三坐標測量機

三坐標測量機在機械、電子、儀表、塑膠等行業廣泛使用。三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的最有效的方法之一，因為它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規，並把複雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘，這是其它儀器而達不到的效果。

基本介紹

• 中文名：三坐標測量機
• 外文名：Coordinate Measuring Machine, CMM
• 組成：主機機械系統、測頭系統
• 技術難點：獲得產品的數位化點雲
• 主要特徵：測量結果精度高，並且重複性好
• 常用結構：橋式機、龍門機、攜帶型

三坐標測量

三坐標測量在同軸度檢測是我們在測量工作中經常遇到的問題，用三坐標進行同軸度的檢測不僅直觀且又方便，三次元、2.5次元與三坐標其測量結果精度高，並且重複性好。

三坐標測量機的功能是快速準確地評價尺寸數據，為操作者提供關於生產過程狀況的有用信息，這與所有的手動測量設備有很大的區別。將被測物體置於三坐標測量空間，可獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經計算求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置。

組成

三坐標測量機一般由以下幾個部分組成：

1、主機機械系統（X、Y、Z三軸或其它）；

2、 測頭系統；

3、 電氣控制硬體系統；

4、 數據處理軟體系統（測量軟體）；

使用方法

三坐標測量儀簡稱CMM，自六十年代中期第一台三坐標測量儀問世以來，隨著計算機技術的進步以及電子控制系統、檢測技術的發展，為測量機向高精度、高速度方向發展提供了強有力的技術支持。

CMM按測量方式可分為接觸測量和非接觸測量以及接觸和非接觸並用式測量，接觸測量常於測量機械加工產品以及壓製成型品、金屬膜等。本文以接觸式測量機為例來說明幾種掃描物體表面，以獲取數據點的幾種方法，數據點結果可用於加工數據分析，也可為逆向工程技術提供原始信息。掃描指藉助測量機套用軟體在被測物體表面特定區域內進行數據點採集。此區域可以是一條線、一個面片、零件的一個截面、零件的曲線或距邊緣一定距離的周線。掃描類型與測量模式、測頭類型及是否有CAD檔案等有關，狀態按紐（手動/DCC）決定了螢幕上可選用的“掃描”（SCAN）選項。若用DCC方式測量，又具有CAD檔案，那么掃描方式有“開線”（OPEN LINEAR）、“閉線”（CLOSED LINEAR）、“面片”（PATCH）、“截面”（SECTION）及“周線”（PERIMETER）掃描。若用DCC方式測量，而只有線框型CAD檔案，那么可選用 “開線”（OPEN LINEAR）、“閉線”（CLOSED LINEAR）和“面片”（PATCH）掃描方式。若用手動測量模式，那么只能用基本的“手動觸發掃描”（MANUL TTP SCAN）方式。若在手動測量方式，測頭為剛性測頭，那么可用選項為“固定間隔”（FIXED DELTA）、“變化間隔”（VARIABLE DELTA）、“時間間隔”（TIME DELTA）和“主體軸向掃描”（BODY AXIS SCAN）方式。

影響同軸度因素

三坐標測量影響同軸度的因素
三坐標在國標中同軸度公差帶的定義是指直徑公差為值t，且3D影像測量與三坐標測量儀的基準軸線同軸的圓柱面內的有區域。它有以下三種控制要素：①軸線與軸線；②軸線與公共軸線；③圓心與圓心。
2.5次元測量影響同軸度因素
2.5次元在影響同軸度的主要因素有被測元素與基準元素的圓心位置和軸線方向，特別是軸線方向。如在基準圓柱上測量兩個截面圓，用其連線作基準軸。在被測圓柱上也測量兩個截面圓，構造一條直線，然後計算同軸度。假設基準上兩個截面的距離為10 mm，基準第一截面與被測圓柱的第一截面的距離為100 mm,如果基準的第二截面圓的圓心位置與第一截面圓圓心有5μm的測量誤差，那么基準軸線延伸到被測圓柱第一截面時已偏離50μm（5μmx100÷10），此時，二次元和2.5次元即使被測圓柱與基準完全同軸，其結果也會100μm的誤差（同軸度公差值為直徑，50μm是半徑）。

Z軸平衡的調整

測量機的Z軸平衡分為重錘和氣動平衡，主要用來平衡Z軸的重量，使Z軸的驅動平穩。如果誤動氣壓平衡開關，會使Z軸失去平衡。處理的方法：

1） 將測座的角度轉到90，0，避免操作過程中碰測頭。

2） 按下“緊急停”開關。

3） 一個人用雙手托住Z軸，向上推、向下拉，感覺平衡的效果。

4） 一人調整氣壓平衡閥，每次調整量小一點，兩人配合將Z軸平衡調整到向上和向 下的感覺一致即可。

行程終開關是用於機器行程終保護和HOME時使用。行程終開關一般使用接觸式開關或光電式開關。開關式最容易在用手推動軸運動時改變位置，造成接觸不良。可以適當調整開關位置保證接觸良好。光電式開關要注意檢查插片位置正常，經常清除灰塵，保證其工作正常。

