畢業(yè)設(shè)計(jì)--三坐標(biāo)測量機(jī)原理及應(yīng)用

1、<p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)原理及應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)是近40年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域中。它可以進(jìn)行零件和部件的尺寸、形狀及相 互位置的檢測。如箱體、導(dǎo)軌、渦輪和葉片、缸體、凸輪、形體等空間型面的測量。此外，還可以用于劃線、定中心

2、孔、光刻集成電路等，并可對連續(xù)曲面進(jìn)行掃描及制備數(shù)控機(jī)床的 加工程序等。由于它的通用性強(qiáng)、測量范圍大、精度高、效率好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接，已成為一類大型精密儀器，故有“測量中心”之稱。三坐標(biāo)測量機(jī)在模具行業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是一種設(shè)計(jì)開發(fā)、檢測、統(tǒng)計(jì)分析的現(xiàn)代化的智能工具，更是模具產(chǎn)品無與倫比的質(zhì)量技術(shù)保障的有效工具。當(dāng)今主要使用的三坐標(biāo)測量機(jī)有橋式測量機(jī)、龍門式測量機(jī)、水平臂式測量機(jī)和便攜式測量機(jī)。測量方式大致可分為接觸式與非接

3、觸式兩種。</p><p>　　關(guān)鍵詞　三坐標(biāo)測量機(jī) 傳感器 三維 光柵尺</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 三坐標(biāo)測量機(jī)簡介</p><p>　　第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的意義............................3</p><p>　

4、　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的研究現(xiàn)狀........................4</p><p>　　第二章 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)</p><p>　　第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成............................5</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)。。。........................6</p>

5、<p>　　第三章 三坐標(biāo)測量機(jī)的分類及測量方法</p><p>　　第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的分類 ...........................8</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量方法........................9</p><p>　　第四章 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展</p><p>　　

6、第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用...........................10</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的發(fā)展...........................13</p><p>　　結(jié)束語 ...............................................15</p><p>　　參考文獻(xiàn) .........

7、....................................16</p><p><b>　　三坐標(biāo)測量機(jī)簡介</b></p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)指在一個(gè)六面體的空間范圍內(nèi)，能夠表現(xiàn)幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，又稱為三坐標(biāo)測量儀或三次元。三坐標(biāo)測量機(jī)作為現(xiàn)代大型精密測量儀器已有40多年的歷史，20世紀(jì)60年代以來，隨著機(jī)床、機(jī)械，汽車、

8、航空航天和電子工業(yè)的興起，各種復(fù)雜零件的研制急需先進(jìn)的檢測儀器對其檢測；同時(shí)，隨著產(chǎn)品更新節(jié)奏的加快，對產(chǎn)品檢測速度的要求也越來越高，三坐標(biāo)測量機(jī)正是集合了這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，得以在測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)量軟件技術(shù)的引入，三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域愈加寬廣，己經(jīng)越來越顯示出它的重要性和廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的意義</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)

9、出現(xiàn)以前，空間三維尺寸的測量多采用高度尺和量規(guī)等通用量具進(jìn)行測量；或者采用專用的量規(guī)、心軸、驗(yàn)棒等測量工具測量孔軸及其相互位置和精度，這些測量方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，精度上也不易保證。 </p><p>　　20世紀(jì)60年代以來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，特別是機(jī)床、機(jī)械、汽車、航空航天和電子工業(yè)的興起，研制的各種復(fù)雜零件急需先進(jìn)的檢測技術(shù)和儀器對其進(jìn)行檢測，因而體現(xiàn)三維測量的三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并得以迅速發(fā)展和廣泛

10、應(yīng)用。三維測量正是基于以下客觀需求而發(fā)展起來的[1]。</p><p>　　1)越來越多的工件需要進(jìn)行空間的測量，傳統(tǒng)的測量方法不能滿足生產(chǎn)需要。</p><p>　　2)由于機(jī)械加工、數(shù)控機(jī)床加工及自動(dòng)加工線的發(fā)展，生產(chǎn)節(jié)拍的加快，加工零件的時(shí)間越來越短，要求加快對復(fù)雜工件的檢測。</p><p>　　3)隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，加工精度不斷提高，測量除了需要在計(jì)量室

11、進(jìn)行外，還需要在加工車間中進(jìn)行，或?qū)y量機(jī)直接串接到生產(chǎn)線；檢測的零件數(shù)量大，需要各種精度的測量機(jī)，以滿足生產(chǎn)的需要。</p><p>　　4)反向工程的需要，隨著模具生產(chǎn)的發(fā)展，往往按制好的工件模型去仿制模具，故需要三維掃描測量工件的輪廓曲線和數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)編制加工的程序。綜上所述，三坐標(biāo)測量機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)量儀器從古典的手動(dòng)方式向現(xiàn)代化的自動(dòng)測試技術(shù)過渡的里程碑，三坐標(biāo)測量機(jī)對三維測量起著重要的作用。<

