基本介紹
- 中文名：三坐標
- 外文名：Coordinate Measuring Machine
- 類型：探測器
- 縮寫：CMM
簡介,工作原理,種類,套用領域,模具行業,汽車行業,製造行業,功能特點,測量功能,設備特點,軟體特點,產品概述,配件,夾具,國際ISO標準,選購指南,
簡介
三坐標測量儀可定義為一種具有可作三個方向移動的探測器，可在三個相互垂直的導軌上移動，此探測器以接觸或非接觸等方式傳送訊號，三個軸的位移測量系統 ( 如光學尺 ) 經數據處理器或計算機等計算出工件的各點坐標(X、Y、Z)及各項功能測量的儀器。三坐標測量儀的測量功能應包括尺寸精度測量、定位精度測量、幾何精度測量及輪廓精度測量等。任何形狀都是由三維空間點組成的，所有的幾何量測量都可以歸結為三維空間點的測量，因此精確地進行空間點坐標的採集，是評定任何幾何形狀的基礎。
工作原理
三坐標測量機的基本原理是將被測零件放入它允許的測量空間範圍內，精確地測出被測零件表面的點在空間三個坐標位置的數值，將這些點的坐標數值經過計算機處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經過數學計算的方法得出其形狀、位置公差及其他幾何量數據。
種類
1.固定工作檯懸臂式三坐標測量機
2.移動橋式三坐標測量機
3.龍門式三坐標測量機
4.L型橋式三坐標測量機
5.固定橋式三坐標測量機
6.移動工作檯懸臂式三坐標測量機
7.柱式三坐標測量機
8.水平懸臂三坐標測量機
9.攜帶型三坐標測量機
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。
三坐標測量機就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。三坐標測量機對於模具工業的兩個重要作用。
第一、三坐標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。三坐標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，三坐標測量機可提供入廠產品檢驗、客戶質量檢測、量規檢驗、模具工件的檢測等附加性能。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、三坐標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。通過三坐標測量機測頭和不同結構形式的三坐標測量機的組合，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，三坐標測量機的接觸式掃描測頭，利用測量軟體提供的強大的掃描功能，能夠完成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三坐標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。三坐標測量機在模具生產中的套用已經是是目不可待了，有些模具的設計就需要用到三坐標測量機。可以很大程度上提高模具的設計效率，精確度也會得到大大的提升。
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。
製造行業
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。
製造業中的質量目標在於將零件的生產與設計要求保持一致。但是，保持生產過程的一致性要求對製造流程進行控制。建立和保持製造流程一致性最為有效的方法是準確地測量工件尺寸，獲得尺寸信息後，分析和反饋數據到生產過程中，使之成為持續提高產品質量的有效工具。
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，並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。