注意事項

正確使用三坐標測量儀對其使用壽命、精度起到關鍵作用，應注意以下幾個問題：

1、工件吊裝前，要將探針退回坐標原點，為吊裝位置預留較大的空間；工件吊裝要平穩，不可撞擊三坐標測量儀的任何構件。

2、正確安裝零件，安裝前確保符合零件與測量機的等溫要求。

3、 建立正確的坐標系，保證所建的坐標系符合圖紙的要求，才能確保所測數據準確。

4、當編好程式自動運行時，要防止探針與工件的干涉，故需注意要增加拐點。

5、對於一些大型較重的模具、檢具，測量結束後應及時吊下工作檯，以避免工作檯長時間處於承載狀態。

影響測量機的因素

三坐標測量機的機械部件有多種，我們需要日常保養的是傳動系統和氣路系統的部件，保養的頻率應該根據測量機所處的環境決定。一般在環境比較好的精測間中的測量機，推薦每三個月進行一次常規保養，而如果使用環境中灰塵比較多，測量間的溫度濕度不能完全滿足測量機使用環境要求，建議每月進行一次常規保養，對測量機的常規保養，應了解影響測量機的因素：

1.壓縮空氣對測量機的影響

1）要選擇合適的空壓機，最好另有儲氣罐，使空壓機工作壽命長，壓力穩定。

2）空壓機的啟動壓力一定要大於工作壓力。

3）開機時，要先打開空壓機，然後接通電源。

2. 油和水對測量機的影響

由於壓縮空氣對測量機的正常工作起著非常重要的作用，所以對氣路的維修和保養非常重要。其中有以下主要項目：

每天使用測量機前檢查管道和過濾器，放出過濾器內及空壓機或儲氣罐的水和油。

每天都要擦拭導軌油污和灰塵，保持氣浮導軌的正常工作狀態。

3. 空調的風向對測量機溫度的影響

測量機房的空調應儘量選擇變頻空調。變頻空調節能性能好，最主要的是控溫能力強。在正常容量的情況下，控溫可在±1℃範圍內。

由於空調器吹出風的溫度不是20℃，因此決不能讓風直接吹到測量機上。有時為防止風吹到測量機上而把風向轉向牆壁或一側，結果出現機房內一邊熱一邊涼，溫差非常大的情況。

空調器的安裝應有規劃，應讓風吹到室內的主要位置，風向向上形成大循環（不能吹到測量機），儘量使室內溫度均衡。

有條件的，應安裝風道將風送到房間頂部通過雙層孔板送風，迴風口在房間下部。這樣使氣流無規則的流動，可以使機房溫度控制更加合理。

維護保養

三坐標測量機的組成比較複雜，主要有機械部件、電氣控制部件、計算機系統組成。平時我們在使用三坐標測量機測量工件的同時，也要注意機器的保養，以延長機器的使用壽命。下面重點說明壓縮空氣維護保養和導軌維護保養。

壓縮空氣保養

由於壓縮空氣對三坐標測量儀的正常工作起著非常重要的作用，所以對氣源的維修和保養非常重要。其中有以下主要項目：

1、每天使用三坐標測量儀前檢查管道和過濾器，放出過濾器內及空壓機或儲氣罐的水和油。

2、一般3個月要清洗隨機過濾器和前置過濾器的濾芯。空氣品質較差的周期要縮短。因為過濾器的濾芯在過濾油和水的同時本身也被油污染堵塞，時間稍長就會使測量機實際工作氣壓降低，影響三坐標測量儀正常工作。一定要定期清洗過濾器濾芯。

導軌維護保養

三坐標測量儀的導軌是測量機的基準，只有保養好氣浮塊和導軌才能保證測量機的正常工作。三坐標測量儀導軌的保養除了要經常用酒精和脫脂棉擦拭外，還要注意不要直接在導軌上放置零件和工具。尤其是花崗石導軌，因其質地比較脆，任何小的磕碰會造成碰傷，如果未及時發現，碎渣就會傷害氣浮塊和導軌。要養成良好的工作習慣，用布或膠皮墊在下面，保證導軌安全。

工作結束後或上零件結束後要擦拭導軌。每天都要擦拭導軌油污和灰塵，保持氣浮導軌的正常工作狀態。

套用領域

主要用於機械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用於電子、五金、塑膠等行業中，可以對工件的尺寸、形狀和形位公差進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務。

模具行業

三坐標測量機在模具行業中的套用相當廣泛，它是一種設計開發、檢測、統計分析的現代化的智慧型工具，更是模具產品無與倫比的質量技術保障的有效工具。當今主要使用的三坐標測量機有橋式測量機、龍門式測量機、水平臂式測量機和攜帶型測量機。測量方式大致可分為接觸式與非接觸式兩種。