12、/p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　世界上第一臺(tái)測量機(jī)是在1959年由英國制造的。現(xiàn)在，國內(nèi)外的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。根據(jù)國際專業(yè)咨詢公司統(tǒng)計(jì)，三坐標(biāo)測量機(jī)的銷售增長率在7%~25%。目前，國內(nèi)外三坐標(biāo)測量機(jī)正迅速發(fā)展，世界上生產(chǎn)測量機(jī)的廠商已超過50家，品種規(guī)格也已達(dá)300種以上。</p><p>　　（1）國外概況 國外三坐標(biāo)測量機(jī)

13、生產(chǎn)廠家較多，系列品種很多，大多數(shù)都有劃線功能。著名的國外生產(chǎn)廠家有德國的蔡司（Zeiss）和萊茨（Leitz）、意大利的DEA、美國的布朗-夏普（Brown&Sharpe）、日本的三豐（Mitutoyo）等公司。</p><p>　　總的來說，國外機(jī)器有以下特點(diǎn)：1.絕大多數(shù)機(jī)器總體布局為懸臂式，空間敞開性好，便于安裝大的零件或整車；2.采用AutoCAD和有限元法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)較合理，造型優(yōu)美；3

14、.專項(xiàng)開發(fā)力量強(qiáng)，專用軟件和附件較多，能滿足更多用戶的特殊需要；4.移動(dòng)構(gòu)件多數(shù)用合金鋁材，移動(dòng)件質(zhì)量盡可能小，做到高剛性、低慣性；5.配有21項(xiàng)誤差補(bǔ)償軟件，可以廉價(jià)地提高機(jī)器精度；6.配有32位DSP連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)，它是一種性能優(yōu)于CPU的數(shù)據(jù)信號處理器，是超大規(guī)模集成電路。它除了有較高的運(yùn)算和控制功能外，還有內(nèi)部存儲(chǔ)的許多可供開發(fā)的高級語言程序；7.絕大多數(shù)機(jī)器采用Renishaw公司（英國）的電測頭，功能齊全，質(zhì)量可靠；8.配

15、有功能齊全的控制測量軟件、專用和誤差修正軟件；9.機(jī)器的性能高度穩(wěn)定可靠，使用壽命長；10.三坐標(biāo)測量機(jī)與計(jì)算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)；11.三坐標(biāo)測量及技術(shù)近十多年來突飛猛進(jìn)發(fā)展，特別是數(shù)控系統(tǒng)和測量軟件每二三年便更新一代；12.系列品種齊全，“三化”（即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）程度高。</p><p>　?。?）國內(nèi)概況 我國自20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)、研制三坐標(biāo)測量機(jī)以來，也有了很大發(fā)展。國內(nèi)引進(jìn)較多的是

16、Zeiss、Brown&Sharpe、Leitz、EDA等公司的產(chǎn)品。而國內(nèi)的生產(chǎn)單位也已經(jīng)有了很大的發(fā)展，主要的生產(chǎn)廠家中有中國航空精密機(jī)械研究所、青島前哨英柯發(fā)測量設(shè)備有限公司、上海機(jī)床廠、北京機(jī)床研究所、哈爾濱量具刃具廠、昆明機(jī)床廠和新天光儀器廠等?，F(xiàn)在，我國具有年產(chǎn)幾百臺(tái)各種型號三坐標(biāo)測量機(jī)的能力。</p><p>　　國內(nèi)三坐標(biāo)測量及近十年來發(fā)展也較快，但同國外相比還有一定差距，主要有以下幾方面

17、：系列品種較少，“三化”程度低；新產(chǎn)品開發(fā)周期長，主要原因是原件和材料配套難；機(jī)加工周期長等；產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差，特別是電控系統(tǒng)，可靠性較差，故障率較高，壽命相對低，此外軟件功能相對少些，特別是專用軟件更少，與計(jì)算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)問題，僅有極少數(shù)測量機(jī)剛剛起步，多數(shù)機(jī)器還沒開始這項(xiàng)工作，有待進(jìn)一步開發(fā)研究。</p><p>　　第二章 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)</p><p>　　第一

18、節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)的主要組成：</p><p>　　1， 主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z 三軸或其它）；</p><p><b>　　2， 測頭系統(tǒng)；</b></p><p>　　3， 電氣控制硬件系統(tǒng)；</p><p>　　4， 數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（測量軟件）；&l

19、t;/p><p>　　1—工作臺(tái) 2—移動(dòng)橋架 3—中央滑架 4—Z 軸 5—測頭 6—電子系統(tǒng) 7—輔助氣源</p><p>　　一 主機(jī)結(jié)構(gòu)分為：</p><p>　　1、框架，是指測量機(jī)的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)架子。它是工作臺(tái)、立柱、橋框、殼體等機(jī)械結(jié)構(gòu)的集合體；</p><p>　　2、標(biāo)尺系統(tǒng)，是測量機(jī)的重要組成部分，是決定儀器精度的一個(gè)重要環(huán)

20、節(jié)。三坐標(biāo)測量機(jī)所用的標(biāo)尺有線紋尺、精密絲桿、感應(yīng)同步器、光柵尺、磁尺及光波波長等。該系統(tǒng)還應(yīng)包括數(shù)顯電氣裝置。</p><p>　　3、導(dǎo)軌，是測量機(jī)實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)的重要部件。測量機(jī)多采用滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，而以氣浮靜壓導(dǎo)軌為主要形式。氣浮導(dǎo)軌由導(dǎo)軌體和氣墊組成，有的導(dǎo)軌體和工作臺(tái)合二為一。氣浮導(dǎo)軌還應(yīng)包括氣源、穩(wěn)壓器、過濾器、氣管、分流器等一套氣體裝置。</p><p>　

