什么是三坐标测量机

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。三坐标测量仪的结构　　以下来源于中国仪器超市（ www.cimart.com.cn）的资料：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。各种类型的三坐标测量仪结构外形叙述如下：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-Shpaed 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 ram 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。名 称： 三坐标测量机 测量范围(mm)X： 600 测量范围(mm)Y： 500 测量范围(mm)Z： 400 探测系统： MH20i(接触式）玻璃工作台、顶、底光源、从CCD、NIKON5X物镜 分辨率： 0.1μm 示值误差（μm）： 2.5+L/300（光学式）1.6+L/300（接触式） 探测误差（μm）： 2.0 NCF系列测量机设计封闭框架结构,工作台移动组成，特有的技术。其先进的机械结构设计确保了系统整体的高精度及高稳定性，并将接触式测头、光学式测头及激光扫描测头等多种测头模式集为一体，以确保完成几乎所有的测量任务。先进的高精度CCD成像技术与先进的图像处理技术完美结合，可实现特殊的测量要求具有计算机编程控制光学照明（顶光、底光和环形光）技术，是工件表面照明均匀，提高了测量的高精度和可靠性。三轴在机械上相互独立，运动互不干扰，从而确保了系统的高稳定性。 Y轴运动采用中央驱动，避免了Y向运动中的偏摆研润企业生产，提高了Y轴的运动精度三轴导轨均采用优质花岗岩，使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，钢性好、动态几何误差变形最小。三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳。光栅的布置接近被测工件，遵循了阿贝误研润企业生产差原理，减小了系统误差。驱动系统采用进口高性能直流伺服电机、进口摩擦杆传动装置，确保传动更快捷、更精准、运动性能更佳。 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利用坐标测量技术、计算机测控技术及最先进的动态测量系统进行工件表面点的采集和数据处理。可使用双旋转测头系统及不同侧干、测头的组合，配合各种通用或专用测量软件，方便实现对三维工件的测量。结构简单，数据采集快，操作简便，使该机非常经济适用。ML系列测量机设计采用钢性好、质量轻的单边高架移动桥式结构，为大中型测量机首选的机械设计形式，其显著提高了Y轴导轨的运动精度并降低了移动桥框架的重量，提高了系统的运动性能，大幅降低了Y轴运动中的横梁角摆现象，确保了系统的精度及稳定性。运用单边高架技术提高了系统的结构刚性及稳定性。具有承载能力强、装卸空间宽阔、便捷。三轴导轨均采用优质花岗岩，使三轴具有相同的温度特性，因而研润企业生产具有良好的温度稳定性、抗实效变形能力，刚性好、动态几何误差变形最小。采用Y轴导轨上移技术，降低了横梁的重量，显著提高了系统运动性能。三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳。驱动系统采用进口高性能直流伺服电机、进口摩擦杆传动装置，确保传动研润企业生产更快捷、更精准、运动性能更佳。 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。控制系统采用德国高集成度SB-06、SB-08专用数控系统，从而大大的提高系统的性能、可靠性和抗干扰能力。软件采用具有独立知识产权的、功能强大的AUTOMET测量软件包，其完善的测量功能和联机功能，为用户提供了完美的测量解决方案。

三坐标测量仪特点

三坐标测量机作为一种高精度的通用测量设备已经有了几十年的发展历史，其在工业生产领域中的使用越来越为广泛，也越来越受到生产型企业的重视。而三坐标测量软件中对CAD功能的引入，更是将三坐标测量机的应用领域和易用性推到一个新的高度。以下就以三坐标测量机测量方案为例，对CAD在三坐标测量中的应用做简要介绍。

1、虚拟测量　虚拟测量就是在没有实际工件的情况下对CAD模型在软件中进行测量。Rational dmis测量软件拥有强大的CAD功能，要进行虚拟测量时，打开软件，选择脱机工作模式，然后导入所要测量的CAD模型，并将CAD模型对应到选定的坐标系中即进行测量。根据所要测量的几何元素，使用鼠标在CAD模型上点击所要采点的位置，此时CAD模型上会显示所采点的位置及其矢量方向。根据所测量的几何要素的需要，可进行多次采点。当采够所需要的点数后再在采点窗口中点确定，系统将会驱动虚拟测头进行采点，并拟和出要测的几何元素及其图形。虚拟测量可以通过对没有尺寸数据的CAD模型进行测量，确定其各种尺寸参数。但这不是虚拟测量的主要目的，虚拟测量的主要功能是为在脱机状态下进行自动测量编程做服务。

