汽车配件三坐标测量仪

1、三坐标测量仪是做什么的？

三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine, CMM) 是指在一个六面体的空间范围内，能够表现塌孙几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，

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。

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液态的方法之一，因闹衫源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。

2、什么是三坐标测量仪

问题一：什么是三坐标？ 三坐标测量机是一种几何量测量仪器，它的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精密地测出被测元素上测量点的三个坐标值，根据这些点的数值经过计算机数据处理，拟合成相关几何元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算得出形状、位置公差及其它几何量数据。三坐标测量机是一种通用的三维长度测量仪器，是由三个相互垂直的测量轴和各自的长度测量系统组成机械主体，结合测头系统，控制系统，数据采集与计算机系统等构成坐标测量系统的主要系统元件，测量时把被测件置于测量机的测量空间中，通过机器运动系统带动传感器即测头实现对测量空间内任意位置的被测点的瞄准，当瞄准实现时测头即发出读数信号，通过测量系统就可以得到被测点的 几何坐标值，根据 这些点的空间坐标值，经过数学运算求出待测的几何尺寸和相互位置关系！

问题二：三坐标测量仪的半自动和全自动有什么区别 100分 全自动、半自动、手动这三种三坐标测量仪在功能、检测效率、精度上是依次降低的。半自动相比全自动来说是缺少全自动转针测头系统。当编跑程序测量工件时，只要遇到有需要转换不同角度的测针时，其就要手动去转换测座的角度来测量。半自动相比手动又要高级一些。全自动和手动的区别如下：首先是测量仪在精度上的区别，手动三坐标测量仪由于是纯手动操作，所以随机误差远远大于自动机，另外阿贝误差也无法解决，所以精度上要差至少一个等级。其次是检测效率，全自动三坐标测量仪由于带有自动控制系统，可以通过编程对批量工件进行大量检测，所以相比手动三坐标测量仪而言，检测效率大大提高。再次就是价格方面，手动机由于没有运动控制系统，所以价格只有自动机的三分之一到一半左右。其实总得来说，手动机对操作人员的要求很高，经验越是丰富的操作人员，对手动三坐标测量仪的精度掌握越高，反之越低，一般性企业如果检测工件量比较小且对精度要求不高的话，可宽神以选择手动三坐标测量仪，不过要对操作人员进行培训。而全自动的只要专业人员编好程序，随便叫不怎么会的人更换样品都可以。

问题三：三坐标测量仪的作用和和使用方法? 10分 三坐标测量仪三轴均有气源制动开关及微动装置，可实现单轴的精密传动，采用高性能数据采集系统。
作用：应用于产品设计、模具装备、齿轮测量、叶片测量机械制造、工装夹具、汽模配件、电子电器等精密测量。
使用方法：
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，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凳蠢原始信息，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。本文以三坐标的FOUNCTION-PRO型三坐标测量机为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。
三坐标测量机的扫描操作是应用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”枣巧陪(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。
下面详细介绍在DCC状态下，进入“功能”(Utility)菜单选取“扫描”(Scan)选项后可供选择的五种扫描方式：
开线扫描(Open Linear Scan)
开线扫描是最基本的扫描方式。测头从起始点开始，沿一定方向并按预定步长进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有、无CAD模型两种情况。
(1)无CAD模型
如被测工件无CAD模型，首先输入边界点(Boundary Points)的名义值。打开对话框中的“边界点”选项后，先点击“1”，输入扫描起始点数据；然后双击“D”，输入方向点(表示扫描方向的坐标点)的新的X、Y、Z坐标值；最后双击“2”，输入扫描终点数据。
第二项输入步长。在“扫描”对话框(Scan Dialog)中“方向1技术”(Direction 1 Tech)栏中的“最大”(Max Inc)栏中输入一个新步长值。
最后检查设定的方向矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前最后一点的表面法矢。当所有数据输入完成后点击“创建”。
(2)有CAD模型
如被测工件有CAD模型，开始扫描时用鼠标左键点击CAD模型的相应表面，PC DMIS程序将在CAD模型上生成一点并加标志“1”表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点(或边界点)并标志为“2”。在“1”和“2”之间连线。对于每一所选点，PC DMIS已在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定步长及其它选项(如安全平面、单点等)后，点击“测量”，然后点击“创建”。
2.闭线扫描(Closed Linear Scan)
闭线扫描方式允许扫描内表面或外表面，它只需“起点”和“方向点”两......>>

