下载文档原格式
第一章三坐标测量机的概述一、三坐标测量机的发展历史世界上第一台测量机是英国FERRANTI公司于1956年研制成功，当时的测量方式是测头接触工件后，靠脚踏板来记录当前坐标值，然后使用计算器来计算元素间的位置关系。
1962年菲亚特汽车公司一位质量工程师在意大利都灵创建了世界上第一家专业制造坐标测量设备的公司，即先在仍然知名的DEA（Digital Electronic Automation）公司。
随后，DEA公司先后推出了手动、机动并首先使用气浮导轨技术的测量机，也相应配备了各种测头和软件，使之成为世界上最大的测量机供应商之一。
1964年，瑞士SIP公司开始使用软件来计算两点间的距离，开始了利用软件进行测量数据计算的时代。
随后的国ZEISS公司使用计算机辅助工件坐标系代替机械对准，从此测量机具备了对工件基本几何元素尺寸、形位公差的检测功能。
随着计算机的飞速发展，测量机技术进入了CNC控制机时代，完成了复杂机械零件的测量和空间自由曲线曲面的测量，测量模式增加和完善了自学习功能，改善了人机界面，使用专门测量语言，提高了测量程序的开发效率。
从90年代开始，随着工业制造行业向集成化、柔性化和信息化发展，产品的设计、制造和检测趋向一体化，这就对作为检测设备的三坐标测量机提出了更高的要求，从而提出了新一代测量机的概念。
其特点是：1、具有与外界设备通讯的功能；2、具有与CAD系统直接对话的标准数据协议格式；3、硬件电路趋于集成化,并以计算机扩展卡的形式,成为计算机的大型外部设备。
到1992年全球就拥有三坐标测量机46100台，工业发达的欧美、日韩每6-7台机床配备一台三坐标测量机，我国三坐标测量机生产始于20世纪70年代，现在已被广泛应用在机械制造、汽车、家电、电子、模具和航空航天等制造领域，并保持快速增长。
国内外生产三坐标的厂家较多如：德国的蔡司、意大利的Cord3、日本的三丰、美国的谢菲尔德，国内的海克斯康、青岛雷顿、西安爱德华、北京航空精密机械研究所（303所）、上海机床厂、上海第三机床厂、北京二机床、北京机床研究所、天津大学和新天光学仪器厂。
三坐标测量仪初步知识一、三坐标测量机的产生三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。
它的出现，一方面是由于数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。
现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。
目前，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。
二、三坐标测量机的组成及工作原理（一）CMM的组成三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。
（1）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。
X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。
三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。
人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。
用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。
（2）电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。
（二）CMM的工作原理三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。
它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。
要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标OI；如果在该截面内触测更多的点（点1，2，…，n，n为测点数），则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个垂直于孔轴线的截面圆（I，II，…，m，m为测量的截面圆数）进行测量，则根据测得点的坐标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴线位置；如果再在孔端面A上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。
三座标测量仪怎么用，三座标测量使用方法教程三坐标测量机(CMM)的测量方式通常可分为接触式测量、非接触式测量和接触与非接触并用式测量。
其中，三坐标测量仪接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。
为了分析工件加工数据，或为逆向工程提供工件原始信息，经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。
介绍三坐标测量机的几种常用使用方法及其操作步骤教程。
三坐标测量仪为精密测试设备，测试人员必须进行上岗培训并取得上岗证方可上岗操作。
三坐标测量机的使用是应用PC DMIS程序在被测物体表面的特定区域内进行数据点采集，该区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线等。
扫描类型与测量模式、测头类型以及是否有CAD文件等有关，控制屏幕上的“扫描”(Scan)选项由状态按钮(手动/DCC)决定。