模具的型芯型腔與導柱導套的匹配如果出現偏差，可以通過三坐標測量機找出偏差值以便糾正。在模具的型芯型腔輪廓加工成型後，很多鑲件和局部的曲面要通過電極在電脈衝上加工成形，從而電極加工的質量和非標準的曲面質量成為模具質量的關鍵。因此，用三坐標測量機測量電極的形狀必不可少。 三坐標測量機可以套用3D數模的輸入，將成品模具與數模上的定位、尺寸、相關的形位公差、曲線、曲面進行測量比較，輸出圖形化報告，直觀清晰的反映模具質量，從而形成完整的模具成品檢測報告。 在某些模具使用了一段時間出現磨損要進行修正，但又無原始設計數據(即數模)的情況下，可以用截面法採集點雲，用規定格式輸出，探針半徑補償後造型，從而達到完好如初的修復效果。

當一些曲面輪廓既非圓弧，又非拋物線，而是一些不規則的曲面時，可用油泥或石膏手工做出曲面作為底胚。然後用三坐標測量機測出各個截面上的截線、特徵線和分型線，用規定格式輸出，探針半徑補償後造型，在造型過程中圓滑曲線，從而設計製造出全新的模具。

三坐標測量機以其高精度高柔性以及優異的數位化能力，成為現代製造業尤其是模具工業設計、開發、加工製造和質量保證的重要手段。

第一、測量機能夠為模具工業提供質量保證，是模具製造企業測量和檢測的最好選擇。測量機在處理不同工作方面的靈活性以及自身的高精度，使其成為一個仲裁者。在為過程控制提供尺寸數據的同時，測量機可提供入廠產品檢驗、工具機的校驗、客戶質量認證、量規檢驗、加工試驗以及最佳化工具機設定等附加性能。高度柔性的三坐標測量機可以配置在車間環境，並直接參與到模具加工、裝配、試模、修模的各個階段，提供必要的檢測反饋，減少返工的次數並縮短模具開發周期，從而最終降低模具的製造成本並將生產納入控制。

第二、測量機具備強大的逆向工程能力，是一個理想的數位化工具。通過不同類型測頭和不同結構形式測量機的組合，能夠快速、精確的獲取工件表面的三維數據和幾何特徵，這對於模具的設計、樣品的複製、損壞模具的修復特別有用。此外，測量機還可以配備接觸式和非接觸式掃描測頭，並利用PC-DMIS測量軟體提供的強大的掃描功能，完成具備自由曲面形狀特徵的複雜工件CAD模型的複製。無需經過任何轉換，可以被各種CAD軟體直接識別和編程，從而大大提高了模具設計的效率。

具體來說，在模具製造企業中套用測量機完成設計和檢測任務時，要密切關注測量基準的選擇、測頭的標定和選擇、測點數及測量位置的規劃、坐標系的建立、環境的影響、局部幾何特徵的影響、CNC控制參數等多方面的因素。這當中的每一個因素，都足以影響測量結果的精確和效率。

汽車行業

坐標測量機是通過測頭系統與工件的相對移動，探測工件表麵點三維坐標的測量系統。通過將被測物體置於三坐標測量機的測量空間，利用接觸或非接觸探測系統獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，由軟體進行數學運算，求出待測的幾何尺寸和形狀、位置。因此，坐標測量機具備高精度、高效率和萬能性的特點，是完成各種汽車零部件幾何量測量與品質控制的理想解決方案。

汽車零部件具有品質要求高、批量大、形狀各異的特點。根據不同的零部件測量類型，主要分為箱體、複雜形狀和曲線曲面三類，每一類相對測量系統的配置是不盡相同的，需要從測量系統的主機、探測系統和軟體方面進行相互的配套與選擇。

發動機製造業

發動機是由許多各種形狀的零部件組成，這些零部件的製造質量直接關係到發動機的性能和壽命。因此，需要在這些零部件生產中進行非常精密的檢測，以保證產品的精度及公差配合。在現代製造業中，高精度的綜合測量機越來越多的套用於生產過程中，使產品質量的目標和關鍵漸漸由最終檢驗轉化為對製造流程進行控制，通過信息反饋對加工設備的參數進行及時的調整，從而保證產品質量和穩定生產過程，提高生產效率。

在傳統測量方法選擇上，人們主要依靠兩種測量手段完成對箱體類工件和複雜幾何形狀工件的測量，即：通過三坐標測量機執行箱體類工件的檢測；通過專用測量設備，例如專用齒輪檢測儀、專用凸輪檢測設備等完成具有複雜幾何形狀工件的測量。因此對於從事生產複雜幾何形狀工件的企業來說，完成上述產品的質量控制企業不僅需要配置通用測量設備，例如三坐標測量機，通用標準量具、量儀，同時還需要配置專用檢測設備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業的計量部門需要配置多類型的計量設備和從事計量操作的專業檢測人員，計量設備使用率較低，同時企業負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設備使用和維護費用；企業無法實現柔性、通用計量檢測。因此，降低企業的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設備的使用和維修費用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業具備生產過程的實時質量控制能力，這將關係到企業在市場活動中的應變能力，對幫助企業建立並維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。