21、　4、驅(qū)動(dòng)裝置，是測量機(jī)的重要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)和程序控制伺服運(yùn)動(dòng)的功能。在測量機(jī)上一般采用的驅(qū)動(dòng)裝置有絲桿絲母、滾動(dòng)輪、鋼絲、齒形帶、齒輪齒條、光軸滾動(dòng)輪等傳動(dòng)，并配以伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。直線馬達(dá)驅(qū)動(dòng)正在增多。</p><p>　　5、平衡部件，主要用于Z軸框架結(jié)構(gòu)中。它的功能是平衡Z軸的重量，以使Z軸上下運(yùn)動(dòng)時(shí)無偏得干擾，使檢測時(shí)Z向測力穩(wěn)定。如更換Z軸上所裝的測頭時(shí)，應(yīng)重新調(diào)節(jié)平衡力的大小，以達(dá)到新的平衡。Z軸

22、平衡裝置有重錘、發(fā)條或彈簧、氣缸活塞桿等類型。</p><p>　　6、轉(zhuǎn)臺(tái)與附件，轉(zhuǎn)臺(tái)是測量機(jī)的重要元件，它使測量機(jī)增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的自由度，便于某些種類零件的測量。轉(zhuǎn)臺(tái)包括分度臺(tái)、單軸回轉(zhuǎn)臺(tái)、萬能轉(zhuǎn)臺(tái)（二軸或三軸）和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)等。用于坐標(biāo)測量機(jī)的附件很多，視需要而定。一般指基準(zhǔn)平尺、角尺、步距規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)球體（或立方體）、測微儀及用于自檢的精度檢測樣板等。</p><p>　　二 三維測

23、頭即是三維測量的傳感器，它可在三個(gè)方向上感受瞄準(zhǔn)信號和微小位移，以實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)與測微兩種功能。測量的測頭主要有硬測頭、電氣測頭、光學(xué)測頭等，此外還有測頭回轉(zhuǎn)體等附件。測頭有接觸式和非接觸式之分。按輸出的信號分，有用于發(fā)信號的觸發(fā)式測頭和用于掃描的瞄準(zhǔn)式測頭、測微式測頭。</p><p>　　三 電氣系統(tǒng)分為：</p><p>　　1、電氣控制系統(tǒng)是測量機(jī)的電氣控制部分。它具有單軸與多軸聯(lián)動(dòng)控

24、制、外圍設(shè)備控制、通信控制和保護(hù)與邏輯控制等。</p><p>　　2、計(jì)算機(jī)硬件部分，三坐標(biāo)測量機(jī)可以采用各種計(jì)算機(jī)，一般有PC機(jī)和工作站等。</p><p>　　3、測量機(jī)軟件，包括控制軟件與數(shù)據(jù)處理軟件。這些軟件可進(jìn)行坐標(biāo)交換與測頭校正，生成探測模式與測量路徑，可用于基本幾何元素及其相互關(guān)系的測量，形狀與位置誤差測量，齒輪，螺紋與凸輪的測量，曲線與曲面的測量等。具有統(tǒng)計(jì)分析、誤差補(bǔ)償

25、和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。</p><p>　　4、打印與繪圖裝置，此裝置可根據(jù)測量要求，打印出數(shù)據(jù)、表格，亦可繪制圖形，為測量結(jié)果的輸出設(shè)備。</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料對其測量精度、性能有很大影響，隨著各種新型材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用，三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料也越來越多，性能也越來越好。常見的結(jié)構(gòu)材料主要有以下

26、幾種：</p><p><b>　　1 鑄鐵 </b></p><p>　　鑄鐵是應(yīng)用較為普遍的一種材料，主要用于底座、滑動(dòng)與滾動(dòng)導(dǎo)軌、立柱、支架、床身等。它的優(yōu)點(diǎn)是：變形小、耐磨性好、易于加工、成本較低、線膨脹系數(shù)與多數(shù)被測件（鋼件）接近，是早期三坐標(biāo)測量機(jī)廣泛使用的材料。至今在有些測量機(jī)上仍主要用鑄鐵材料。</p><p>　　但鑄鐵也有缺

27、點(diǎn)：易受腐蝕，耐磨性低于花崗石，強(qiáng)度不高。目前鑄鐵主要用在劃線機(jī)等測量機(jī)上?，F(xiàn)在越來越多地為其它材料（如鋼板焊件、花崗石）代替。</p><p><b>　　2鋼</b></p><p>　　鋼主要用于外殼、支架等結(jié)構(gòu)，有的測量機(jī)底座也采用鋼。一般采用低碳鋼，而且必須要進(jìn)行熱處理。鋼的優(yōu)點(diǎn)是剛性和強(qiáng)度好。它的缺點(diǎn)是容易變形，這是因?yàn)殇撛诩庸ぶ?，?nèi)部的殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致