问题四：三次元和三坐标测量机有什么区别，主要都是干什么用的？ 在测量仪器的范畴内，两者是没有区别的，只是叫法不同而已，这些问题你可以去中国仪器超市的网站上去看一下，上面的解答很详细具体，一定能给你一个很好的答案。

问题五：三次元测量仪和三坐标测量仪有什么不同 呵呵 楼上的是黄先生吧 我是海克斯康的 三坐标跟三次元是同一个东西 只是有的人叫法不同罢了 是进行空间精密测量的工具 你可以告诉我你在哪里 我帮你推荐几家比较实惠的专业测量公司 要是在同个地方的话拿到我这来测号拉 简单尺寸免费

问题六：三坐标测量仪的优缺点是什么？？？ 可以检测几乎所有的形位公差，快捷方便，是不可或缺的必须检测设备
缺点：对环境要求相对较高，操作人员水平有一定的限制，对于某些参数的评价不是太准确。

问题七：什么是三坐标测量员 三坐标测量员是一份品管类的工作，主要从事对工件或产品的检测工作，只是操作的仪器不同而已，这个东西容易学，不是一份好的工作。没有前途。

3、三坐标测量仪有哪些作用？

每一种设备都不能保证绝对的完美，总有会存在着优点和缺点，这就跟设计软件一样，再厉害的程序设计师制作出来的软件，都会存在着各种各样的bug，需要不断的测试和升级，修补漏洞，使其不断的更好发展。三坐标测量仪虽然属于一种高精密的测量仪器，是为了给其他生产产品的质量把关的，但是他也同样会存在着优点和缺点。

三坐标测量仪作为高精度蔽晌的测量设链并段备，其大的优点当然是精度高，高精度可以达到1微米，甚至更高。为了保证三坐标如此的高精度，高品质品牌的三坐标测量机的光栅尺的精度更是达到了纳米级别，思瑞测量的三坐标测量机使用的进口高品质光栅尺的精度就达到了微米。

三坐标测量仪的另一个优点就是测量的特征多，几乎所有类型的尺寸测量，三坐标测量仪都可以进行测量，通过构造特征，更是可以对平面度，圆度，同心度等等进行检测。思瑞全自动三坐标测量仪使用的测量行业标杆软件pc-dmis软件，还可以导入CAD数模进行脱机检测，使三坐标测量机不止有测量特征多，还具有测量速度快，效率高等优点。

针对微小，易变形的工件，难棚誉以进行测量，是三坐标测量仪的
缺点。因为三坐标测量机使用的是测头探针进行接触式的测量，如果工件太细小，探针无法进行探测，或者工件为软薄等材质，接触时会发生变形等等情况，都无法
使用三坐标测量机进行测量。不过随着三坐标测量机的发展，这一缺点正在慢慢的被修补，目前部分三坐标厂家，已经开始推出复合式三坐标测量仪，让非接触测量和接触式测量进行结合的一种新型测量仪器。

4、三坐标测量仪的作用和和使用方法?

三坐标测量仪三轴均有气源制动开关及微动装置，可实现单轴的精密传动，采用高性能数据采集系统。

作用：应用于产品设计、模具装备、齿轮测量、叶片测量机械制造、工装夹具、汽模配件、电子电器等精密测量。

使用方法：

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，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。本文以三坐标的FOUNCTION-PRO型三坐标测量机为例，介绍三坐标测量机的几种常用扫描方法及其操作步骤。

三坐标测量机的扫描操作是应用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。扫描类型与空历行测量模式、测头类型以及是否有CAD文件等有关，控制屏幕烂辩上的“扫描”(Scan)选项由状态按钮(手动/DCC)决定。斗哗若采用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。

下面详细介绍在DCC状态下，进入“功能”(Utility)菜单选取“扫描”(Scan)选项后可供选择的五种扫描方式：

开线扫描(Open Linear Scan)

