三坐标测量机控制系统有哪些类型
三坐标测量技术实战应用
三坐标测量技术实战应用摘要：本文阐述了三坐标测量技术的测量机理、测量流程，并对公司MCP 新产品开发试制过程中遇到的形位公差，进行了典型案例解析，以及对编程技术的应用。
关键词：测量机理；测量流程；案例解析；编程技术引言三坐标测量技术最主要的应用就是实现对形位公差的快速、精准测量。
如何达到这一目的？就需要对三坐标测量的机理及整个检测流程有所了解，更要对产品的形位公差有一个正确的理解，对测量软件能够熟练应用。
1.三坐标测量机理三坐标测量机，其控制系统一般采用伺服电机数控系统控制，由花岗岩导轨等构件组成。
其主要工作原理就是将被测物体置于三坐标测量空间，通过采集被测物体上的点，得出点的X、Y、Z坐标值，将这些坐标值经过计算机数据处理，拟合形成几何测量要素，如：平面、直线、圆柱、圆锥、球面等。
再通过理论位置（或尺寸）与实际位置（或尺寸）的比较得出其形状、位置公差。
三坐标测量机一般采用三个直线光栅尺进行测量，当触发测头发出测量信号时，三个坐标的光栅数据被同时锁定，测得点的坐标，即X、Y、Z值，如此，得出工件的实际位置或尺寸。
2.三坐标测量流程当进行实际测量工件时，为保证测量数据的准确和三坐标测量机能正确使用和维护，应严格按照测量流程进行检测。
（1）分析被测零件图纸，了解测量要求和方法，确定检测方案或调用的程序；（2）根据测量要素选择测头，校准测头；（3）将被测零件小心的置于测量平台上，并按策划要求放置、固定；（4）编制或调用测量程序实施检测，首次运行程序应注意减速运行，发现异常，及时按“紧急停”按钮；（5）评价测量要素，输出测量结果，保存测量程序；（6）拆卸零件，清理工作台面，进行必要的保养。
3.典型案例解析公司MCP新产品开发试制过程中，后桥被动锥齿轮端面齿位置度检测较典型，如图所示：这是一个不常见且较难理解的端面齿位置度标注示例。
每个齿的位置度公差带为两平行平面之间的距离。
被测齿中心与框架基准C重合，两齿之间的理论正确角度为45°。
(完整版)三坐标测量机
三坐标测量机三坐标测量机，也称为CMM，是典型的现代化仪器设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。
涵盖了几乎所有的普通尺寸测量，数据处理，外形分析等现代测量任务。
三坐标测量机的测量过程是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的，在测量范围内可到达任意一个测点。
三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。
根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误差。
另外，在测量工作台上，还可以配置绕Z 轴旋转的分度转台和绕X 轴旋转的带顶尖座的分度头，以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量。
1、三坐标测量机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，经过数学处理方法求出其尺寸和形位误差。
如图所示，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O1；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。
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。
2、三坐标测量机系统的硬件构成和功能三坐标测量机系统的硬件主要有三部分组成：⑴终端控制计算机和打印机：在三坐标测量机系统的硬件结构中，计算机是整个测量系统的管理者。
计算机实现与操作者对话、控制程序的执行和结果处理、与外设的通讯等功能。
三坐标测量中常使用的坐标系类型介绍
三坐标测量中常使用三种类型的坐标系，它们是直角坐标系、柱坐标系（或极坐标系）和球坐标系。
这三种坐标系用于不同的测量目的和对象。
对于圆柱类零件、球类零件和凸轮状零件，采用柱坐标系（或极坐标系）和球坐标系表示测量结果更为简洁明确。
由于直角坐标系可用于线性转换矩阵实现坐标变换，故在三坐标测量中大都以直角坐标系作为坐标转换的基础。
当希望用柱坐标系（或极坐标系）或球坐标系表示测量结果时，只需将直角坐标系中的测量结果转换到所需的坐标系中表示即可。
根据坐标系形成的先后顺序，通常三坐标测量软件中至少设有三个坐标系。
1）机器坐标系开机时以测头所在位置为原点，以X，Y，Z三个导轨方向为坐标轴所构成的直角坐标系，称为机器坐标系。
2）基准坐标系基准坐标系又称为绝对坐标系，它是以三坐标测量机工作台上一固定不变的点为基准建立的一个参考基准，使得在变换了测头，甚至在关机后重新启动的情况下，仍能根据它重新恢复各要素之间的位置关系。
