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专业及班级：姓名：学号：实验二：三坐标测量机检测一、实验目的：通过观察三坐标测量机的检测过程，分析检测的基本原理，掌握三坐标测量机的日常操作过程。
二、实验设备：西安爱德华MQ686三坐标测量仪及其辅助设备。
设备简介：机械整体结构采用刚性结构好、质量轻的全封闭框架移动桥式结构。
其结构简单、紧凑、承载能力大、运动性能好。
固定优质花岗岩工作台：具有承载能力强、装卸空间宽阔、便捷的功能。
Y向导轨：采用燕尾式，定位精度高，稳定性能好。
三轴采用优质花岗岩，热膨胀系数小，三轴具有相同的温度特性，因而具有良好的温度稳定性、抗实效变形能力，刚性好、动态几何误差变形小。
三轴均采用自洁式预载荷高精度空气轴承组成的静压气浮式导轨，轴承跨距大，抗角摆能力强，阻力小、无磨损、运动更平稳。
横梁采用精密斜梁设计技术（已获专利），重量轻、重心低、刚性强，动态误差小，确保了机器的稳定。
Z轴采用气缸平衡装置，极大的提高了Z轴的定位精度及稳定性。
控制系统采用德国知名的SB专用三坐标数控系统，具有国际先进的上下位机式的双计算机系统，从而极大地提高系统的可靠性和抗干扰能力，降低了维护成本。
三、实验原理：三坐标测量机：由三个运动导轨，按笛卡尔坐标系组成的具有测量功能的测量仪器，称为三坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备。
三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。
它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业等各领域。
分类：按其精度分为两大类：计量型：（UMM）1.5 μm+2L/1000 一般放在有恒温条件的计量室内，用于精密测量分辨率为0.5μm，1或2μm，也有达0.2μm的；生产型：（CMM）一般放在生产车间，用于生产过程的检测，并可进行末道工序的精加工，分辨率为5μm或10μm，小型生产测量机也有1μm或2μm的。
按结构分为：悬臂式、龙门式、桥式、铣床式按控制方式分为：手动式、自控式所能进行的测量类型：应用三坐标测量机可对直线坐标、平面坐标以及空间三维尺寸进行测量，可以测量球体直径、球心坐标、曲线曲面轮廓、各种角度关系以及凸轮、叶片等复杂零件的几何尺寸和形状位置误差。
第一章概论1.1三坐标测量机的发展现状三坐标测量机是近些年来发展起来的一种高效的新型精密测量仪器。
它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。
它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。
此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。
由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。
进入60年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐标测量机应运而生，并迅速发展和日趋完善。
三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。
三坐标测量机在生产的各个方面对三维测量技术有着重要作用。
三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。
它可方便地进行空间三维尺寸的测量，可以实现在线检测及自动化测量。
它的优点是：①通用性强，可实现空间坐标点的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；②测量精确可靠；③可方便地进行数据处理与程序控制。
因而它可纳入自动化衙门和柔性加工线中，并成为一个重要的组成部分。
三坐标测量机基于坐标测量原理。
坐标测量机的发展与其它事物一样，是由简单到复杂逐步形成的。
早期出现的测长机可在一个坐标方向上进行工件长度的测量，即是单坐标测量机，仅完成一维测量。
后来出现的万能工具显微镜具有X与Y两个坐标方向移动的工作台，可测量平面上各测点的坐标位置。
因此，从理论上讲，三维测量可对空间任意处的点、线、面及相互位置进行测量。