开线扫描是最基本的扫描方式。测头从起始点开始，沿一定方向并按预定步长进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有、无CAD模型两种情况。

(1)无CAD模型

如被测工件无CAD模型，首先输入边界点(Boundary Points)的名义值。打开对话框中的“边界点”选项后，先点击“1”，输入扫描起始点数据；然后双击“D”，输入方向点(表示扫描方向的坐标点)的新的X、Y、Z坐标值；最后双击“2”，输入扫描终点数据。

第二项输入步长。在“扫描”对话框(Scan Dialog)中“方向1技术”(Direction 1 Tech)栏中的“最大”(Max Inc)栏中输入一个新步长值。

最后检查设定的方向矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第一测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前最后一点的表面法矢。当所有数据输入完成后点击“创建”。

(2)有CAD模型

如被测工件有CAD模型，开始扫描时用鼠标左键点击CAD模型的相应表面，PC DMIS程序将在CAD模型上生成一点并加标志“1”表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点(或边界点)并标志为“2”。在“1”和“2”之间连线。对于每一所选点，PC DMIS已在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定步长及其它选项(如安全平面、单点等)后，点击“测量”，然后点击“创建”。

2.闭线扫描(Closed Linear Scan)

闭线扫描方式允许扫描内表面或外表面，它只需“起点”和“方向点”两个值(PC DMIS程序将起点也作为终点)。

(1)数据输入操作

双击边界点“1”，在编辑对话框中输入位置；双击方向点“D”，输入坐标值；选择扫描类型(“线性”或“变量”)，输入步长，定义触测类型(“矢量”、“表面”或“边缘”)；双击“初始矢量”，输入第“1”点的矢量，检查截面矢量；键入其它选项后，点击“创建”。

也可使用坐标测量机操作盘触测被测工件表面的第一测点，然后触测方向点，PC DMIS程序将把测量值自动放入对话框，并自动计算初始矢量。选择扫描控制方式、测点类型及其它选项后，点击“创建”。

(2)有CAD模型的闭线扫描

如被测工件有CAD模型，测量前确认“闭线扫描”；首先点击表面起始点，在CAD模型上生成符号“1”(点击时表面和边界点被加亮，以便选择正确的表面)；然后点击扫描方向点；PC DMIS将在对话框中给出所选位置点相应的坐标及矢量；选择扫描控制方式、步长及其它选项后，点击“创建”。

3.面片扫描(Patch Scan)

面片扫描方式允许扫描一个区域而不再是扫描线。应用该扫描方式至少需要四个边界点信息，即开始点、方向点、扫描长度和扫描宽度。PC DMIS可根据基本(或缺省)信息给出的边界点1、2、3确定三角形面片，扫描方向则由D的坐标值决定；若增加了第四或第五个边界点，则面片可以为四方形或五边形。

采用面片扫描方式时，在复选框中选择“闭线扫描”，表示扫描一个封闭元素(如圆柱、圆锥、槽等)，然后输入起始点、终止点和方向点。终止点位置表示扫描被测元素时向上或向下移动的距离；用起始点、方向点和起始矢量可定义截平面矢量(通常该矢量平行于被测元素)。现以创建四边形面片为例，介绍面片扫描的几种定义方式：

(1)键入坐标值方式

双击边界点“1”，输入起始点坐标值X、Y、Z；双击边界方向点“D”，输入扫描方向点坐标值；双击边界点“2”，输入确定第一方向的扫描宽度；双击边界点“3”，输入确定第二方向的扫描宽度；点击“3”，然后按“添加”按钮，对话框给出第四个边界点；双击边界点“4”，输入终止点坐标值；选择扫描所需的步长(各点间的步距)和最大步长(1、2两点间的步长)值后，点击“创建”。(2)触测方式

选定“面片扫描”方式，用坐标测量机草作盘在所需起始点位置触测第一点，该点坐标值将显示在“边界点”对话框的“#1”项内；然后触测第二点，该点代表扫描第一方向的终止点，其坐标值将显示在对话框的“D”项内；然后触测第三点，该点代表扫描面片宽度，其坐标值将显示在对话框的“#3”项内；点击“3”，选择“添加”，可在清单上添加第四点；触测终止点，将关闭对话框。最后定义扫描行距和步长两个方向数据；选择扫描触测类型及所需选项后，点击“创建”。