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，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。
功能特點
測量功能
幾何元素的測量，包括點、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等；
測量高精度的幾何零件和曲面；
測量複雜形狀的機械零部件；
檢測自由曲面；
可選用接觸式或非接觸式測頭進行連續掃描。
設備特點
核心零部件及軟體全部原裝進口
單邊活動橋式結構，顯著提高運動性能，確保測量精度及穩定性
三軸導軌均採用高精密天然花崗岩，具有相同的溫度特性及剛性
三軸導軌均採用自潔式預載荷高精度空氣軸承，運動更平穩，導軌永不受磨損
金屬光柵尺，更接近花崗岩基體的熱膨脹係數，提高了設備的穩定性
高速高精度自動控制系統，內嵌32位微處理器，真正實現實時控制；上下位採用光纖通訊，增強了電氣抗干擾能力。
軟體特點
軟體運行在WINDOWS 2000/XP環境下，全中文界面；面向對象的編程方式，支持圖形鏡像功能。
三維CAD數模導入、再現實體或線架模型、DMIS、STEP檔案導入導出、測量結果的IGES檔案輸出，支持逆向工程。
動態CMM模型，支持測量機和測頭的模擬和RENISHAW測頭圖形庫。
測頭管理功能，可動態選擇多種測針。
幾何元素的測量，包括點、線、面、圓、球、圓柱、圓錐等等。
曲線、曲面掃描，支持點位掃描功能，IGES檔案的數據輸出，CAD 名義數據定義、ASCII 文本數據輸入、名義曲線掃描、符合公差定義的輪廓分析。
形位公差的計算，包括直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、傾斜度、平行度、位置度、對稱度、同心度等等；
支持傳統的數據輸出報告、圖形化檢測報告、圖形數據附註、數據標籤輸出等多種輸出方式；
工件坐標系管理，指定基準面（軸）即可生成工件坐標系，並可實現坐標系平移、旋轉及迪卡爾坐標和極坐標的相互轉換，支持3-2-1找正。
誤差補償功能，進一步提高機器測量精度。
產品概述
台式：採用高精度精密型測量機的專用結構，由固定橋和移動工作檯組成，其牢固的機械結構確保了系統具備最大的剛性、最佳的穩定性和最小的振動，保證了整個測量空間極高的測量精度。配以測量軟體包，使其成為性價相比當高的產品。
攜帶型：
1、碳石墨臂身整體構造使便攜性良好，配合內置集成擴展使用電池----提供真正的”隨時隨地”測量
2、在每個關節設有超負荷感測器----確保手臂保持最佳精度及無限位旋轉
3、內置式自平衡機構----提供舒適的無應力使用
4、內置雙模式自動觸發和硬式測頭----使用戶可以隨時校準各種測頭
5、內置溫度補償系統----將環境變化對測量臂本身的影響降至最小
6 、通用 3.5 英寸快速裝配圓盤底座 ---- 提供在金屬表面或花崗石平台上的快速安裝
7 、採用 USB 接口 ----電腦與設備採用了USB數據線進行連線，無需驅動，做到即插即用
8、任何人在任何地方均可以前所未有的精度對部件、固定設備及組件進行檢查、逆向工程或執行CAD至部件分析。如果您將該精度與其可修改的3D 測量技術和定製零培訓軟體工具（帶或不帶CAD）結合起來，鉑金測量臂將是需要GD&T 和SPC輸出的成型、鑄模、製造、鑄造及裝配設備的理想解決方案。此外，它還具備真正的便攜性能和改進的生物工程技術。事實上，超負荷感測器可防止用戶使手臂超載，從而確保測量的精確性，使其成為“唯一有感覺的手臂”。
配件
產品的主要配件：校正球、校正塊、光柵尺、探針、控制器、測量軟體、磁力吸盤、測頭等等。
夾具
●萬能柔性三坐標夾具主體部分---裝夾平板，可以充分保護大理石平台精度，避免工件直接接觸大理石工作檯，延長其使用壽命；
●萬能柔性三坐標夾具只要通過一些簡單的組合，可以實現多種產品和較複雜產品的裝夾，可以為用戶省去那些專用夾具設計製作資金，更好的節省生產成本，提升企業收益率與市場競爭力；