基准坐标系通常是通过测量一个固定在三坐标测量机工作台上的标准球，以它的球心为原点坐标所建立起来的坐标系。
也可以是以三根光栅尺的绝对零位，或限程装置作为各坐标轴原点而建立起来的坐标系。
3）工作坐标系数这是在被测工件上建立起来的坐标系，是为了修正被测工件摆放误差而建立的坐标系。
如前所述，它的作用等效于使用传统测量仪器在测量之前所作的精确找正。
三坐标测量机软件，一般都允许用户同时建立多个工作坐标系，以方便用户测量的需要。
三坐标测量机的组成
三坐标测量机的组成三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统三大部分主机结构分为：1、框架，是指测量机的主体机械结构架子。
它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体；2、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。
三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。
该系统还应包括数显电气装臵。
3、导轨，是测量机实现三维运动的重要部件。
测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。
气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。
气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装臵。
4、驱动装臵，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能。
在测量机上一般采用的驱动装臵有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。
直线马达驱动正在增多。
5、平衡部件，主要用于Z 轴框架结构中。
它的功能是平衡Z 轴的重量，以使Z 轴上下运动时无偏得干扰，使检测时Z 向测力稳定。
如更换Z 轴上所装的测头时，应重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。
Z 轴平衡装臵有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。
6、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。
转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台等。
用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。
一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。
三维测头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。
测量的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。
测头有接触式和非接触式之分。
按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。
电气系统分为：1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。
【三坐标技术支持】三坐标测量机的测量系统解析
【三坐标技术支持】三坐标测量机的测量系统解析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。
它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，影像测量机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。
青岛弗尔迪测控有限公司主要采用国际最知名英国雷尼绍的光栅，以及独特的安装技术，有利于精度的稳定。
当测针接触到工件时，三坐标测量机接收的的坐标值应是红宝石球头中心点坐标，显然，测量软件将自动沿着测针从接触点回退的方向加上一个测球半径值作为测量值。
但该测量值是一个与测头的机械惯性有关的动态值。
实际上，测量作为一个动态过程，其测量值应该考虑到从测头采点到实际向系统传送该点坐标值时发生的机器空间移动距离。
尽管这个距离极小，但对系统计算动态尺寸有一定影响。
在实际测量时，每测量一个元素，弗尔迪测量机系统都可以自动区分测球半径的补偿方向，计算正确的补偿半径。
在采点开始后，测量软件将在沿着测针接触工件的方向上对测球进行半径补偿。
但被补偿点并非真正的接触点，而是测头沿着测针接触工件方向的延长线上的一个点。