(3)CAD曲面模型方式

该扫描方式只适用于有CAD曲面模型的工件。首先选定“面片扫描”方式，左键点击CAD工作表面；加亮“边界点”对话框中的“1”，左键点击曲面上的扫描起始点；然后加亮“D”，点击曲面定义方向点；点击曲面定义扫描宽度(#2)；点击曲面定义扫描上宽度(#3)；点击“3”，选择“添加”，添加附加点“4”，加亮“4”，点击定义扫描终止点，关闭对话框。定义两个方向的步长及选择所需选项后，点击“创建”。

4.截面扫描(Section Scan)

截面扫描方式仅适用于有CAD曲面模型的工件，它允许对工件的某一截面进行扫描，扫描截面既可沿X、Y、Z轴方向，也可与坐标轴成一定角度。通过定义步长可进行多个截面扫描。可在对话框中设置截面扫描的边界点。按“剖切CAD”转换按钮，可在CAD曲面模型内寻找任何孔，并可采用与开线扫描类似方式定义其边界线，PCDMIS程序将使扫描路径自动避开CAD曲面模型中的孔。按用户定义表面剖切CAD的方法为：进入“边界点”选项；进入“CAD元素选择”框；选择表面；在不清除“CAD元素选择”框的情况下，选择“剖切CAD”选项。此时PC DMIS程序将切割所选表面寻找孔。若CAD曲面模型中无定义孔，就没有必要选“剖切CAD”选项，此时PC DMIS将按定义的起始、终止边界点进行扫描。对于有多个曲面的复杂CAD图形，可对不同曲面分组剖切，*#将剖切限制在局部CAD曲面模型上。

5.边界扫描(Perimeter Scan)

边界扫描方式仅适用于有CAD曲面模型的工件。该扫描方式采用CAD数学模型计算扫描路径，该路径与边界或外轮廓偏置一定距离(由用户选定)。创建边界扫描时，首先选定“边界扫描”选项；若为内边界扫描，则在对话框中选择“内边界扫描”；选择工作曲面时，启动“选择”复选框，每选一个曲面则加亮一个，选定所有期望曲面后，退出复选框；点击表面确定扫描起始点；在同一表面上点击确定扫描方向点；点击表面确定扫描终止点，若不给出终止点，则起始点即为终止点；在“扫描构造”编辑框内输入相应值(包括“增值”、“CAD公差”等)；选择“计算边界”选项，计算扫描边界；确认偏差值正确后，按“产生测点”按钮，PC DMIS程序将自动计算执行扫描的理论值；点击“创建”。