●可實現精確的重複定位，主體安裝板的每個孔及夾具組成部件都有代號，每種工件的裝夾方式都可以用這些代號製作成記事本記錄下來，方便以後測量使用，能夠為用戶最大限度減少裝夾時間、提高工作效率，以及提供可靠的裝夾方式，最大限度減少測量誤差，為準確的測量數據奠定基礎；
註：夾具是可根據客戶需求，根據三坐標行程來定製，並非一成不變。
國際ISO標準
根據現行的國際標準，對於測量機的不確定度和檢測程式在ISO10360中進行了描述。
ISO10360標準主要確定了以下三項誤差：
A.長度測量最大允許示值誤差MPEE(ISO10360-2)
在測量空間的任意7種不同的方位，測量一組5種尺寸的量塊，每種量塊長度分別測量3次。
所有測量結果必須在規定的MPEE值範圍內。
B.最大允許探測誤差MPEP(ISO10360-2)
25點測量精密標準球，探測點分布均勻。最大允許探測誤差MPEP值為所有測量半徑的最大差值。
MPEP是測量機的形狀公差。
如果測量了一個精密環規，所繪製圖上的形狀公差就是測量機的形狀公差(=MPEP)。
C.最大允許掃描探測誤差MPETHP(ISO10360-4)
沿標準球上4條確定的路徑進行掃描。最大允許掃描探測誤差MPETHP值為所有測量半徑的最大差值。
在可接受不確定度水平上採集點的數量，確定了測量機的工作效率。一些測量機能夠在一分鐘內採集超過100個數據點，而可以達到非常接近計量型的精度。
選購指南
三坐標測量機通過一個叫做測頭的感測器接觸工件測量，所獲得的數據可以與工件或某一工件特徵（如孔）的尺寸描述結合在一起。通過這些尺寸描述，就比較容易地確定工件或特徵是否超差。這些信息也為糾正引起超差的生產過程中的失常提供了線索。
1.讓坐標測量機適合您的套用
如果一台坐標測量機正是你的工作所需，如何選擇最好的？
首先要確定的是要購買那一種型號的三坐標測量機。根據測量機上測頭安置的方位，有三種基本類型：垂直式、水平式和攜帶型。
垂直式坐標測量機在垂直臂上安裝測頭。這種測量機的精度比水平式測量機要高，因為橋式結構比較穩固而且移動部件較少，使得它們具有更好的剛性和穩定性。垂直式三坐標測量機包含各種尺寸，可以測量從小齒輪到發動機箱體，甚至是商業飛機的機身。
水平式測量機把測頭安裝在水平軸上。它們一般套用於檢測大工件，如汽車的車身，以中等水平的精度檢測。
攜帶型測量機簡化了那些不能移到測量機上的工件和裝配件的測量，攜帶型測量機可以安裝在工件或裝配件上面甚至是裡面，這便允許了對於內部空間的測量，允許用戶在裝配現場測量，從而節省了了移動、運輸和測量單個工件的時間。
為使三坐標測量機保持穩固，在設計過程中，一般通過提高結構部件的橫截面、加大空氣軸承的距離、提高電機的驅動力量、基於重量和溫度性能最佳化選擇結構的材料來增加質量和剛性，提高測量精度、重複性及測量速度、加速度。這些原理也套用到一些水平式車間型坐標測量機上，這種系統把水平式測量機的靈活性和垂直式設計的高精度結合在一起。
水平測量的方向使得測量機在於水平式工具機加工設備的搭配更為合理。它們尤其適合測量那些需要測量高精度測量的大的齒輪箱和發動機殼體。
轉台的加入使四個軸成為可能，雙臂配置也可實現，都可以測量到工件的各個方向。水平臂配置比較容易地裝卸工件，小型的、車間型的水平臂測量機適於高速生產套用過程中。
2.選擇一台適當的機器
坐標測量機可根據套用選擇有兩種方式：手動和自動。如果您只需要檢測幾何量和公差都比較簡單的工件，或測量各種小批量的不盡相同的工件，手動機器是最佳選擇。手動測量機的軟體也可儲存和調用測量程式，從而加快了重複性測量。如果需要檢測大批量相同的工件，或要求較高的精度，要選擇直接用計算機控制的測量機。數控測量機可自動檢測並消除操作者對測量結果的影響。程式驅動意味著可實現無誤差的高檢測速度。
公差也非常重要，手動測量機很難達到更小的公差要求，而數控測量機通過其連續的觸測使其更適合具有嚴格公差要求工件的高精度和高重複性要求。
數控測量機通過安裝一個模擬掃描測頭，用於測量要求大量的數據來定義它們的幾何量的工件，如：齒輪、圓柱體、汽車車身、擋風玻璃的測量。對於那些完全用算術方法CAD定義或是完全未知的工件來說，這些測頭能夠提供連續的數據採集，並可從部分工件和模型上進行逆向工程。對於非常小輪廓形工件來說，掃描測頭因其小的掃描面並需要大量數據來進行定義而成為理想的選擇。