若采用DCC方式测量，又有CAD 文件，则可供选用的扫描方式有“开线”(Open Linear)、“闭线”(Closed Linear)、“面片”(Patch)、“截面”(Section)和“周线”(Perimeter)扫描；若采用DCC方式测量，而只有线框型CAD文件，则可选用“开线”(Open Linear)、“闭线”(Closed Linear)和“面片”(Patch)扫描方式；若采用手动测量模式，则只能使用基本的“手动触发扫描”(Manul TTP Scan)方式；若采用手动测量方式并使用刚性测头，则可用选项为“固定间隔”(Fixed Delta)、“变化间隔”(Variable Delta)、“时间间隔”(Time Delta)和“主体轴向扫描”(Body Axis Scan)方式。
三坐标测量仪怎么用——准备工作首先是要查看零件图纸，了解测量的要求和方法，规划检测方案或调出检测程序。
吊装放置被测零件过程中，特别要注意遵守吊车安全的操作规程，保护不损坏测量机和零件，零件安放在方便检测、阿贝误差最小的位置并固定牢固。
三坐标控制系统分类三坐标测量仪控制系统的结构分为上下位机式和集成一体式两种。
1. 上下位机式上位机标准的PC机，Windows操作系统，安装并运行测量软件，向下位机发送理论位置、运动及触测指令，下位机回复机器实际位置及触测结果，在上位机内由测量软件进行分析，计算等。
下位机是一块控制卡为核心的简化计算机，DOS操作系统，控制卡插在下位机内。
控制软件安装并运行在下位机内，负责控制机器的运动与状态的监测等。
由于下位机采用DOS操作系统，保证了控制逻辑的严谨和控制时序的准确，从而提高了控制系统的稳定性与可靠性，由于上下位机严格分开，用户无法对下位机进行操作，避免了病毒的干扰和误操作破坏控制程序等引起的控制混乱等。
上下位机之间通过[串口或网卡等方式通讯。
控制系统B3C-LC、B3CS、FBPC、SHARPE32、TUTOR P等都是上下位机式。
2. 集成一体式上位机采用标准的PC机或工业控制机等，Windows操作系统，控制卡也插在上位机内，上位机不但安装并运行测量软件，也同时安装并运动控制软件，测量软件与控制软件之间通过DDE等试式通讯，利用Windows的分时控制实现多任务的处理。
对于一体式结构的数控系统，Windows系统本身的不稳定因素严重影响了其稳定性与可靠性；由于用户可以随意对计算机进行操作，很容易遭到病毒的攻击，并可能因为误操作等破坏控制程序，所有这些都可能造成控制的混乱并引起飞车等严重事故。
数控系统的功能控制系统：B3C-LC B3CS B6CS FB11等。
根据用户所选择的三坐标测量仪的功能配备不同的系统。
这几种数控系统都采用了先进的32位高速运动控制芯片，与上位机的测量软件之间通过串行口或网卡通讯。
使用TESTSOFT软件和AUTOTUNE软件进行自动调试与优化，可保证机器运行在最佳工作状态。
1. TESTSOFT是一功能完善的调试与自检软件，在TESTSOFT中，可检查数控系统汉前的工作状态与错误信息等，并可修改，调试所有的系统参数，B3C系列和FB11系列控制系统的驱动器和细分器都采用的是电子电位器，可以通过修改参数直接调试驱动器的各电位器，如果机器所采用的光栅是模拟信号的，可实现光栅信号幅值，相伴及零位的半自动调试，并可在TESTSOFT中完成转台、测头、手腕等附件的调试。
三坐标测量机主要有以下四种分类方法:（一）按CMM的技术水平分类1．数字显示及打印型这类CMM主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被陶汰。
2．带有计算机进行数据处理型这类CMM技术水平略高，目前应用较多。
其测量仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作。
3．计算机数字控制型这类CMM技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量。
（二）按CMM的测量范围分类1．小型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向（一般为X轴方向）上的测量范围小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。
2．中型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为500～2000mm，是应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。
3．大型坐标测量机这类CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。
（三）按CMM的精度分类1．精密型CMM其单轴最大测量不确定度小于1×10－6L（L为最大量程，单位为mm），空间最大测量不确定度小于（2～3）×10－6L，一般放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。
2．中、低精度CMM低精度CMM的单轴最大测量不确定度大体在1×10－4L左右，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－4L，中等精度CM M的单轴最大测量不确定度约为1×10－5L，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－5L。
第一章概论1、三坐标测量机的构成；三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大部分。
主机包括框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件、转台与附件。