随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究，在机电行业中人们对三维坐标测量技术的要求也越来越高。
三坐标测量仪”技术规格书设备需求1.设备名称：三坐标测量仪2. 技术要求：2.1 技术参数：*2.1.1 测量范围：x > 1200mm, y> 600mm, z > 500mm*2.1.2 探测球精度MPEp W 2.5 ym*2.1.3 长度精度MPEe W 2.2+L/400 （卩m）*2.1.4 3D 移动速度 > 560mm/sec2.1.5 3D 加速度》1700mm/ sec2*2.1.6工作台承重》700Kg2.1.7 扫描精度W +/-1 y m2.2 测量功能：2.2.1 进行完整的几何元素测量；2.2.2 形位公差测量；2.2.3 金属钣金和塑料薄壁件测量；2.2.4 曲线曲面测量；2.2.5 模具测量；2.2.6 激光扫描；2.2.7 模型自动拼接；2.2.8 可快速、完整、反复测量结构复杂的工件。
2.3 软件功能：2.3.1 支持完整的几何元素测量；2.3.2 尺寸和公差报告；2.3.3 自动校正测头并自动生成测头路径；2.3.4 CAD 数模的导入导出；；2.3.6 完整的扫描与数字化逆向功能；2.3.7 支持测针自动更换；2.3.8 PTB 完全认证。
2.4 控制系统：2.4.1 能够实现真正的实时控制；2.4.2 获欧洲CE 认证或美国UL 认证。
2.5 其它：2.5.1 减震结构；2.5.2 防碰撞装置；* 2.5.3气压调节阀数量》8个和空气轴承数量》25个。
3.主机、附件详细清单3. 1 标准配置：3.1.1 主机 1 套；3.1.2计算机系统 1 套；P4处理器》3GHz内存DDR > 1G硬盘》320GBDVD 光驱独立显卡》128M液晶显示器》17'3.1.3控制系统 1 套；3.1.4软件系统 1 套；3.1.5测头系统 1 套；雷尼绍（RENISHAW ）电动式可旋转/摆动自动测座，重复精度w +0.5 m;光栅尺：RENISHAW 高分辨率、高精度光栅尺电动触发式测头，测量误差w ±1 um测针套装（1套），包含测针个数》9根，加长杆》3根，测针工具等3. 2 附件3.2.1 激光扫描测头及对应的扫描控制盒 1 套；3.2.3测针更换架 1 个；3.2.4操纵杆 1 个；3.2.5过滤系统 2 套；3.2.6HP彩色激光打印机1台；3.2.7脱机版教学软件40 套。
三坐标测量机实验指导书20100909一、实验目地了解三坐标测量机的使用方法和测量原理二、仪器设备三坐标测量机：三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。
它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业等各领域。
应用三坐标测量机可对直线坐标、平面坐标以及空间三维尺寸进行测量，可以测量球体直径、球心坐标、曲线曲面轮廓、各种角度关系以及凸轮、叶片等复杂零件的几何尺寸和形状位置误差。
三坐标测量机测量精度高，速度快，软件功能强大，是测量行业不可或缺的高级仪器。
三、三坐标测量机型号规格及结构特点1．型号规格型号：GLOBAL 05.07.05测量范围：x= 600mm， y＝45Omm，z＝300mm；分辨率：0.01 um=0.00001 mm测量精度：1/10000 mm2.结构特点测量机主要由主体（包括底座、工作台、立柱、导轨、驱动系统和测量系统）、电器控制柜、测量头、计算机及控制软件,打印机等组成。
其特点是：1) x、y、z三条导轨组成活动桥式结构: 结构刚性好，承重能力大，可完成中型到大型工件的测量。
它采用空气静压导轨，导轨运动时几乎无摩擦（阻力非常小），轻便灵活并且稳定性好，导向精度高。
2) 操纵盒：略3)采用光栅式测量系统，测量精确度非常高。
4)花岗石工作台稳定性和抗振性好，不易变形。
5)工件的定位比较方便，我们可以通过对工件的基准边、基准孔或几个参考点进行测量后，由计算机确定工件的坐标系。
6)计算机可通过软件来补偿测量头的半径并且完成多种几何运算和测量数据处理。
如直线、平面、圆、圆柱、圆锥、球以及复杂的曲面的测量等等。
以及形位公差的数据处理。
7)由于采用“学习程序”，在测量成批零件时。
按照第一个工件的测量操作次序，把测量的程序记忆贮存起来。
