精密测量的三坐标测量机 三坐标测量机的测量原理
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1、定义
三坐标测量机 (Coordinate Measuring Machine, CMM) 是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三次元。
2、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。
根据中国仪器超市资料，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。
床式桥架型
(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。
3、配件
一般包含探针、控制器、加密锁、测头、测量软件、校正球、计算机、软件操作手册、日常维护手册、校正量具等 。
4、选定标准
制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致。但是，保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量工件尺寸，获得尺寸信息后，分析和反馈数据到生产过程中，使之成为持续提高产品质量的有效工具。
三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。
如果一台坐标测量机正是你的工作所需，如何选择最好的？首先要确定的是要购买那一种型号的三坐标测量机。根据测量机上测头安置的方位，有三种基本类型：垂直式、水平式和便携式。
垂直式坐标测量机在垂直臂上安装测头。这种测量机的精度比水平式测量机要高，因为桥式结构比较稳固而且移动部件较少，使得它们具有更好的刚性和稳定性。垂直式三坐标测量机包含各种尺寸，可以测量从小齿轮到发动机箱体，甚至是商业飞机的机身。
水平式测量机把测头安装在水平轴上。它们一般应用于检测大工件，如汽车的车身，以中等水平的精度检测。
便携式测量机简化了那些不能移到测量机上的工件和装配件的测量，便携式测量机可以安装在工件或装配件上面甚至是里面，这便允许了对于内部空间的测量，允许用户在装配现场测量，从而节省了了移动、运输和测量单个工件的时间。
为使三坐标测量机保持稳固，在设计过程中，一般通过提高结构部件的横截面、加大空气轴承的距离、提高电机的驱动力量、基于重量和温度性能优化选择结构的材料来增加质量和刚性，提高测量精度、重复性及测量速度、加速度。这些原理也应用到一些水平式车间型坐标测量机上，这种系统把水平式测量机的灵活性和垂直式设计的高精度结合在一起。
水平测量的方向使得测量机在于水平式机床加工设备的搭配更为合理。它们尤其适合测量那些需要测量高精度测量的大的齿轮箱和发动机壳体。
转台的加入使四个轴成为可能，双臂配置也可实现，都可以测量到工件的各个方向。水平臂配置比较容易地装卸工件，小型的、车间型的水平臂测量机适于高速生产应用过程中。
选择一台适当的机器
坐标测量机可根据应用选择有两种方式：手动和自动。如果您只需要检测几何量和公差都比较简单的工件，或测量各种小批量的不尽相同的工件，手动机器是最佳选择。手动测量机的软件也可储存和调用测量程序，从而加快了重复性测量。如果需要检测大批量相同的工件，或要求较高的精度，要选择直接用计算机控制的测量机。数控测量机可自动检测并消除操作者对测量结果的影响。程序驱动意味着可实现无误差的高检测速度。
公差也非常重要，手动测量机很难达到更小的公差要求，而数控测量机通过其连续的触测使其更适合具有严格公差要求工件的高精度和高重复性要求。 数控测量机通过安装一个模拟扫描测头，用于测量要求大量的数据来定义它们的几何量的工件，如：齿轮、圆柱体、汽车车身、挡风玻璃的测量。对于那些完全用算术方法CAD定义或是完全未知的工件来说，这些测头能够提供连续的数据采集，并可从部分工件和模型上进行逆向工程。对于非常小轮廓形工件来说，扫描测头因其小的扫描面并需要大量数据来进行定义而成为理想的选择。
测量机安装的场地也很重要。理想情况是，测量机应尽量靠近生产过程中制造工件的操作者附近安装。这些车间型测量机一般具有友好的用户操作接口，具有与机床类似的控制界面。
不同型号的测量机可以共同工作。一台计量型的垂直式测量机一般使用的精密计量室，做为产品性能的主仲裁，工作型的测量机使用在生产线，对工件的质量进行评判，并提供实时的统计过程控制，并平滑地与整个制造流程规划进行过渡。
5、需要考察的关键部分
一旦你确定了如何以及在何处使用测量机，有一些关键的性能需要进行考察，这包括了测量不确定度和工作效率。根据现行的国际标准，对于测量机的不确定度和检测程序在ISO10360中进行了描述。