28、變形。鋼材料的又一優(yōu)點(diǎn)是可用焊接件。在80年代初期焊接件成功地應(yīng)用于測量機(jī)及機(jī)器人。與鑄鐵件相比較，焊接件有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）焊接構(gòu)件經(jīng)過充分地人工時(shí)效后可獲得較高的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）能獲得較高剛度，設(shè)計(jì)的靈活性比鑄件要好，鋼構(gòu)件比鑄鐵輕</p><p>　?。?）、焊接件的尺寸可以得到很好的控制。成批生產(chǎn)條件下，靠夾具保證焊接

29、件的尺寸；在單件或小批量生產(chǎn)時(shí)則靠工人的技術(shù)掌握</p><p><b>　　3 花崗巖</b></p><p>　　花崗石比鋼輕，比鋁重，是目前應(yīng)用較為普遍的一種材料?；◢弾r的主要優(yōu)點(diǎn)是變形小、穩(wěn)定性好、不生銹，易于作平面加工，易于達(dá)到比鑄鐵更高的平面度，適合制作高精度的平臺(tái)與導(dǎo)軌?；◢徥泊嬖诓簧偃秉c(diǎn)，主要是：雖然可以用粘貼的方法制成空心結(jié)構(gòu)，但較麻煩；實(shí)心結(jié)構(gòu)質(zhì)

30、量大，不易加工，特別是螺釘孔和光孔難以加工，不能將磁力表架吸附到其上，造價(jià)高于鑄鐵；花崗石材質(zhì)較脆，粗加工時(shí)容易崩邊；遇水會(huì)產(chǎn)生微量變形。使用中應(yīng)注意防水防潮，禁止用混水的清洗劑擦拭花崗石表面，也應(yīng)防止靜壓氣體中的水分對導(dǎo)軌的影響。</p><p><b>　　4鋁</b></p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)主要是使用高強(qiáng)度鋁合金。這是近幾年發(fā)展最快的新型材料。<

31、/p><p>　　鋁材料的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、變形小、導(dǎo)熱性能好，并且能進(jìn)行焊接，適合作測量機(jī)上的許多部件。應(yīng)用高強(qiáng)度鋁合金是目前的主要趨勢</p><p>　　第三章 三坐標(biāo)測量機(jī)的類型及測量方法</p><p><b>　　三坐標(biāo)測量機(jī)的類型</b></p><p>　　常見三坐標(biāo)測量機(jī)的類型有復(fù)合式，便攜式。<

32、/p><p>　　一，復(fù)合式三坐標(biāo)測量機(jī)的特點(diǎn)：</p><p>　　具有所有傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量機(jī)的接觸式探頭點(diǎn)測功能和非接觸式光學(xué)三維掃描功能；</p><p>　　微型三維掃描儀質(zhì)量不超過500克，可以很方便的安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)的先端，和測頭平行  使用；</p><p>　　微型三維掃描儀精度高，單次掃描精度為0.01-0.

33、02mm；</p><p>　　無需標(biāo)志點(diǎn)，數(shù)據(jù)全自動(dòng)拼接；可測量范圍大，可掃描大型物體,如汽車的模型；</p><p>　　復(fù)合式三坐標(biāo)測量機(jī)既具有點(diǎn)測功能，又具備面掃描能力；</p><p>　　非接觸式掃描物體，單次掃描可得到130萬個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)質(zhì)量高；</p><p>　　二，便攜式三坐標(biāo)測量機(jī)的特點(diǎn)： </p>

34、<p>　　獲得專利的主軸無限旋轉(zhuǎn)技術(shù)，允許檢測難以到達(dá)的區(qū)域。 </p><p>　　2. 利用配備橋式測量機(jī)的TESA動(dòng)態(tài)多線式測頭，幫助你獲得無以超越的測量性能。碳纖維測頭可以進(jìn)行測頭的自動(dòng)識別。 </p><p>　　3. 新型、更小尺寸、更便于把握的把手，具備LED工作燈和一個(gè)整合的數(shù)碼相機(jī)，允許操作人員對測量的初始化進(jìn)行圖形化建檔。 </p><

35、p>　　4. 新型無限旋轉(zhuǎn)把手 – 可在肘部和前臂進(jìn)行把手的旋轉(zhuǎn)，提供了兩個(gè)低摩擦的把手位置，更加符合人體工程設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)把手允許測量系統(tǒng)在操作者手中“游動(dòng)”，能夠達(dá)到最好的精度并減少操作人員的疲勞。 </p><p>　　5. Heidenhain編碼器，根據(jù)我們的特定要求定制，提供了“寬軌跡”軸承支撐，提高了系統(tǒng)的性能。 </p><p>　　6. 先進(jìn)的碳纖維臂身，堅(jiān)固、重量輕、

36、溫度穩(wěn)定性好，并提供了貫穿整個(gè)產(chǎn)品使用周期的長久保證。 </p><p>　　7. 提升性能、小尺寸的Zero-G平衡系統(tǒng)，減少了操作人員的疲勞，提供了在所有位置毫不費(fèi)力的控制，包括中心線上下。 </p><p>　　8. 經(jīng)過改進(jìn)的802.11g WIFI連接 — 相對蘭牙技術(shù)，信息傳送可以6倍更廣、50倍更快 — 允許操作人員把電腦放置在最方便的位置。 </p><