这样就造成了补偿误差，产生误差的大小与测球的半径及该工件被测面与笛卡尔坐标轴的夹角有关，夹角越大，误差越大。
①测球半径r对补偿误差的影响补偿误差δ与测球半径r成正比关系，即测球半径r越小，补偿误差δ也越小。
因此当用三坐标测量机进行点位测量时，应选用尽可能小的测球。
②测针轴线与被测表面法线间的夹角α对补偿误差的影响。
三坐标测量机技术介绍
三坐标测量机技术介绍一、概述长度测量是以点的坐标位置为基础的，它分为一维、二维和三维测量。
三坐标测量机是一种长度测量仪器，它的基本原理是将被测零件放入它容许的测量空间，精密地测出被测零件在X、Y、Z三个坐标位置的数据，根据这些点的数值经过计算机数据处理，得出被测零件的几何尺寸、形状和位置公差。
根据国际上“CMMA”的标准规范，“一台三坐标测量机是对直角坐标系统的具体化”。
现代的测量机是把光学、机械、电子技术和计算机技术融为一体的高精度、高效率的自动化检测设备。
三坐标测量机三轴的直线性、导轨的平行性、扭摆和三个坐标的垂直性等，精度都非常高，通过电控系统和计算机及其相应软件可对被测零件的几何尺寸、形状位置公差进行手动、机动或CNC数控测量，并可与CAD/CAM系统连接。
它是现代工业检测和质量控制不可缺少的高精度大型测量仪器。
三坐标测量机的特点是高精度（达到 m级）、高效率（数十、数百倍于传统测量手段）、万用性（可替代多种长度测量仪器）。
因而多用于产品测绘，复杂型面检测，工夹检具测量，研制过程中间测量，CNC 机床或柔性生产线在线测量等。
使用三坐标测量机可以解决困难的测量问题，提高工作效率，并节省专用量具的制造、贮存、维修等工作。
尤其在现代工业向高度自动化发展的今天，将CAD/CAM技术应用于三坐标测量机——加工中心联机系统，三坐标测量机——计算机工作站——数控机床（生产线）的联机系统将得到进一步的推广，在新产品开发和计算机管理的自动生产线上，三坐标测量机的使用将越来越多越来越广。
现代制造业中的程序控制和质量保证越来越多地依赖三坐标测量机，近20年来在发达国家三坐标测量机已经替代了使用块规和夹具的传统检测方法，它的机动性节省了必备块规的投入，同时也大大降低了传统的质量控制所需的人力和时间。
另外，精密的三坐标测量机集几种测量功能于一机，例如：齿轮测量，凸轮轴测量、圆度测量等等，以上每种测量功能在使用传统测量方法的工厂中都需要单独配备一台专用测量设备。
三坐标控制系统详解
三坐标控制系统详解引言：三坐标控制系统是一种用于测量和控制物体形状和位置的技术。
它可以精确地测量物体在三个坐标轴上的位置，并通过控制系统实现对物体的精确定位和调整。
本文将详细介绍三坐标控制系统的原理、应用和发展趋势。
一、三坐标控制系统的原理三坐标控制系统基于坐标轴的概念，通常使用直角坐标系来描述物体在空间中的位置。
该系统由三个互相垂直的坐标轴组成，分别称为X轴、Y轴和Z轴。
通过在这三个轴上的移动和定位，可以确定物体在空间中的位置。
三坐标控制系统的核心组成部分是传感器和执行器。
传感器用于测量物体在三个坐标轴上的位置，常见的传感器包括光电传感器、激光传感器和超声波传感器等。
执行器则根据传感器的反馈信号，通过控制物体的运动和位置来实现精确控制。
二、三坐标控制系统的应用1. 制造业：三坐标控制系统在制造业中广泛应用于零件加工、装配和检测等环节。
通过精确的测量和控制，可以保证产品的质量和精度，提高生产效率。
2. 航空航天：在航空航天领域，三坐标控制系统被用于飞行器的设计、制造和测试。
它可以确保飞行器的各个部件的精确配合和定位，提高航空器的性能和安全性。
3. 医疗器械：在医疗器械制造过程中，三坐标控制系统可以用于精确测量和调整器械的尺寸和形状，保证其符合医疗标准和要求。
4. 科学研究：在科学研究中，三坐标控制系统可以用于实验室仪器的校准和测量。
它可以提供精确的数据支持，为科学家的研究工作提供准确可靠的依据。
三、三坐标控制系统的发展趋势随着科技的不断进步，三坐标控制系统也在不断演进和改进。
以下是三坐标控制系统的一些发展趋势：1. 精度提升：随着制造技术的进步，三坐标控制系统的测量精度不断提高。
传感器和执行器的性能得到了提升，能够实现更加精细的测量和控制。
2. 自动化应用：自动化是当前工业发展的一个重要趋势，三坐标控制系统也在向自动化方向发展。
通过与计算机和机器人技术的结合，实现对物体位置和形状的自动测量和调整。
三坐标机的结构及原理
三坐标机的结构及原理三坐标机是一种用于精确测量物体位置和形状的仪器，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。
本文将介绍三坐标机的结构及原理，包括坐标系建立、探测系统、数据处理、机器运动、控制系统和测量结果输出等方面。
1.坐标系建立在三坐标机中，坐标系的建立是测量过程的基础。
通常采用右手直角坐标系作为基准坐标系，由X、Y、Z三个轴组成。