2、脱机编程　　数控三坐标测量机使批量测量的效率有所提高，通过对给定工件的测量进行编程，可以实现全自动的快速测量。三坐标测量软件没有引入CAD功能之前，对测量程序的编制要求专业人员对应图纸进行编程，这种编程方法使用较为复杂，且对操作人员要求较高。有一种方法就是使用三坐标测量软件的自学习编程功能，在对工件进行实际测量的同时自动生成测量程序。当再次测量同样的工件时即可调用此程序进行自动测量。由于这种方法简单易用，适应面广，因此在业内被广泛使用。但由于这种编程离不开实际工件，所以也就带来了很多难以克服的缺点。一是由于编程离不开硬件环境，必须要将给测量机配套的气源等打开，使测量机能正常运行方能进行编程，这样编成较为繁琐。二是编程离不开工件，所以就必须等工件加工完成后才能进行编程，这样便会降低了工作效率从而影响生产。坐标机测量软件中引入CAD功能之后，由于可在脱机状态下通过对CAD模型进行虚拟测量，从而可完成自学习编程的过程，因此解决了以上问题。无论生产是否进行，只要将设计部门设计的CAD图纸文件输入到测量软件中，就可以进行编程。等工件加工完成就可以进行程序测量，这样就大大提高的生产效率。其具体的方法是先在三坐标测量软件中打开要测量工件的CAD模型，然后打开测量程序自学习功能，建立好坐标系后就可以开始模拟对工件的测量。系统将自动生成测量程序。在程序编制完成之后，还可以在CAD环境中调用程序进行模拟测量，对程序进行验证，找出运行过程中出现的错误测量路径和采点，并对程序进行修正，将实际测量中可能出现的问题降到最低，也最大程度的保证了测量过程中的安全性。

3、使位置公差评定更加方便在以往的三坐标测量软件中，要对几何元素的位置公差进行评定，必须手工输入几何元素的理论位置，然后再和实际测量得到的值进行比对，这样对位置公差的评定很不方便。当坐标测量机软件引入CAD功能之后，就可以在软件中对CAD模型进行测量，由于模型是设计出来的，所以对其进行测量所测得值既为几何元素的理论值。在有了理论值之后，在对应的坐标系下再对实际工件进行测量，即得到了所需几何元素的实际值。这样就可以对所测几何元素的位置公差进行评定。这在使用中，既省去了手工逐个输入几何元素理论值的麻烦，而且也可以避免为了与图纸上的标注尺寸相对应而频繁变动坐标系。这大大降低了操作人员的劳动强度，也减少了出错的几率，同时也提高了测量的精度及效率。

4、CAD输出用于逆向工程在当前的生产制造中往往会碰到这么一种情况，客户能提供给制造者的只有实物而没有任何图纸或CAD数据，特别是样件中有曲线、曲面等很难通过测量获得其准确的数据的复杂模型。在这种情况下，传统的加工方法是使用雕刻法或其他方法制作出一个一比一的模具，再用模具进行生产。这种方法无法获得工件准确的尺寸图纸，也很难对其外型进行修改。逆向工程就是为了解决以上难题而提出的一套理论。逆向工程是指由工件产生图纸或各种相关尺寸数据的过程，是相对与传统的由图纸数据而产生工件的过程而言的。三坐标测量软件中引入CAD功能用于逆向工程，使传统的三坐标测量机用于成品检测的功能，有了更大的扩展。在逆向工程中，首先使用三坐标测量机对样件的外型进行精确测量，然后用CAD功能对所测得的数据进行处理，最终生成一种或几种CAD格式的数据文件。如西安力德公司的三坐标测量软件生成IGS格式的数据，而且还可以使用此软件附带的功能，使数据在多种CAD格式之间进行转换。这些数据文件可以被一般的CAD/CAM软件系统所接受，利用这些软件系统可以对数据进行修改，或直接进行数控机床加工法编程，最终指导数控机床进行加工。也可以对这些数据进行切片处理，指导激光成型机进行快速成型。逆向工程不仅能使工件快速的进入批量生产，而且可以得到工件的CAD数据，有了这些数据，就可以再使用三坐标测量机对生产出来的工件进行检测，保证产品的质量。

三坐标测量机作为一种通用测量机，由于其具有很高的测量精度和测量效率，并且具有操作方便，可实现在线测量等众多优点，已经在现代工业中有了不可替代的地位。而CAD功能的引入，必给三坐标测量机带来更大的使用空间。