37、p>　　9. 鋰電池允許現(xiàn)場檢測，不需要交流電源或者電纜。采用密封電池罩避免電池箱進(jìn)灰塵，以及意外的電池移動(dòng)。 </p><p>　　10. 快速固定型測頭保護(hù)套，用于存放系統(tǒng)三個(gè)備用測頭，并使得測頭更換安全與快速。</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量方法.</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)按測量方法分類有：</p><p>

38、;　　接觸式探針測量三坐標(biāo)測量儀（最常用使用最普遍）；</p><p>　　影像復(fù)合式三坐標(biāo)測量儀；</p><p>　　激光復(fù)合式三坐標(biāo)測量儀（主要應(yīng)用于產(chǎn)品測量與逆向抄數(shù)掃描）。</p><p>　　其中，接觸測量方式常用于機(jī)加工產(chǎn)品、壓制成型產(chǎn)品、金屬膜等的測量。為了分析工件加工數(shù)據(jù)，或?yàn)槟嫦蚬こ烫峁┕ぜ夹畔?，?jīng)常需要用三坐標(biāo)測量機(jī)對被測工件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)

39、掃描。三坐標(biāo)測量機(jī)的掃描操作是應(yīng)用DMIS程序在被測物體表面的特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)采集，該區(qū)域可以是一條線、一個(gè)面片、零件的一個(gè)截面、零件的曲線或距邊緣一定距離的周線等。將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，可獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和位置?；驹砭褪峭ㄟ^探測傳感器（探頭）與測量空間軸線運(yùn)動(dòng)的配合，對被測幾何元素進(jìn)行離散的空間點(diǎn)位置的獲取，然后通過一定的數(shù)學(xué)計(jì)算，完成對所測得點(diǎn)

40、（點(diǎn)群）的分析擬合，最終還原出被測的幾何元素，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算其與理論值（名義值）之間的偏差，從而完成對被測零件的檢驗(yàn)工作。</p><p>　　正確使用三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　工件吊裝前，要將探針退回坐標(biāo)原點(diǎn)，為吊裝位置預(yù)留較大的空間；工件吊裝要平穩(wěn)，不可撞擊三坐標(biāo)測量機(jī)任何構(gòu)件。</p><p>　　正確安裝零件，安裝前確保符合零件與測

41、量機(jī)的等溫要求。</p><p>　　建立正確的坐標(biāo)系，保證所建的坐標(biāo)系符合圖紙的要求，才能確保所測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。 </p><p>　　當(dāng)編好程序自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，要防止探針與工件的干涉，故需注意要增加拐點(diǎn)。</p><p>　　第四章 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展</p><p>　　第一節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用</p><p&g

42、t;　　制造業(yè)中的質(zhì)量目標(biāo)在于將零件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)要求保持一致。但是，保持生產(chǎn)過程的一致性要求對制造流程進(jìn)行控制。建立和保持制造流程一致性最為有效的方法是準(zhǔn)確地測量工件尺寸，獲得尺寸信息后，分析和反饋數(shù)據(jù)到生產(chǎn)過程中，使之成為持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效工具。</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)是測量和獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一，因?yàn)樗梢源娑喾N表面測量工具及昂貴的組合量規(guī)，并把復(fù)雜的測量任務(wù)所需時(shí)間從小時(shí)減到分鐘，

43、并快速準(zhǔn)確地評價(jià)尺寸數(shù)據(jù)，為操作者提供關(guān)于生產(chǎn)過程狀況的有用信息。</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)在模具行業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)在模具行業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是一種設(shè)計(jì)開發(fā)、檢測、統(tǒng)計(jì)分析的現(xiàn)代化的智能工具，更是模具產(chǎn)品無與倫比的質(zhì)量技術(shù)保障的有效工具。當(dāng)今主要使用的三坐標(biāo)測量機(jī)有橋式測量機(jī)、龍門式測量機(jī)、水平臂式測量機(jī)和便攜式測量機(jī)。測量方式大致可分為接觸式與非接

44、觸式兩種，目前Metris LK的測量機(jī)在兩項(xiàng)技術(shù)上位居世界前列。</p><p>　　模具的型芯型腔與導(dǎo)柱導(dǎo)套的匹配如果出現(xiàn)偏差，可以通過三坐標(biāo)測量機(jī)找出偏差值以便糾正。在模具的型芯型腔輪廓加工成型后，很多鑲件和局部的曲面要通過電極在電脈沖上加工成形，從而電極加工的質(zhì)量和非標(biāo)準(zhǔn)的曲面質(zhì)量成為模具質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，用三坐標(biāo)測量機(jī)測量電極的形狀必不可少。 三坐標(biāo)測量機(jī)可以應(yīng)用3D數(shù)模的輸入，將成品模具與數(shù)模上的定位

