按钮，及时刷新数据。

2）更改报告的模板

通过选择报告工具栏上的模板，可以将报告显示成“仅文本”“图形和文本”或“仅图形”等格式。

3）编辑报告显示内容

在报告窗口底部右击，选择“编辑”选项，打开“报告”对话框，根据需要选择显示内容，如图3-3-47所示。

图3-3-47　编辑-报告显示内容

（a）选择“编辑”选项；（b）“报告”对话框

4）报告打印设置

在主菜单栏中选择“文件”→“打印”→“报告打印设置”命令，如图3-3-48所示。根据需要设置好相关内容，在打印报告时报告就会存储到指定的位置，也可以直接打印出来，打印评价报告如图3-3-49所示。

图3-3-48　“报告打印设置”选项

图3-3-49　打印评价报告

任务实施

1.说出几何公差项目和符号。一般几何公差项目分为几种类型，分别是什么？其中形状公差项目有几个？方向公差项目有几个？位置公差项目有几个？跳动公差项目有几个？

2.PC-DMIS 包括哪几项尺寸误差评价？

3.评价报告输出形式有几种？

知识拓展

请根据工件的测量来评价工件的形位误差。