5、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，一方面是由于自动机床、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。1960年，英国FERRANTI公司研制成功世界上第一台三坐标测量机，到20世纪60年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产CMM，不过这一时期的CMM尚处于初级阶段。进入20世纪80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三丰、SIP、FERRANTI、MOORE等为代表的众多公友氏司不断推出新产品，使得CMM的发展速度加快。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，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，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。如图9-1所示结构中，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羡袭度量各轴位移值。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。如图9-2所示，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好派散。由此可见，CMM的这一工作原理使得其具有很大的通用性与柔性。从原理上说，它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。
三、三坐标测量机的分类
（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CMM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。这类CMM一般放在生产车间内，用于生产过程检测。
（四）按CMM的结构形式分类
按照结构形式，CMM可分为移动桥式、固定桥式、龙门式、悬臂式、立柱式等，见下节。
第二节 三坐标测量机的机械结构
一、结构形式
三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位置（即总体结构形式）对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。
二、工作台
早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格
低廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。
三、导轨
导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，但常用的为滑动导轨和气浮导轨，滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差，刚度也较滑动导轨低。在早期的三坐标测量机中，许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨精度高，承载能力强，但摩擦阻力大，易磨损，低速运行时易产生爬行，也不易在高速下运行，有逐步被气浮导轨取代的趋势。目前，多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。
气浮技术的发展使三坐标测量机在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生产厂在寻找高强度轻型材料作为导轨材料，有些生产厂已选用陶瓷或高膜量型的碳素纤维作为移动桥架和横梁上运动部件的材料。另外，为了加速热传导，减少热变形，ZEISS公司采用带涂层的抗时效合金来制造导轨，使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致，从而使整机的测量精度得到了提高，而对环境温度的要求却又可以放宽些。
第三节 三坐标测量机的测量系统
三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着CMM测量精度的高低。
一、标尺系统
标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的，目前三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。根据对国内外生产CMM所使用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度CMM的标尺系统采用了激光干涉仪。
二、测头系统
（一）测头
三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三坐标测量机上使用的测头，按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类。
1．机械接触式测头
机械接触式测头为刚性测头，根据其触测部位的形状，可以分为圆锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V型块测头等（如图9-5所示）。这类测头的形状简单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技能，因此测量精度差、效率低。目前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数测量机已不再使用这类测头。
2．电气接触式测头
电气接触式测头目前已为绝大部分坐标测量机所采用，按其工作原理可分为动态测头和静态测头。
（1）动态测头
测杆安装在芯体上，而芯体则通过三个沿圆周1200分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没有受到测量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论受到X、Y、Z哪个方向的接触力，至少会引起一个钢球与触点脱离接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号，直接或通过计算机控制采样电路，将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据处理用。
可见，测头是在触测工件表面的运动过程中，瞬间进行测量采样的，故称为动态测头，也称为触发式测头。动态测头结构简单、成本低，可用于高速测量，但精度稍低，而且动态测头不能以接触状态停留在工件表面，因而只能对工件表面作离散的逐点测量，不能作连续的扫描测量。目前，绝大多数生产厂选用英国RENISHAW公司生产的触发式测头。
（2）静态测头
静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外，还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量，因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢，价格昂贵，适合于高精度测量机使用。目前由LEITZ、ZEISS和KERRY等厂家生产的静态测头均采用电感式位移传感器，此时也将静态测头称为三向电感测头。图9-7为ZEISS公司生产的双片簧层叠式三维电感测头的结构。
测头采用三层片簧导轨形式，三个方向共有三层，每层由两个片簧悬吊。转接座17借助两个X向片簧16构成的平行四边形机构可作X向运动。该平行四边形机构固定在由Y向片簧1构成的平行四边形机构的下方，借助片簧1，转接座可作Y向运动。Y向平行四边形机构固定在由Z向片簧3构成的平行四边形机构的下方，依靠它的片簧，转接座可作Z向运动。为了增强片簧的刚度和稳定性，片簧中间为金属夹板。为保证测量灵敏、精确，片簧不能太厚，一般取0.1mm。由于Z向导轨是水平安装，故用三组弹簧2、14、15加以平衡。可调弹簧14的上方有一螺纹调节机构，通过平衡力调节微电机10转动平衡力调节螺杆11，使平衡力调节螺母套13产生升降来自动调整平衡力的大小。为了减小Z向弹簧片受剪切力而产生变位，设置了弹簧2和15，分别用于平衡测头Y向和X向部件的自重。
在每一层导轨中各设置有三个部件：①锁紧机构：如图9-7b所示，在其定位块24上有一凹槽，与锁紧杠杆22上的锁紧钢球23精确配合，以确定导轨的“零位”。在需打开时，可让电机20反转一角度，则此时该向导轨处于自由状态。需锁紧时，再使电机正转一角度即可。②位移传感器：用以测量位移量的大小，如图9-7c所示，在两层导轨上，一面固定磁芯27，另一面固定线圈26和线圈支架25。③阻尼机构：用以减小高分辨率测量时外界振动的影响。如图9-7d所示，在作相对运动的上阻尼支架28和下阻尼支架31上各固定阻尼片29和30，在两阻尼片间形成毛细间隙，中间放入粘性硅油，使两层导轨在运动时，产生阻尼力，避免由于片簧机构过于灵敏而产生振荡。
（3）光学测头
在多数情况下，光学测头与被测物体没有机械接触，这种非接触式测量具有一些突出优点，主要体现在：1）由于不存在测量力，因而适合于测量各种软的和薄的工件；2）由于是非接触测量，可以对工件表面进行快速扫描测量；3）多数光学测头具有比较大的量程，这是一般接触式测头难以达到的；4）可以探测工件上一般机械测头难以探测到的部位。近年来，光学测头发展较快，目前在坐标测量机上应用的光学测头的种类也较多，如三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、接触式光栅测头等。下面简要介绍一下三角法测头的工作原理。（二）测头附件
为了扩大测头功能、提高测量效率以及探测各种零件的不同部位，常需为测头配置各种附件，如测端、探针、连接器、测头回转附件等。
1．测端
对于接触式测头，测端是与被测工件表面直接接触的部分。对于不同形状的表面需要采用不同的测端。图9-9为一些常见的测端形状。