建立步骤如下：（1）选择一个平滑且稳定的平面作为基准面，将其确定为X-Y 平面；（2）设定测量零点，即X和Y轴的正方向交汇点，称为原点；（3）根据实际测量需求，确定测量范围和分辨率。
2.探测系统三坐标机的探测系统包括探针、传感器和图像识别等组成部分。
探针用于接触被测物体并获取数据，传感器则用于将探针采集到的信号转化为电信号，再由图像识别技术对数据进行处理和分析。
（1）探针：通常采用红宝石或钢针作为探针头部，可实现精确的测量；（2）传感器：主要有电容、光学、光电等多种类型，根据实际需求进行选择；（3）图像识别：通过对采集到的图像进行处理和分析，提取出物体的轮廓和特征。
3.数据处理三坐标机中的数据处理系统包括机械臂的控制、数据的采集和处理等。
具体过程如下：（1）机械臂控制：通过计算机程序控制机械臂的移动，实现自动化测量；（2）数据采集：通过探针和传感器采集物体表面的坐标值；（3）数据处理：将采集到的数据进行格式转换、滤波、插值等处理，以提高测量精度。
4.机器运动三坐标机的机器运动部分包括机械臂、工作台等。
机械臂通常采用滚动丝杠、伺服电机等机构，实现X、Y、Z三个轴向的运动。
工作台则用于支撑被测物体，并在机械臂的带动下实现联动运动。
机器运动的方式和原理主要基于精密机械设计和电机控制技术，实现高精度的位置控制和速度调节。
5.控制系统三坐标机的控制系统包括电路控制和PLC控制等。
电路控制主要指各种电子元件和芯片组成的电路系统，用于实现信号的转换和放大，以及电机的驱动和控制等功能。
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三坐标测量机控制系统有哪些类型？
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三坐标测量仪作为高精密测量仪器，在多个领域被广泛应用。
越来越多的企业开始使用三坐标测量仪。
在使用三坐标测量仪前，我们很有必要对其进行系统的了解。
而控制系统作为三坐标测量机的三大部分组成之一，自然也是三坐标测量仪最关键的几大组成部分。
控制系统主要功能是：读取空间坐标值，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，实时监测坐标测量机的状态以保证整个系统的安全性与可靠性，有的还包括对坐标测量机进行几何误差与温度误差补偿以提高测量机的测量精度。
下面，我们来了解下控制系统的分类。
从控制系统的角度划分，三坐标测量机可分为手动型、机动型及CNC数控型三种模式。
早期的坐标机以手动型和机动型为主，当时的控制系统主要完成空间坐标值的监控与实时采样。
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，高精度，高速度，智能化成为三坐标测量机控制系统发展的主要趋势。
一．手动控制系统
手动控制系统主要包括坐标测量系统、测头系统、状态监测系统等。
坐标测量系统是将X，Y，Z 三个方向的光栅信号经过处理后，送入计数器，CPU 读取计数器中的脉冲数，计算出相应的空间位移量。
测头系统的作用是当手动移动测头去接触工件，测头发出的信号用作计数器的锁存信号和CPU的中断信号，锁存信号将X，Ｙ，Ｚ三轴的当前光栅数值记录下来，
CPU在执行中断服务程序时，读取计数器中的锁存值，这样就完成了一个坐标点的采集。
计算机通过这些坐标点数据分析计算出工件的形状误差和位置误差。
随着半导体反唇相讥与计算机技术发发展，可将光栅信号接口单元，测头控制单元，状态监测单元等集成在一块PCI或ISA总线卡上，直接插入计算机中，使得系统可靠性提高，成本降低，便于维护，易于开发。
手动三坐标测量机结构简、成本低、适合于对精度和效率要求不是太高、而要求低体格的用户。
二．机动控制系统
与手动型控制系统比较，机动型控制系统增加了电机、驱动器和操纵盒。
测头的移动不再需要手动，而是用操纵盒通过电机来驱动。
电机运转的速度和方向都通过操纵盒上手操杆偏摆的角度和方向来控制
机动型控制系统主要是减轻了操作人员的体力劳动强度人，是一种过渡机型，随着CNC系统成本的降低，机动型测量机目前采用得很少。
三. CNC控制系统
CNC系统的测量过程是由计算机控制的，它不仅可以实现自动测量，自学习测量，扫描测量，也可通过操纵杆进行机动测量。
数控系统以控制器为核心，数控型三坐标测机除了在X，Y，Z三个方向装有三根光栅尺及电机、传动等装置外，还具有了以控制器和光栅组成的位置环；控制器不断地将计算机给出的理论位置与光栅反馈回来的实测位置进行比较，通过PID参数的控制，随时调整输出的驱动信号，努力使测量机的实际位置与计算机要求理论位置保持一致。
CNC控制系统的代表产品，嘉腾仪器生产的CNC654全自动三坐标测量机，凭借其高稳定性的测量系统，高效的检测效率，使其特别适合于生产线和批量零件的检测。
该仪器在三坐标测量机市场上广受欢迎，是三坐标测量仪史上的划时代产品。