框架结构是工作台、立柱、桥架、壳体等机械结构的集合体；标尺系统是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节，三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杠、感应同步带、光栅尺、磁尺及光波波长等，标尺系统还应包括数显电气装置；导轨是实现三维运动的重要部件，多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，以气浮静压导轨为主要形式。
气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一，气浮导轨还应包括气源、稳压器，气管、分流器等一套气动装置；驱动装置是测量机重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能，一般采用的驱动装置有丝杠丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动，直线马达驱动正在增多；平衡部件主要用于Z轴框架结构中，功能是平衡Z轴的重量，以使Z轴上下运动无偏重干扰，使检测时Z向测力稳定，调节Z轴上测头时，重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。
转台和附件使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。
转台包括分度台、单轴回转台、万能转台和数控转台，附件一般包括基准平尺、角尺、步距规、标准球体、测微仪及用于自检的精度检测样板。
三维测头即是三维测量的传感器，可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准和测微两种功能。
测量机测头主要有硬测头、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，按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头，测微式测头。
电气系统包括电气控制系统、计算机硬件部分、测量机软件和打印与绘图装置。
电气控制系统是测量机的电气控制部分。
具有单轴和多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等；硬件部分包括PC机和工作站等；测量机软件包括控制软件和数据处理软件。
三坐标测量机三坐标测量机是20世纪60年代后期发展起来的一种高效率的精密测量仪器。
它的出现，一方面是由于生产发展的需要。
即高效率加工机床的出现，产品质量要求进一步提高，复杂立体形状加工技术的发展等都要求有快速、可靠的测量设备与之配合；另一方面也由于电子技术、计算技术及精密加工技术的发展，为三坐标测量机的出现提供了技术基础。
三坐标测量机（CMM）是一种以精密机械为基础，综合应用电子技术、计算机技术、光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器。
三坐标测量机的主要功能是：1）可实现空间坐标点的测量，可方便的测量各种零件的三维轮廓尺寸、位置精度等。
测量精确可靠，万能性强。
2）由于计算机的引人，可方便的进行数字运算与程序控制，并具有很高的智能化程度。
因此它不仅可方便地进行空间三维尺寸的测量，还可实现主动测量和自动检测。
在模具制造工业中，充分显示了在测量方面的万能性、测量对象的多样性。
三坐标测量机广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空和国防工业各部门，特别适用于测量箱体类零件的孔距和面距、模具、精密铸件、电子线路板、汽车外壳、发动机零件、凸轮以及飞机型体等带有空间曲面的工件。
三坐标测量机的作用不仅是由于它比传统的计量仪器增加了一二个坐标，使测量对象广泛，而且它的生命力还表现在它已经成为有些加工机床不可缺少的伴侣。
例如它能卓有成效地为数控机床制备数字穿孔带，而这种工作由于加工型面愈来愈复杂，用传统的方法是难以完成的，因此，它与数控“加工中心”相配合己具有“测量中心”之称号。
第一节三坐标测量机的类型三坐标测量机有多种分类方法，下面从不同的角度对其进行分类。
一、按照技术水平的高低分类（1）数显及打字型（N）——这种类型主要用于几何尺寸测量，采用数字显示，并可打印出测量结果，一般采用手动测量，但多数具有微动机构和机动装置，这类测量机的水平不高，虽然提高了测量效率，解决了数据打印问题，但记录下来的数据仍需进行人工运算。
按三坐标测量仪结构可分为哪几类什么是三坐标测量仪三坐标测量仪是一种高精度的测量设备，用于测量物体的三维形状和尺寸。
它可以通过测量物体上的各个点的坐标来建立物体的三维模型，然后进行各种形状和尺寸的测量。
它广泛应用于航空航天、汽车、机械加工、电子、医疗等领域。
三坐标测量仪的结构三坐标测量仪由三个部分组成：测量框架测量框架是三坐标测量仪的主体部分，它由横梁、立柱和底座组成。
横梁通常是一根桥式结构，支撑着测头和广角测头，为物体的测量提供了稳定的平台。
测量传感器三坐标测量仪的测量传感器包括触发式测头和非触发式测头。
触发式测头通过触碰物体的表面来测量其形状和尺寸；非触发式测头则通过激光或光学红外线来测量物体的表面。
控制系统三坐标测量仪的控制系统包括计算机、电子控制器、测量软件等组件。
这些组件配合完成三坐标测量仪的操作，包括控制测量传感器、获取测量数据、处理数据等。
按结构可分为哪几类根据测量框架的不同结构，三坐标测量仪可以分为以下几类：桥式三坐标测量仪桥式三坐标测量仪的测量框架呈桥形；测量传感器沿着横梁和立柱移动。