45、、尺寸、相關(guān)的形位公差、曲線、曲面進(jìn)行測量比較，輸出圖形化報(bào)告，直觀清晰的反映模具質(zhì)量，從而形成完整的模具成品檢測報(bào)告。 在某些模具使用了一段時(shí)間出現(xiàn)磨損要進(jìn)行修正，但又無原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(即數(shù)模)的情況下，可以用截面法采集點(diǎn)云，用規(guī)定格式輸出，探針半徑補(bǔ)償后造型，從而達(dá)到完好如初的修復(fù)效果。</p><p>　　當(dāng)一些曲面輪廓既非圓弧，又非拋物線，而是一些不規(guī)則的曲面時(shí)，可用油泥或石膏手工做出曲面作為底胚。然后用三

46、坐標(biāo)測量機(jī)測出各個(gè)截面上的截線、特征線和分型線，用規(guī)定格式輸出，探針半徑補(bǔ)償后造型，在造型過程中圓滑曲線，從而設(shè)計(jì)制造出全新的模具。</p><p>　　? 三坐標(biāo)測量機(jī)以其高精度高柔性以及優(yōu)異的數(shù)字化能力，成為現(xiàn)代制造業(yè)尤其是模具工業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)、加工制造和質(zhì)量保證的重要手段。我側(cè)重談一下測量機(jī)對于模具工業(yè)的兩個(gè)重要作用。</p><p>　　第一、測量機(jī)能夠?yàn)槟＞吖I(yè)提供質(zhì)量保證，是模具

47、制造企業(yè)測量和檢測的最好選擇。測量機(jī)在處理不同工作方面的靈活性以及自身的高精度，使其成為一個(gè)仲裁者。在為過程控制提供尺寸數(shù)據(jù)的同時(shí)，測量機(jī)可提供入廠產(chǎn)品檢驗(yàn)、機(jī)床的校驗(yàn)、客戶質(zhì)量認(rèn)證、量規(guī)檢驗(yàn)、加工試驗(yàn)以及優(yōu)化機(jī)床設(shè)置等附加性能。高度柔性的三坐標(biāo)測量機(jī)可以配置在車間環(huán)境，并直接參與到模具加工、裝配、試模、修模的各個(gè)階段，提供必要的檢測反饋，減少返工的次數(shù)并縮短模具開發(fā)周期，從而最終降低模具的制造成本并將生產(chǎn)納入控制。</p>

48、<p>　　第二、測量機(jī)具備強(qiáng)大的逆向工程能力，是一個(gè)理想的數(shù)字化工具。通過不同類型測頭和不同結(jié)構(gòu)形式測量機(jī)的組合，能夠快速、精確的獲取工件表面的三維數(shù)據(jù)和幾何特征，這對于模具的設(shè)計(jì)、樣品的復(fù)制、損壞模具的修復(fù)特別有用。此外，測量機(jī)還可以配備接觸式和非接觸式掃描測頭，并利用PC-DMIS測量軟件提供的強(qiáng)大的掃描功能，完成具備自由曲面形狀特征的復(fù)雜工件CAD模型的復(fù)制。無需經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換，可以被各種CAD軟件直接識別和編程，從

49、而大大提高了模具設(shè)計(jì)的效率。</p><p>　　具體來說，在模具制造企業(yè)中應(yīng)用測量機(jī)完成設(shè)計(jì)和檢測任務(wù)時(shí)，要密切關(guān)注測量基準(zhǔn)的選擇、測頭的標(biāo)定和選擇、測點(diǎn)數(shù)及測量位置的規(guī)劃、坐標(biāo)系的建立、環(huán)境的影響、局部幾何特征的影響、CNC控制參數(shù)等多方面的因素。這當(dāng)中的每一個(gè)因素，都足以影響測量結(jié)果的精確和效率。</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用</p><p&g

50、t;　　坐標(biāo)測量機(jī)是通過測頭系統(tǒng)與工件的相對移動(dòng)，探測工件表面點(diǎn)三維坐標(biāo)的測量系統(tǒng)。通過將被測物體置于三坐標(biāo)測量機(jī)的測量空間，利用接觸或非接觸探測系統(tǒng)獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，由軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，求出待測的幾何尺寸和形狀、位置。因此，坐標(biāo)測量機(jī)具備高精度、高效率和萬能性的特點(diǎn)，是完成各種汽車零部件幾何量測量與品質(zhì)控制的理想解決方案。 汽車零部件具有品質(zhì)要求高、批量大、形狀各異的特點(diǎn)。根據(jù)不同的零部

51、件測量類型，主要分為箱體、復(fù)雜形狀和曲線曲面三類，每一類相對測量系統(tǒng)的配置是不盡相同的，需要從測量系統(tǒng)的主機(jī)、探測系統(tǒng)和軟件方面進(jìn)行相互的配套與選擇。</p><p>　　測量系統(tǒng)的主機(jī)： 橋式測量機(jī)是實(shí)現(xiàn)汽車零部件測量的主力軍。這其中，在全球安裝超過7500臺(tái)的GLOBAL系列測量機(jī)汽車零部件領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用</p><p>　　探測系統(tǒng)： 測量機(jī)是探測工件表面點(diǎn)三維坐標(biāo)的測量系統(tǒng)，因