ISO 10 360主要确定了以下三项误差：
A. 长度测量最大允许示值误差MPEE (ISO 10 360-2 )
在测量空间的任意7种不同的方位，测量一组5种尺寸的量块，每种量块长度分别测量3次。
所有测量结果必须在规定的MPEE值范围内。
B. 最大允许探测误差 MPEP (ISO 10 360-2)
25点测量精密标准球，探测点分布均匀。最大允许探测误差MPEP值为所有测量半径的最大差值。
C. 最大允许扫描探测误差 MPETHP (ISO 10 360-4)
沿标准球上4条确定的路径进行扫描。最大允许扫描探测误差MPETHP值为所有测量半径的最大差值。
在可接受不确定度水平上采集点的数量，确定了测量机的工作效率。一些测量机能够在一分钟内采集超过100个数据点，而可以达到非常接近计量型的精度。
测量机能够为现代制造业提供保证，因为它可取代平面的测量工具、固定的或定制的量规，以及精密的手工测量工具。他们在处理不同工作方面的灵活性使其成为一个主仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机还可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。对于固定资产的投入有许多要考虑的因素，但一但考虑到提高了生产效率、降低了成本并将生产纳入了控制，测量机就是测量和检测的最好的选择。
优质的技术服务，将会协助您最大限度地发挥测量机的应用作用
在选购了适用、可靠性能测量机的基础上，您还需要充分考虑到三坐标测量机供应商的技术实力和应用、技术服务能力，是否具有本地化的技术和长久综合发展实力，并拥有众多的客户群和广泛的认知。通过及时可靠的技术服务支持和备件保障，对于测量机的长期高效率运行提供保障。同时，拥有着专业的培训和应用支持队伍，使得客户能够从容应对纷繁复杂的各种测量任务。
6、应用领域
主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量，还可用于电子、五金、塑胶等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。
什么是三坐标测量机？
三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，可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。
测量原理
三坐标测量是通过将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，利用接触或非接触探测系统精确的测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，然后这些点的空间坐标值，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，由软件进行数学运算，求出待测的几何尺寸和形状、位置。
什么样的零件会采用三坐标测量机检测？
汽车制造领域
发动机零件：缸体、缸盖、活塞、曲轴、凸轮轴等；
变速箱零件：箱体、带轮、齿轮、花键、离合器等；
汽车覆盖件：钣金件、内饰件、汽车玻璃、密封件等；
汽车塑胶件：车灯、仪表盘、油箱、保险杠等；
传动系统：传动轴、万向节、减震器、轮毂等；
车身系统：车桥、车架、白车身等；
新能源汽车：电机壳体、转子、电池冷却板等
其他零件：汽车管道、转向器零件、刹车系统零件等；
制造过程及控制：汽车模具、汽车检具、装配工装等；
航空、航天精密领域
叶片类零件：叶轮、叶片、叶盘；
其他结构件、精密机加件、钣金类零件等；
装配工装、夹具；检验检具、样板等；
3C及精密五金领域
3C行业：模具、精密冲压件、精密铸造件、精密结构件、金属外壳、金属中框、曲面玻璃等；
精密五金：轴类、紧固件、冲压模、冲压件、机床附件等。
等等......
目前移动桥式结构是中小型三坐标测量机的主要结构，这种结构特点是开敞性好，视野开阔，上下零件方便，运动速度快，精度高。配备高精度的导轨、测头和控制系统，并结合计算机程序来自动控制检测流程，从而计算输出测量结果，支持测头更换架以及影像相机，同时支持精密转台等，能够对各种零件和部件的尺寸、形状及相互位置关系进行检测，也可以对软材质或复杂零件进行光学扫描测量。
Mars系列三坐标
桥式结构优点
1.机械结构简单；
2.承载力高；
3.开敞性好，操作方便；
4.自身具有工作台；
5.外界震动对其影响相对小；
6.精度相对固定桥式稍低。
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