2．探针
探针是指可更换的测杆。在有些情况下，为了便于测量，需选用不同的探针。探针对测量能力和测量精度有较大影响，在选用时应注意：1）在满足测量要求的前提下，探针应尽量短；2）探针直径必须小于测端直径，在不发生干涉条件下，应尽量选大直径探针；3）在需要长探针时，可选用硬质合金探针，以提高刚度。若需要特别长的探针，可选用质量较轻的陶瓷探针。
3．连接器
为了将探针连接到测头上、测头连接到回转体上或测量机主轴上，需采用各种连接器。常用的有星形探针连接器、连接轴、星形测头座等。
4．回转附件
对于有些工件表面的检测，比如一些倾斜表面、整体叶轮叶片表面等，仅用与工作台垂直的探针探测将无法完成要求的测量，这时就需要借助一定的回转附件，使探针或整个测头回转一定角度再进行测量，从而扩大测头的功能。
常用的回转附件为如图9-11a所示的测头回转体。它可以绕水平轴A和垂直轴B回转，在它的回转机构中有精密的分度机构，其分度原理类似于多齿分度盘。在静盘中有48根沿圆周均匀分布的圆柱，而在动盘中有与之相应的48个钢球，从而可实现以7.5o为步距的转位。它绕垂直轴的转动范围为360o，共48个位置，绕水平轴的转动范围为0o～105o，共15个位置。由于在绕水平轴转角为0o（即测头垂直向下）时，绕垂直轴转动不改变测端位置，这样测端在空间一共可有48×14＋1＝673个位置。能使测头改变姿态，以扩展从各个方向接近工件的能力。目前在测量机上使用较多的测头回转体为RENISHAW公司生产的各种测头回转体，