測量機安裝的場地也很重要。理想情況是，測量機應儘量靠近生產過程中製造工件的操作者附近安裝。這些車間型測量機一般具有友好的用戶操作接口，具有與工具機類似的控制界面。
不同型號的測量機可以共同工作。一台計量型的垂直式測量機一般使用的精密計量室，做為產品性能的主仲裁，工作型的測量機使用在生產線，對工件的質量進行評判，並提供實時的統計過程控制，並平滑地與整個製造流程規划進行過渡。
測量機能夠為現代製造業提供保證，因為它可取代平面的測量工具、固定的或定製的量規，以及精密的手工測量工具。他們在處理不同工作方面的靈活性使其成為一個主仲裁者。在為過程控制提供尺寸數據的同時，測量機還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。對於固定資產的投入有許多要考慮的因素，但一但考慮到提高了生產效率、降低了成本並將生產納入了控制，測量機就是測量和檢測的最好的選擇。
3.選擇正確的測量軟體
軟體能夠使測量機滿足對於速度和精度的潛在需要。當今的測量軟體，能夠達到這種程度，即使是最複雜的程式也不需要計算機編程的知識。今天的測量軟體是選單驅動的，也就是說，它提醒操作者他需要做什麼，甚至會推薦最有可能的選項。
軟體程式還具有統計過程分析和控制功能。對於薄壁件測量的套用軟體簡化了包含台階邊緣、通過螺帽和螺栓連線的工件的定位與測量。功能完備的輪廓測量使得測量機能夠快速、準確地確定複雜的、非幾何形狀的、沒有直邊的工件，如渦輪葉片、螺旋壓縮器轉子、齒輪、活塞、凸輪和曲軸。
軟量規工作包能夠圖形化地構造量規，通過數學的方法插入零件的特徵，從而校正幾何尺寸。一些程式提供了這樣的模組，用來測量非規則形狀的零件，如薄壁件和塑膠裝配件，擋風玻璃和排氣裝置。這樣就減少了對於昂貴固定量儀的需要。其他的模組可執行2-D和3-D最最佳化流程，並可完成輪廓比較。
數據傳輸標準是由行業漸漸發展起來並得到廣泛接受，如尺寸測量接口標準(DMIS)，是用來完成從CAD系統到測量機的通訊的；初始化圖形交換標準(IGES)是為了完成從CAD系統到CAD系統的數據交換。這樣的功能，使得測量機能夠用在逆向工程等場合下。這時，產品的數據來自於模組或部分零件的測量中。數據的傳輸還能夠直接從CAD數據開發測量程式，在合適的情況下，甚至是脫機進行，從而減輕了生產中測量機的負擔。
挑選合適的軟體包是從測量機獲益的最為關鍵的因素。
當你確定一台測量機是你所需，測量機製造商會建議合適的軟體滿足機器和套用，你應該聽從這些推薦。但是，在做出決定以前，你應當遵循一些通常的規則。
測量軟體必須便於操作。使用起來越是容易，測量和檢測流程越快。最快速、簡單的軟體都是採用圖形用戶接口(GUI)而不是鍵盤輸入命令。
選擇一台廣泛套用的PC機和WINDOWS作業系統來運行測量軟體，他們在行業占絕大多數。這樣，培訓、服務和升級將不成問題。
軟體包應當滿足不同級別操作者的要求，例如，一個車間的接口用來執行檢測程式，而編程的接口用來使技術人員輸入程式，變換數控命令，整合特殊定製的應用程式和為複雜零件開發測量程式。
測量軟體需要產生清晰、明確的測量結果圖形化表示。數據以這種方式進行展示，對於操作者來說將比較容易地校正超差情況，對那些需要將檢測流程進行歸檔的人員來說也非常有用。
確信軟體可實現升級，並且新舊版本可以兼容。如果你的軟體向下不能夠兼容，你將會經歷一場毀滅性破壞。
測量軟體必須能夠同CAD/CAM程式和系統進行通訊。儘管你現在可能不用CAD/CAM系統，但將來你會用到。具備一個完整的測量程式，能夠有效地提高製造流程的產品質量。
優質的技術服務，將會協助您最大限度地發揮測量機的作用。
在選購了適用、可靠性能測量機的基礎上，您還需要充分考慮到測量機供應商的技術實力和套用、技術服務能力，是否具有本地化的技術和長久綜合發展實力，並擁有眾多的客戶群和廣泛的認知。通過及時可靠的技術服務支持和備件保障，對於測量機的長期高效率運行提供保障。同時，擁有著專業的培訓和套用支持隊伍，使得客戶能夠從容應對紛繁複雜的各種測量任務。