8)测量机附有多种机械式测量头。
用于测量不同轮廓形状的零件。
9)它可以由计算机屏幕显示，并由打印机打印测量结果。
3.测量原理三坐标测量机所采用的标准器是光栅尺。
三坐标测量实验指导书一、实验目的了解三坐标测量机的使用方法和测量原理二、仪器设备美国海克斯康三坐标测量机及配套设备型号：GLOBAL CLASSIC SR 9158测量行程：900X1500X800mm分辨率：≤0.1μm，测量示值误差：E=0.0022+3.3L/1000mm三、实验原理三坐标测量机是一种高效、新颖的精密测量仪器。
它广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空工业等各领域。
三坐标测量机的测量过程是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的，在测量范围内可到达任意一个测点。
三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。
根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误差。
应用三坐标测量机可对直线坐标、平面坐标以及空间三维尺寸进行测量，可以测量球体直径、球心坐标、曲线曲面轮廓、各种角度关系以及凸轮、叶片等复杂零件的几何尺寸和形状位置误差。
三坐标测量机测量精度高，速度快，软件功能强大，是测量行业不可或缺的高级仪器。
四、实验步骤1．开机首先打开空气压缩机储气罐排水阀排水，然后依次开启空压机、冷干机和测量机气源，检查气压是否在0.4～0.5Mpa范围之内，如果不在此范围内则可通过气源调节阀调节。
再依次接通交流稳压电源、UPS电源、控制系统电源和计算机电源，启动 QUINDOS测量程序后，机器回零。
2．测头标定在工作台上安装固定的基准球，标定测头。
3.“3－2－1”建立空间直角坐标系被测件的三个坐标不需要与测量机的X，Y，Z三个方向的坐标重合。
被测件在测量前可以任意放置在工作台上，不需调整找正，即可测量。
通过测量及数据处理可以找到参考基准，根据新基准转换坐标，并计算出测量结果。
这一切计算都通过计算机进行，速度很快，与测量前人工调整被测件位置的操作相比，既方便又省时间。
3——测量第一平面上的三点，软件自动将此平面的法矢作为零件坐标系的第一轴的方向；2——测量第二平面上的两点直线，再将其投影到第一平面作为第二轴的方向；1——再测量或通过构造产生一点作为零件坐标系的原点。
精密仪器课程设计三坐标一、教学目标本节课的学习目标主要包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握三坐标的定义、原理和应用；技能目标要求学生能够熟练操作三坐标测量仪器，并进行简单的数据处理；情感态度价值观目标则在于培养学生对精密仪器的兴趣和好奇心，提高他们的科学素养。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括三坐标的基本概念、工作原理和应用。
首先，介绍三坐标测量仪器的结构和工作原理，通过实物展示和图解让学生直观地理解三坐标的概念。
然后，通过实例分析，让学生了解三坐标在工程制造和质量控制中的应用。
最后，结合实验，让学生亲自动手操作三坐标测量仪器，加深对三坐标的理解。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生传授三坐标的基本知识和原理。
其次，通过讨论法，让学生分组讨论三坐标在实际工程中的应用，激发学生的思考。
再次，通过案例分析法，分析具体实例，使学生更好地理解三坐标的使用。
最后，通过实验法，让学生亲身体验操作三坐标测量仪器的乐趣，提高他们的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将选择和准备以下教学资源。
首先，教材《精密仪器》相关章节，作为学生学习的基础资料。
其次，参考书和学术文章，为学生提供更多的学习资料。
再次，多媒体资料，如教学视频和图片，以直观的方式展示三坐标的工作原理和应用。