该设计的优点是能够提供很大的测量面积和高精度的测量结果。
缺点是桥式结构较大，无法测量大型工件。
立式三坐标测量仪立式三坐标测量仪的测量框架呈直立式结构；测量传感器从底部向上移动。
该设计的优点是可以测量较高的工件，但测量精度比桥式三坐标测量仪稍低。
悬臂式三坐标测量仪悬臂式三坐标测量仪的测量框架呈悬臂式结构，测量传感器从悬臂臂端向下测量工件。
这种设计的优点是测量精度高且测量范围广。
缺点是结构较为复杂，需要较高的制造技术。
移动式三坐标测量仪移动式三坐标测量仪可以随工件进行移动并测量工件的三维坐标。
这种设计可以提供灵活的测量，但测量精度较低。
结论根据测量框架的不同结构，三坐标测量仪可以分为桥式、立式、悬臂式和移动式四种类型。
每种类型都有其优势和劣势，可以根据实际需求进行选择。
三坐标测量仪的分类
三坐标测量仪有不同的操作需求、测量范围和测量精度，这些对选用三坐标测量仪是很重要的。
按三坐标测量仪结构可分为如下几类：
1.移动桥架型
(Moving bridge type)
移动桥架型，为最常用的三坐标测量仪的结构，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿水平梁在方向移动，此水平梁垂直轴且被两支柱支撑于两端，梁与支柱形成“桥架”，桥架沿着两个在水平面上垂直和轴的导槽在轴方向移动。
因为梁的两端被支柱支撑，所以可得到最小的挠度，且比悬臂型有较高的精度。
2.床式桥架型
(Bridge bed type)
床式桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的梁而移动，而梁沿着两水平导轨在轴方向移动，导轨位于支柱的上表面，而支柱固定在机械本体上。
此型与移动桥架型一样，梁的两端被支撑，因此梁的挠度为最少。
此型比悬臂型的精度好，因为只有梁在轴方向移动，所以惯性比全部桥架移动时为小，手动操作时比移动桥架型较容易。
3.柱式桥架型
(Gantry type)
柱式桥架型，与床式桥架型式比较时，柱式桥架型其架是直接固定在地板上又称为门型，比床式桥架型有较大且更好的刚性，大部分用在较大型的三坐标测量仪上。
各轴都以马达驱动，测量范围很大，操作者可以在桥架内工作。
4.固定桥架型
(Fixed bridge type)
固定桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平横梁上做方向移动。
桥架(支柱)被固定在机器本体上，测量台沿着水平平面的导轨作轴方向的移动，且垂直于和轴。
每轴皆由马达来驱动，可确保位置精度，此机型不适合手动操作。
5. L形桥架型
(L-Shaped bridge type)
L形桥架型，这个设计乃是为了使桥架在轴移动时有最小的惯性而作的改变。
它与移动桥架型相比较，移动组件的惯性较少，因此操作较容易，但刚性较差。
6.轴移动悬臂型
(Fixed table cantilever arm type)
轴移动悬臂型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂直轴的水平悬臂梁在轴方向移动，悬臂梁沿着在水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。
此型为三边开放，容易装拆工件，且工件可以伸出台面即可容纳较大工件，但因悬臂会造成精度不高。
此型早期很盛行，现在已不普遍。
7.单支柱移动型
(Moving table cantilever arm type)
单支柱移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱整体沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴，而轴连接于支柱上。
测量台沿着水平面的导槽在轴上移动，且垂直轴和轴。
此型测量台面、支柱等具很好的刚性，因此变形少，且各轴的线性刻度尺与测量轴较接近，以符合阿贝定理。
8.单支柱测量台移动型
(Single column xy table type)
单支柱测量台移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱上附有轴导槽，支柱被固定在测量仪本体上。
测量时，测量台在水平面上沿着轴和轴方向作移动。
9.水平臂测量台移动型
(Moving table horizontal arm type)
水平臂测量台移动型，厢形架支撑水平臂沿着垂直的支柱在垂直(轴)的方向移动。
探头装在水平方向的悬臂上，支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴，测量台沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直于轴和轴。
这是水平悬臂型的改良设计，为了消除水平臂在轴方向，因伸出或缩回所产生的挠度。
10.水平臂测量台固定型
(Fixed table horizontal arm type)
水平臂测量台固定型，其构造与测量台移动型相似。
此型测量台固定，、轴均在导槽内移动，测量时支柱在轴的导槽移动，而轴滑动台面在垂直轴方向移动。
11.水平臂移动型
(Moving arm horizotal arm type)
水平臂移动型，轴悬臂在水平方向移动，支撑水平臂的厢形架沿着支柱在轴方向移动，而支柱垂直轴。
支柱沿着水平面的导槽在轴方向移动，且垂直轴和轴，故不适合高精度的测量。
除非水平臂在伸出或回收时，对因重量而造成的误差有所补偿。
目前应用在车辆检验工作。
12.闭环桥架型
(Ring bridge type)
闭环桥架型，由于它的驱动方式在工作台中心，可减少因桥架移动所造成冲击，为所有三坐标测量仪中最稳定的一种。