52、此能夠以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集，是坐標(biāo)測量系統(tǒng)完成被測工件測量與分析的關(guān)鍵。目前，除了應(yīng)用最多的觸發(fā)式測頭完成箱體類零部件的測量任務(wù)外，各種接觸式掃描測頭、非接觸光學(xué)測頭和激光掃描測頭也在更多的被汽車零部件業(yè)界的用戶所采用，完成復(fù)雜形狀零部件的測量，功能更強(qiáng)，效率更高。 軟件系統(tǒng)：軟件正成為反映測量系統(tǒng)憂劣的重要指標(biāo)，軟件的易用性、對于尺寸和形狀的評價(jià)能力、以及強(qiáng)大的CAD功能、可定制的報(bào)告輸出和系統(tǒng)的擴(kuò)充性能，能夠大大提升對

53、汽車零部件供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量，以及作為優(yōu)秀供應(yīng)商的能力，需要重點(diǎn)了解和考慮。</p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用 </p><p>　　在現(xiàn)代制造業(yè)中，高精度的綜合測量機(jī)越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，使產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)和關(guān)鍵漸漸由最終檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化為對制造流程進(jìn)行控制，通過信息反饋對加工設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。 發(fā)動(dòng)機(jī)是由許多各種形狀

54、的零部件組成，這些零部件的制造質(zhì)量直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命。因此，需要在這些零部件生產(chǎn)中進(jìn)行非常精密的檢測，以保證產(chǎn)品的精度及公差配合。在現(xiàn)代制造業(yè)中，高精度的綜合測量機(jī)越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，使產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)和關(guān)鍵漸漸由最終檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化為對制造流程進(jìn)行控制，通過信息反饋對加工設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。 </p><p>　　在傳統(tǒng)測量方法選擇上，人們主要依靠兩種

55、測量手段完成對箱體類工件和復(fù)雜幾何形狀工件的測量，即：通過三坐標(biāo)測量機(jī)執(zhí)行箱體類工件的檢測；通過專用測量設(shè)備，例如專用齒輪檢測儀、專用凸輪檢測設(shè)備等完成具有復(fù)雜幾何形狀工件的測量。因此對于從事生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀工件的企業(yè)來說，完成上述產(chǎn)品的質(zhì)量控制企業(yè)不僅需要配置通用測量設(shè)備，例如三坐標(biāo)測量機(jī)，通用標(biāo)準(zhǔn)量具、量儀，同時(shí)還需要配置專用檢測設(shè)備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導(dǎo)致企業(yè)的計(jì)量部門需要配置多類型的計(jì)量

56、設(shè)備和從事計(jì)量操作的專業(yè)檢測人員，計(jì)量設(shè)備使用率較低，同時(shí)企業(yè)負(fù)擔(dān)較高的計(jì)量人員的培訓(xùn)費(fèi)用和計(jì)量設(shè)備使用和維護(hù)費(fèi)用；企業(yè)無法實(shí)現(xiàn)柔性、通用計(jì)量檢測。因此，降低企業(yè)的測量成本，計(jì)量人員的培訓(xùn)費(fèi)用，測量設(shè)備的使用和維修費(fèi)用，達(dá)到提高測量檢測效率的目的，使企業(yè)具備生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制能力，這將關(guān)系到企業(yè)在市場活動(dòng)中的應(yīng)變能力，對幫助企業(yè)建立并維護(hù)良好的市場信譽(yù)，具有重要的決定作用。</p><p>　　第二節(jié) 三坐標(biāo)

57、測量機(jī)的發(fā)展</p><p>　　坐標(biāo)測量機(jī)是近30年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，它廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造，電子，汽車和航空航天等工業(yè)中。它可以進(jìn)行零件和部件的尺寸，形狀及相互位置的檢測，例如箱體，導(dǎo)軌，渦輪和葉片，缸體，凸輪，齒輪，形體等空間型面的測量，此外還可用于劃線，定中心孔，光刻集成線路等，并可對連續(xù)曲面進(jìn)行掃描及制備數(shù)控機(jī)床的加工程序等。由于它通用性強(qiáng)，測量范圍大，精度高，效率高，性能好，能與

58、柔性制造系統(tǒng)相連接，已成為一類大型精密儀器，故有"測量中心”之稱。 </p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)作為現(xiàn)代大型精密儀器，已越來越顯示出它的重要性和廣闊發(fā)展前景。它可方便的進(jìn)行空間三維尺寸的測量，可以實(shí)現(xiàn)在線檢測及自動(dòng)化測量.它的優(yōu)點(diǎn)是：1.通用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)點(diǎn)位的測量，方便的測出各種零件的三維輪廓尺寸和位置精度2.測量精確可靠3.可方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與程序控制。</p><

59、p>　　從目前國內(nèi)外三坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展情況和科技、生產(chǎn)對三坐標(biāo)測量機(jī)提出的要求看，在今后一段時(shí)期內(nèi)，它的主要發(fā)展趨勢可以概括為以下幾方面。</p><p><b>　　（1）普及高速測量</b></p><p>　　質(zhì)量與效率一直是衡量各種機(jī)器性能、生產(chǎn)過程優(yōu)劣的兩項(xiàng)主要指標(biāo)。傳統(tǒng)的概念是為了保證測量精度，測量速度不宜過高。隨著生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快，用戶在要求測量機(jī)保