最后，实验设备，如三坐标测量仪器，为学生提供亲自动手操作的机会。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估主要包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现主要考察学生的课堂参与度、提问回答和团队协作等方面；作业则通过布置相关的练习题和项目任务，检验学生对知识的掌握和运用能力；考试则是对学生综合运用知识的能力进行评估。
通过这些评估方式，可以全面反映学生的学习成果，激发他们的学习动力。
六、教学安排本节课的教学安排将分为两个阶段进行。
三坐标测量机测量方案设计1.零点和标定：在进行测量之前，需要对三坐标测量机进行零点和标定。
零点校准是将测量机的坐标系原点与实际工件的坐标系原点对应起来，以确保测量结果的准确性。
标定可以分为线性标定和非线性标定，线性标定用于消除测量机的定位误差，非线性标定用于消除测量机的长度变形误差和非直线性误差。
2.测量方向和路径：在设计测量方案时，需要确定测量的方向和路径。
测量方向通常分为X、Y和Z轴方向，根据工件的几何形状和测量要求确定具体的测量方向。
测量路径应该尽可能使用直线或圆弧路径，以最小化测量误差，并确保测量结果的稳定性和可靠性。
3.测量策略：根据实际测量需求，选择合适的测量策略。
常见的测量策略包括点测量、线测量、面测量和体测量。
点测量适用于测量工件的尺寸和位置；线测量适用于测量直线或圆弧的尺寸和位置；面测量适用于测量平面的尺寸和位置；体测量适用于测量体积和形状的尺寸和位置。
4.数据处理和分析：在测量完成后，需要对测量数据进行处理和分析。
数据处理包括数据滤波、数据平滑和数据校正等。
数据分析可以使用统计方法和图形方法，例如均值、方差和标准差分析，以评估测量结果的准确性和稳定性。
5.报告生成和记录：根据测量结果生成测量报告，并进行记录。
测量报告应包括测量结果、误差分析、测量方法和测量仪器的相关信息。
记录测量数据可以使用电子表格或数据库，以便后续的数据分析和查询。
除了以上几个方面外，还需要考虑实际的生产环境和测量要求。
例如，工件的材料、尺寸和形状会影响测量的精度和稳定性；测量时间和测量精度之间存在一定的权衡关系，需要根据实际情况进行选择；测量环境的温度和湿度等因素也会对测量结果产生影响，需要进行相应的校正和补偿。
综上所述，设计三坐标测量机的测量方案需要考虑多个方面，包括零点和标定、测量方向和路径、测量策略、数据处理和分析、报告生成和记录等。
只有在充分考虑到这些因素的情况下，才能设计出高精度和可靠性的测量方案。
三坐标测量机测量方案的设计探讨常柴股份有限公司刘志明前言三坐标测量机以其测量效率高、精度高、适应性强等优点，广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、汽车及航空等工业部门，用于零部件的几何尺寸、形位误差的测量，有“测量中心”的称号，是未来几何量测试的应用发展方向。
三坐标测量机的使用在三坐标测量机的使用过程中，由于诸多因素，使得测量结果的准确度达不到应有精度。
在此，我想结合我厂三坐标测量机在实际使用过程中情况，谈谈我们的使用体会和测量方案的设计思路，供各位同行参考。
对使用测头个数的理解最终对称度测量结果由3个测头测量采样计算得到。
测头校正后的校验处理建议在多测头测量方案中,测头校正完成后，可将校正球作为被测件，用校正好的各测头分别测量校正球，其测量结果的差值即为多测头的校正误差。
如果该误差较大，可对误差大的测头重新校正，使其满足测量精度的要求。
测头的选择2、少用、尽量不用加长测尖(包括加大测力)和加长杆。
使用加长测尖或加大了测力，测头的各向异性误差和探测误差也将随之增大。
使用加长杆时，测量机运动时导轨的偏摆及扭摆现象引起的测量误差也将随加长杆的长度而增大。
二、测量采点1、采点测量几何元素时，在条件允许的情况下，采样点数应尽量多些，并且最好均布采点。
下面我们以三点法测量圆心坐标以及圆弧半径为例进行分析。
三点法测圆举例在圆周上采样三点，根据这三点坐标可计算出圆的圆心坐标(x0,y0)和半径R：=F1(x1,y1;x2,y2;x3,y3)=F2(x1,y1;x2,y2;x3,y3)间接测量误差分析•这里圆心坐标的误差是由各采样点的坐标误差Δxi ，Δyi产生的，根据间接测量的函数误差分析：•由于Δx0和Δy0中包含对函数F1，F2的偏微分，因而ΔX0与ΔY0就与采样点在圆上的位置分布有关。
由上式可知，均布采点的圆心计算误差小于不均布采点，特别是局部采点其函数误差较大。