第四节 三坐标测量机的控制系统
一、控制系统的功能
控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。
二、控制系统的结构
按自动化程度分类，坐标测量机分为手动型、机动型和CNC型。早期的坐标测量机以手动型和机动型为主，其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样，然后在计算机中进行数据处理。随着计算机技术及数控技术的发展，CNC型控制系统变得日益普及，它是通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样，同时在计算机中完成数据处理。
1．手动型与机动型控制系统
这类控制系统结构简单，操作方便，价格低廉，在车间中应用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过程是：每当触发式测头接触工件时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向CPU发出一个中断信号，CPU则执行相应的中断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计算出相应的空间长度，形成采样坐标值X、Y和Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续的数据处理使用。
2．CNC型控制系统
CNC型控制系统的测量进给是计算机控制的。它可以通过程序对测量机各轴的运动进行控制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。另外，它也可以通过操纵杆进行手工测量。CNC型控制系统又可分为集中控制与分布控制两类。
（1）集中控制
集中控制由一个主CPU实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动控制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制CPU既要完成数字调节器的运算，又要进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于CPU的速度。
（2）分布式控制
分布式控制是指系统中使用多个CPU，每个CPU完成特定的控制，同时这些CPU协调工作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是多CPU并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系统中再扩充一个单轴控制单元，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了。
三、测量进给控制
手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或CNC程序对伺服电机进行速度控制，以此来控制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动，从而实现对工件的测量。三坐标测量机的测量进给与数控机床的加工进给基本相同，但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。单轴伺服控制较为简单，各轴的运动控制由各自的单轴伺服控制器完成。但当要求测头在三维空间按预定的轨迹相对于工件运动时，则需要CPU控制三轴按一定的算法联动来实现测头的空间运动，这样的控制由上述单轴伺服控制及插补器共同完成。在三坐标测量机控制系统中，插补器由CPU程序控制来实现。根据设定的轨迹，CPU不断地向三轴伺服控制系统提供坐标轴的位置命令，单轴伺服控制系统则不断地跟踪，从而使测头一步一步地从起始点向终点运动。
四、控制系统的通信
控制系统的通信包括内通信和外通信。内通信是指主计算机与控制系统两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等，这些是通过联接主计算机与控制系统的通信总线实现的。外通信则是指当CMM作为FMS系统或CIMS系统中的组成部分时，控制系统与其它设备间的通信。目前用于坐标测量机通信的主要有串行RS－232标准与并行IEEE－488标准。
第五节 三坐标测量机的软件系统
现代三坐标测量机都配备有计算机，由计算机来采集数据，通过运算输出所需的测量结果。其软件系统功能的强弱直接影响到测量机的功能。因此各坐标测量机生产厂家都非常重视软件系统的研究与开发，在这方面投入的人力和财力的比例在不断增加。下面对在三坐标测量机中使用的软件作简要介绍。
一、编程软件
为了使三坐标测量机能实现自动测量，需要事前编制好相应的测量程序。而这些测量程序的编制有以下几种方式。
（一）图示及窗口编程方式
图示及窗口编程是最简单的方式，它是通过图形菜单选择被测元素，建立坐标系，并通过“窗口”提示选择操作过程及输入参数，编制测量程序。该方式仅适用于比较简单的单项几何元素测量的程序编制。
（二）自学习编程方式
这种编程方式是在CNC测量机上，由操作者引导测量过程，并键入相应指令，直到完成测量，而由计算机自动记录下操作者手动操作的过程及相关信息，并自动生成相应的测量程序，若要重复测量同种零件，只需调用该测量程序，便可自动完成以前记录的全部测量过程。该方式适合于批量检测，也属于比较简单的编程方式。
（三）脱机编程
这种方式是采用三坐标测量机生产厂家提供的专用测量机语言在其它通用计算机上预先编制好测量程序，它与坐标测量机的开启无关。编制好程序后再到测量机上试运行，若发现错误则进行修改。其优点是能解决很复杂的测量工作，缺点是容易出错。
（四）自动编程
在计算机集成制造系统中，通常由CAD/CAM系统自动生成测量程序。三坐标测量机一方面读取由CAD系统生成的设计图纸数据文件，自动构造虚拟工件，另一方面接受由CAM加工出的实际工件，并根据虚拟工件自动生成测量路径，实现无人自动测量。这一过程中的测量程序是完全由系统自动生成的。
二、测量软件包
测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。通用测量软件包主要是指针对点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互关系进行测量的软件包。通常各三坐标测量机都配置有这类软件包。专用测量软件包是指坐标测量机生产厂家为了提高对一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而开发的各类测量软件包。如有不少三坐标测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量软件包。在有的测量机中，还配备有测量汽车车身、发动机叶片等零件的专用测量软件包。
三、系统调试软件
用于调试测量机及其控制系统，一般具有以下软件。
（1）自检及故障分析软件包：用于检查系统故障并自动显示故障类别；
（2）误差补偿软件包：用于对三坐标测量机的几何误差进行检测，在三坐标测量机工作时，按检测结果对测量机误差进行修正；
（3）系统参数识别及控制参数优化软件包：用于CMM控制系统的总调试，并生成具有优化参数的用户运行文件；
（4）精度测试及验收测量软件包：用于按验收标准测量检具。
四、系统工作软件
测量软件系统必须配置一些属于协调和辅助性质的工作软件，其中有些是必备的，有些用于扩充功能。
（1）测头管理软件：用于测头校准、测头旋转控制等；
（2）数控运行软件：用于测头运动控制；
（3）系统监控软件：用于对系统进行监控（如监控电源、气源等）；
（4）编译系统软件：用此程序编译，生成运行目标码；
（5）DMIS接口软件：用于翻译DMIS格式文件；
（6）数据文件管理软件：用于各类文件管理；
（7）联网通讯软件：用于与其他计算机实现双向或单向通讯。