60、證測量精度的同時(shí)，會(huì)對CMM的測量速度提出越來越高的要求。而提高測量機(jī)測量速度這一目的，會(huì)為CMM帶來以下幾個(gè)方面的革新。測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及材料的變化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提高剛性，減輕運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量；使用輕質(zhì)材料來降低運(yùn)動(dòng)慣性，即由普通使用的花崗石等傳統(tǒng)材料轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏扰c楊氏模數(shù)之比低的材料、薄壁空心結(jié)構(gòu)等。鋁、陶瓷、人工合成材料在測量機(jī)中獲得了越來越多的應(yīng)用；高速的動(dòng)態(tài)性能要求提高動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力，動(dòng)態(tài)誤差與測量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)程有關(guān)。在研

61、究這些特性的基礎(chǔ)上，既可以改進(jìn)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)性能，又可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償，在實(shí)現(xiàn)高速測量的同時(shí)保證高精度；采用非接觸式測頭測量方式，在觸測情況下，由于工件與測頭的接觸速度不能太大，這就給測量速度帶來了很大的限制。掃描測量方式雖比點(diǎn)位測量方式效率高得多，但仍受觸測的限制。采用非接觸測頭，可避免頻繁加速、減速、碰撞等，大大提高測量速度。特別從對可靠性與安全保護(hù)提出更高要求看，非接觸測頭也有很大的</p><

62、;p>　?。?) 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用 </p><p>　　為確?？煽扛咚俚臏y量功能，國外十分重視研究機(jī)體原材料的選用，最近在傳統(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼基礎(chǔ)上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料。世界上的主要三坐標(biāo)測量機(jī)制造廠商，大都采用了重量輕、剛性好、導(dǎo)熱性強(qiáng)的合金材料，來制造測量機(jī)上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部件。鋁合金、陶瓷材料以及各種合成材料在三坐標(biāo)測量機(jī)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>

63、　?。?）軟件技術(shù)的革新</p><p>　　測量機(jī)的功能主要由軟件決定。三坐標(biāo)測量機(jī)的操作、使用的方便性，也首先取決于軟件，測量機(jī)每一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展，都必須有相應(yīng)配套的軟件技術(shù)跟上。為了將三坐標(biāo)測量機(jī)納入生產(chǎn)線，需要發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)通信、建模、CAD、實(shí)現(xiàn)反向工程的軟件；按樣條函數(shù)、NURSB 等進(jìn)行擬合、建模</p><p>　　以及各種仿真軟件也在不斷發(fā)展。此外，加快普及使用通用測量軟件（

64、CMIS）以方便與.CAD/CAM的數(shù)據(jù)交換；同時(shí)完善應(yīng)用于不同類型工件之專用測量軟件的開發(fā)和使用，最終形成基于同一種平臺(tái)開發(fā)的測量軟件族也成為軟件革新的一種必然趨勢。</p><p><b>　　結(jié)束語：</b></p><p>　　三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、高精度測量系統(tǒng)在先進(jìn)制造技術(shù)與科學(xué)研究中有極廣泛的應(yīng)用。它首先將各種幾何元素的測量轉(zhuǎn)化為這

65、些幾何元素上一些點(diǎn)集坐標(biāo)位置的測量。在測得這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置后 ,再由軟件按一定的評定準(zhǔn)則算出這些幾何元素的尺寸、形狀、相對位置等。這一工作原理 ,使三坐標(biāo)測量機(jī)具有很大的通用性與柔性。從原理上說 ,它可以測量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)?？萍寂c生產(chǎn)的發(fā)展對三坐標(biāo)測量機(jī)不斷提出新的、更高的要求 。未來的世界，三坐標(biāo)測量機(jī)有很深的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b>&l

66、t;/p><p>　　[1]郭霞,彭東明.祖江嵩,畢勇,劉紅軍.三坐標(biāo)測量機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[J]. 航空精密制造術(shù),2004,10:0010-0013.</p><p>　　[2]楊洪濤,劉勇,費(fèi)業(yè)泰.陳曉懷.三坐標(biāo)測量機(jī)氣浮導(dǎo)軌引起的動(dòng)態(tài)誤差[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2001,2: 1000-1646</p><p>　　[3]張春梅,馮永濤,彭東明.三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸平衡

67、系統(tǒng)綜述[J]. 航空精密制造技術(shù),2003,8:1003-5451.</p><p>　　[4]張禮松, 管炳良.關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)研制中圓光柵誤差修正技術(shù)[J].計(jì)測技術(shù),2007,5: 1002-6061. </p><p>　　[5]三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 劉祚時(shí)、倪瀟娟. 《機(jī)械制造》 2004年08期 </p><p>　　[6]基于CAD的

68、三坐標(biāo)測量機(jī)檢測規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā) 趙 韓，劉達(dá)新，董玉德，王萬龍（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 合肥 230009）.</p><p>　　[7]數(shù)字成像式三坐標(biāo)測量機(jī)技術(shù)研究 劉 寧, 周 姝( 中國測試技術(shù)研究院, 四川成都 610021)</p><p>　　[8]實(shí)用型三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 王勇( 蘇州大學(xué)蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系, 江蘇蘇州 215104) </p&g