采样点数与计算得到的圆心坐标和直径的关系对于圆，采样点数与计算得到的圆心坐标和直径的弥散度右表。
摘要本文中，对三坐标测量仪的研究现状和精密测量的关键技术做了总结，对所设计的测量仪的总体布局、床身的选材、导轨的设计、进给方式的选择做了介绍，选用燕尾型气体静压导轨，同步齿形带和钢带传动，摩擦杆进行驱动。
对移动桥和溜板进行了简单的ANSYS分析，计算了移动桥受力时最大的变形量和直线度；选用伺服电机作为动力源，并对其进行了简单的功率计算，分析了测量仪的工作环境对其精度的影响和它的应用环境；定位采用开式光栅尺，对光栅尺的选型做了比较。
最后针对测量仪整机进行精度分析，查找误差源和精度的综合分析。
关键词：超精密、气静压、高精度、精密测量Three Coordinates Measuring Instrument Ultra-precision MachineABSTRACTIn this paper, three coordinates measuring instrument for precision measurement, the research present situation and the key technology of summing up, the design of measuring instrument lathe bed of the general layout, the design of the selection of materials, guide rail, into to the choice of the ways of doing introduced, choose coattails "type aerostatic guide rail, synchronous cog belt and steel belt transmission, friction lever driven. Slip board of mobile bridge and the simple ANSYS analysis method, the largest mobile bridge when stress deformation and straightness; Choose servo motor as a power source, and analyses the simple power calculation, analyzes the working environment of measuring apparatus to the precision of the influence and its application environment; The positioning of grating open grating feet, comparison of the selection of the feet. Finally, according to the measuring apparatus for precision analysis, find the error sources and precision of the comprehensive analysis.Keywords:The ultra precision, Gas static pressure, High accuracy, Precision measurement目录1 绪论 (2)1.1课题的来源 (2)1.2课题的意义 (2)1.3精密测量的研究现状 (2)1.4精密测量的关键技术 (6)2 超精密三坐标测量仪整机机构介绍 (8)2.1总体布局 (8)2.2床身材料选用 (9)2.3导轨的设计 (10)2.4进给传动方式的选择 (14)2.5测量仪整体结构设计 (16)2.6测量仪的工作原理 (17)3 测量仪的主要零部件的设计 (18)3.1移动桥的设计 (18)3.2溜板的设计 (19)3.3电机选型 (21)3.4环境控制平台 (25)3.5光栅尺的选型 (26)4 测量仪精度分析 (28)4.1测量仪误差源 (28)4.2测量仪精度分析 (29)5 结束语 (32)参考文献 (33)致谢................................................... 错误！未定义书签。
第一章三坐标测量机系统的初步认识三坐标测量机是60年代后期发展起来的一种高效的新型精密测量设备，目前被广泛应用于机械、电子、汽车、飞机等工业部门，它不仅用于测量各种机械零件、模具等的形状尺寸、孔位、孔中心距以及各种形状的轮廓，特别适用于测量带有空间曲面的工件。
由于三坐标测量机具有高准确度、高效率、测量范围大的优点，已成为几何量测量仪器的一个主要发展方向。
三坐标测量机的测量过程是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的，在测量范围内可到达任意一个测点。
三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。
根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误差。
另外，在测量工作台上，还可以配置绕Z 轴旋转的分度转台和绕X 轴旋转的带顶尖座的分度头，以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量。
三坐标测量机按其精度分为两大类：精密型万能测量机（UMM）：是一种计量型三坐标测量机，其精度可以达到1.5 μm+2L/1000，一般放在有恒温条件的计量室内，用于精密测量，分辨率为0.5μm，1或2μm，也有达0.2μm或0.1μm的。
生产型测量机（CMM）：一般放在生产车间，用于生产过程的检测，并可进行末道工序的精加工，分辨率为5μm或10μm，小型生产型测量机也有1μm或2μm的。
§ 1.1三坐标测量机系统的硬件构成和功能三坐标测量机系统的硬件主要有三部分组成：⑴终端控制计算机和打印机：在三坐标测量机系统的硬件结构中，计算机是整个测量系统的管理者。
计算机实现与操作者对话、控制程序的执行和结果处理、与外设的通讯等功能。
⑵数控设备及其外设：数控设备是计算机和测量机的接口（I/O，工具信号，紧急情况等）。
数控设备通过由计算机传来的数据计算出参考路径，不断地控制测量机的运动及与手提式控制盒的通讯。
⑶三坐标测量机：三坐标测量机的主体主要由以下各部分组成：底座、测量工作台、立柱、X向支撑梁和导轨、Y向支撑梁和导轨、Z轴部件、测头、驱动电机及测长系统。
三坐标测量机设计文档姓名：***班级：******学号：******仅作为参考，请谨慎使用，谢谢！第一章概论1.1三坐标测量机的发展现状三坐标测量机是近些年来发展起来的一种高效的新型精密测量仪器。
它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。
它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。
此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。
由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。
进入60年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐标测量机应运而生，并迅速发展和日趋完善。
三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。
三坐标测量机在生产的各个方面对三维测量技术有着重要作用。
三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。
它可方便地进行空间三维尺寸的测量，可以实现在线检测及自动化测量。
它的优点是：①通用性强，可实现空间坐标点的测量，方便地测量出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度；②测量精确可靠；③可方便地进行数据处理与程序控制。
因而它可纳入自动化衙门和柔性加工线中，并成为一个重要的组成部分。
三坐标测量机基于坐标测量原理。
坐标测量机的发展与其它事物一样，是由简单到复杂逐步形成的。
早期出现的测长机可在一个坐标方向上进行工件长度的测量，即是单坐标测量机，仅完成一维测量。
后来出现的万能工具显微镜具有X与Y两个坐标方向移动的工作台，可测量平面上各测点的坐标位置。
因此，从理论上讲，三维测量可对空间任意处的点、线、面及相互位置进行测量。
随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究，在机电行业中人们对三维坐标测量技术的要求也越来越高。
物体的三维轮廓以及形位测量已被广泛应用于机械制造、航海、航空航天等领域。
目前物体三维轮廓测量的主要方法有导轨式三坐标机的高精度接触测量、激光点扫描和激光线扫描式三坐标轮廓测量、激光散斑物体轮廓高精度显微全场测量。
在这些诸多的测量方法中，激光散斑物体轮廓测量法测量精度最高，属非接触和全场测量，测量速度高，但其测量范围小。
此外，导轨式三坐标机的测量精度高，已被广泛采用。
但它只能进行接触测量，并且测量速度很慢。
导轨式三坐标测量机己经成为一种比较成熟的传统测量设备，它经历了三代产品：第一代测量机由手动（或机动）测量，测量结果由人工处理，效率极低。
第二代测量机在第一代测量机的基础上，由微机处理测量结果，形成了微机化测量机。
第三代测量机在第二代的基础上，配备上相应的程序控制和数据图形化软件处理系统，可以实现全自动测量。
其中，第三代是目前的主要产品。
特别是近二十年来随着微机和光电技术的迅猛发展，三坐标机已成为多个高科技领域诸多技术的融合产品，包括了微机、精仪、光电传感、数据分析和人工智能等多项应用技术。
目前，国内外三坐标测量机正迅速发展。
国外著名的生产厂家有德国的蔡司(Zeiss)和莱茨(Leitz)、意大利的DEA、美国布朗—夏普(Brown & Sharpe)、日本的三丰(Mitutoyo)等公司、我国自70年代开始引进研制三坐标测量机以来，也有较大的发展。
我国的主要生产厂家有中国航空精密机械研究所、青岛前哨英柯发测量设备有限公司、上海机床厂、北京机床研究所、哈尔滨量具刃具厂、昆明机床厂和新天光学仪器厂等。
如今，我国已经具有年产几百台各种型号三坐标测量机的能力。
1.2三坐标测量机测量原理简而言之，将被测物体置于三坐标测量空间，通过坐标机获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。
导轨式三坐标测量机是近二十年来发展起来的一种以精密机械为基础，综合光栅与激光干涉、计算机、应用电子等先进技术的测量设备，在国内外得到了广泛的应用。
其主要特征是具有X、Y、Z三个坐标方向的导轨。
目前，导轨式三坐标测量机己被广泛地应用于机械制造、仪器制造、电子、汽车、计量中心、航空和航天等多个工业和研究行业，用来测量机械零件的几何尺寸、相对位置和形位误差，包括零件空间曲面、汽车白身等多项工作。
1.3三坐标测量机的组成三坐标测量机各类繁多、形式各异、性能多样，所测对象和放置环境条件也不尽相同，但大体上都由若干个具有一定功能的部分组合而成。
作为一种测量仪器，三坐标测量机主要是比较被测量与标准量，并将比较结果用数值表示出来。
三坐标测量机需要3个方向的标准器（标尺），利用导轨实现沿相应方向的运动，还需要三维测头对被测量进行探测和瞄准。
此外，测量机还具有数据处理和自动检测等功能，需要由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现。
三坐标测量机可以分为主机、测头、电气系统三大部分。
1.3.1 主机主机可以分为框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件、转台与附件等1.3.2 三维测头三维测头即三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。
测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。
测头有接触式和非接触式之分。
1.3.3 电气系统电气系统可以分为电气控制系统、计算机硬件部分、测量机软件、打印与绘图装置等。
第二章坐标测量机的设计与分析三坐标测量机是精密的测量仪器，它集机、光、电、算于一体。
随着电子技术、计算机技术的发展，三坐标测量机由手动数显逐步发展到目前的CNC控制的高级阶段。
测量机机械结构最初是在精密机床的基础上发展起来的。
考虑到三坐标测量机是一个庞大而复杂的机器，而自身的能力及精力有限，本设计文档仅对三坐标测量机涉及到的机械构造进行简要设计及初步的应力分析。
方案采用如下：设计内容采用方案坐标测量机结构形式移动桥式坐标测量机的结构材料导轨：铸铁；底座：花岗石；支架：钢标尺系统光栅测量系统导轨滚动式导轨驱动机构X轴：齿轮齿条传动；Y轴：丝杠传动；Z轴：蜗轮副传动机构（实现Z轴平衡）；三坐标测头球形测头控制系统CNC型控制系统测头系统及其控制触发式测头设计总效果图如下：2.1 坐标机测量结构三坐标测量机的结构形式可归纳为七大类：由平板测量原理发展起来的悬臂式、桥框式和龙门式，这三类一般称为坐标测量机；由镗床发展起来的立柱式和卧镗式，这两类测量机一般称为万能测量机；由测量显微镜演变而成的仪器台式，又可称为三坐标测量仪；极坐标式，它是从极坐标原理发展起来的。
按功能不同，上述各型皆可设计成专用的和通用的。
在本次设计中，我采用的是移动桥式。
移动桥式三坐标测量机是目前应用最广泛的一种结构形式。
它主要由四部分组成：工作台、桥框、滑架、主轴。
其中工作台是固定不动的，桥框可沿工作台上的导轨沿X向运动，滑架可沿桥框横梁上的导轨沿Y向运动，主轴可沿Z向运动。
被测工作安放在工作台上，测头则装在主轴上。
这种形式的三坐标测量机结构结单、紧凑、刚度好，具有较开阔的空间。
工件安装在固定的工作台上，承载能力较强，工件质量对测量机的动态性能没有影响。
中小型测量机，无论是手动的，还是数控的，多数采用这种形式。
2.1.1 导轨在此次设计中，我采用的滚动导轨。
导轨支承结构如下图：导轨支承结构与框架之前用滚柱作中介，如下图：其中导轨与滚柱的材料均选用铸铁材料，应用Autodesk Inventor对所设计的导轨进行应力分析，给导轨底面添加约束，在下图的箭头方向加以1000N的力：分析结果如下：从分析结果中我们可以看到，在较大压力作用下，导轨左侧的部分的变形较为严重，所以在设计框架的时候，应特别注意框架的自重的影响，以免导轨产生变形，导致测量不准。
除了对导轨的受力分析，我还对导轨上的滚柱进行相应的受力分析，把滚柱放在一平面上固定，并在另一面上施加一定的压力：仿真结果如下：在导轨与工作台之间我设计了以下部件作为导轨与工作台的中介，在这个支承台的水平面上有几个螺钉孔，用于将其固定在导轨之上，同时在此支承的外缘还有几个螺钉孔，主要用于添加弹性元件，用于设计工作台的位置及固紧等。
部分装配效果图：2.1.2 工作台在此次设计中，我采用传统的花岗石作为工作台，结构图如下：在仿真中，我选择了其中一面作为固定面，在相对的一面上加载荷：得到如下分析结果：从仿真结果可知，工作台受力后变形在同一表面上表现为同一性，没有凹凸不平的现象。
2.1.3 桥框桥框结构图如下：设计选用钢材，同样用仿真的方法对桥框进行受力分析：分析结果如下：从仿真结果可以看到，桥梁中央部分受力发生的变形最为明显，在实际设计中，我们可以根据其受的重力与外加载荷，使桥梁在反方向有一定的变形，从根源上消除误差，使得测量机的测量结果更加可靠。
2.1.4 滑架本次的三坐标设计并不在于把整个机器的每个部件都设计得很到位，而是一个大体的结构设计，所以在设计中我适当简化了一些部件，比如滑架的结构图：为了避免繁琐的工作量，我把它精简成如上图所示结构，一个矩形孔用于在桥框中滑行，另外又打了一个孔，用于主轴的Z方向上的运动。
所选材料与桥框一致。
2.1.5 测头设计的测头分为两个部分，部分一为主轴，用于在Z轴方向下运动：该部件已经简化为几个不同半径的轴的叠加，在尖端部分我预留了5个孔，这5个孔是用来装加测头的感触单元，感触单元如下图所示：该感触单元由一根细轴和一个球状体连接而成，材料选用钢材，因为该部件是与被测物体直接接触的部分，我进行了如下仿真将右端固定，并在左端的球状部分加上Y轴的大小为10N 的力：运行仿真分析后，结果如下：2.2 坐标测量机的结构材料三坐标测量机的结构材料对其测量精度、性能有很大影响，随着各种新型材料的研究、开发和应用，三坐标测量机的结构材料也越来越多，性能也越来越好。
常用的结构材料有铸铁、钢、花岗石、陶瓷、铝等。
铸铁作为一种应用较普遍的材料，主要用于底座、滑动与滚动导轨、立柱等地方，它具有变形小、耐磨性好、易于加工、成本低、线膨胀系统与多数被测件相近等优点。
在本设计中，导轨和滚柱均采用铸铁作为加工材料。
钢主要用于外壳、支架等结构，有的测量机底座也采用钢。
一般采用低碳钢，而且必须要进行热处理。
钢有刚性和强度好等优点，但其容易变形，因为加工之后，内部的残余应力释放容易导致变形，本设计中，桥框、滑件和测头部件均采用钢作为加工材料。
花岗石比钢轻，比铝重，也是目前应用较为普遍的一种材料。
它具有变形小、稳定性好、不生锈，易于作平面加工等优点，目前很多三坐标测量机均采用这种材料作为底座加工材料，在本设计中，工作台的材料的选用就是花岗石。
