三坐标测量机全过程解析
三坐标测量机的原理及应用
三坐标测量机的原理及应用1. 三坐标测量机的基本原理1.1 三坐标测量机的定义和作用三坐标测量机是一种高精度测量设备，它能够通过测量工件表面上的各种点的坐标来了解工件的几何形状和尺寸。
它的主要作用是用来检测工件的几何形状和尺寸是否符合设计要求，以实现工件的质量控制。
1.2 三坐标测量机的工作原理三坐标测量机通过夹具固定工件，并由数控系统控制探头在三个坐标轴上移动，测量工件表面上各个点的坐标值。
具体的工作原理如下：1.夹具固定工件：首先，将需要测量的工件夹在测量机的工作台上，固定工件的位置。
2.移动探头：测量机的数控系统会根据设定的测量路径，控制探头在三个坐标轴上进行移动。
探头可以实现旋转、抬升、下降等运动。
3.测量点坐标：当探头接触到工件的表面时，测量机会采集探头的坐标值，并记录下来。
通过多次测量不同的点，可以得到工件的整体几何形状。
4.数据处理：测量的数据会被送入三坐标测量机的计算机系统中。
计算机系统会对数据进行处理和分析，生成测量报告和测量结果。
2. 三坐标测量机的应用三坐标测量机在制造业中有广泛应用，特别是在需要高精度测量的行业。
以下是三坐标测量机的一些主要应用领域：2.1 航空航天工业三坐标测量机被广泛应用于航空航天工业中。
在航空航天工业中，各种零部件和组件的尺寸和形状对于正常的工作至关重要。
三坐标测量机可以快速、精确地测量各种复杂曲面的形状和尺寸，保证了飞机和航天器的质量。
2.2 汽车制造业在汽车制造业中，三坐标测量机被广泛应用于汽车零部件的测量和质量控制。
利用三坐标测量机可以对发动机、车身、底盘等关键部件进行精确的测量，确保汽车的质量和性能符合设计要求。
2.3 机械制造业在机械制造业中，三坐标测量机被用于测量各种机械零部件的尺寸和形状。
机械制造业对于零部件的尺寸精度要求很高，使用三坐标测量机可以快速、准确地测量各种复杂形状的零部件。
2.4 其他领域除了上述应用领域外，三坐标测量机还被广泛应用于电子制造、仪器仪表、模具制造等行业。
三坐标测量步骤
用三坐标测量机测量凸轮轴端盖主要几何数据的步骤：一、路径规划：工件为一个盘状的零件，先将零件正面向上放置在测量工作台上，测量正面可以测出的几何要素，再将零件翻一面放置，测量底面的几何要素二、将凸轮轴端盖已加工表面朝下放在一个平整的工作台上，尽量保持零件的中心轴线与工作台的X轴运动方向平行以便于测量三、依照凸轮轴正面的几何要素及几何要素间的相互关系，在一张A4纸上画出凸轮轴几何要素的分布草图四、启动三坐标测量机，在测量之前将三坐标测量机的测头接触一个可固定在工作台确定位置的钢球，接触数次以消除测头的磨损量五、将三坐标测量机的测量模式切换到测量平面，用测头接触凸轮轴端盖上表已加工好的平面数次以确定该平面，将该平面设置为基准平面六、将测量模式切换到圆柱测量，依次测量位于端盖中部的四个大孔，测量后将四个孔的直径和各孔之间的相对距离标注在之前画的草图上（圆柱的测量方法为：将探头摆放至孔的中心位置附近并将测头在Z方向的移动锁定，然后测量孔内同一高度上三点以上数据，然后改变Z方向的位置之后再将Z方向运动锁定，再测三个以上位置点就可以确定整个圆柱孔的直径以及孔的中心位置）七、测量完几个位于中部的大孔之后，用同样的方法测量其它直径较小的孔，要求逐一测出各个孔的直径及相对位置并在提前画出的草图上标出相应的几何尺寸，以便于后期分析误差等八、用测圆柱的方法测量两个凸台轮廓圆的直径及圆心位置并在草图上标出九、用测平面的模式测量凸台上两个平面相对于基准平面的距离，并在草图上标出数据十、用测平面的方法测出凸轮轴前后左右四个平面，早草图上分别标注出前后和左右平面之间的距离以及和孔等几何要素之间的距离十一、用垫块作为支撑将零件换一个面放置，用测量平面的方法测出一个平面作为基准平面十二、用测圆柱的方法测量底面几个孔的直径大小，在草图上记录数据。
三坐标机的测量原理
三坐标机的测量原理
三坐标测量机是一种用于测量物体三维坐标的仪器设备。
其测量原理主要包括以下几个步骤：
1. 位置设置：首先需要在测量范围内设置三个坐标轴，通常为X轴、Y轴和Z 轴，并确定原点。
这些坐标轴由机器上的感应器负责检测和定位。
2. 探头接触：将测量物体放置在机器的工作台上，手动或自动控制探头与测量物体接触。
探头通常是一种灵活的机械手臂，可以移动并接触物体表面。
3. 探头测量：一旦探头接触到测量物体，它会沿着预设的路径移动，并通过感应器测量每个点的相对位置。
这些相对位置根据已知的坐标轴和原点确定。
4. 数据计算：测量机会收集并记录所有采集到的位置数据。
通过将这些相对位置数据与坐标轴和原点的绝对位置进行计算，可以得出物体的三维坐标。
5. 数据分析：得到物体的三维坐标后，可以进行数据分析和比较。
可以将测量结果与预期尺寸进行对比，以判断物体的几何形状是否满足要求。
需要注意的是，不同型号的三坐标测量机在具体实现上可能存在细微的差异，但其基本的测量原理是相似的。
三坐标测量机的工作原理【详解】
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。
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。
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、三坐标测量机的使用范围2.1．几何尺寸测量：可完成点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环的几何尺寸测量，同时可测出相关的形状误差。
2.2．几何元素构造：通过测量相关尺寸，可构造出未知的点、线、面、孔、球、圆柱、圆锥、槽、抛物面、环等，并计算出它们的几何尺寸和形状误差。
2.3．计算元素间的关系：通过测量一些相关尺寸，可计算出元素间的距离、相交、对称、投影、角度等关系。
2.4．位置误差检测：可完成平行度、垂直度、同轴度、位置度等位置误差的测量。
2.5．几何形状扫描：用DEA公司提供的SCAN3D软件包可对工件进行扫描测量。
3、三坐标测量机的优劣势3.1. 优点：非常适合普通尺寸的测量；测量简单，精确，可靠，柔性较好；通过后续不同的数据处理软件包可以实现不同的分析功能；3.2. 缺点：造价比较昂贵；不适合做大范围的动态测量；频响不可能太快。
三坐标测量过程
三坐标测量过程分析
1.首先分析被测零件
零件外形尺寸大约400X200X100，
主要构成元素，平面曲面孔曲线圆以及相关的过度曲线，零件后面跟平面可能存在锥度。
故选用metic565+mcp型号测量机，配置rational-dmis高级版软件，要求带有tp-scan 功能，曲面曲线，igs输出等
设备精度：E=2.0+3L/1000R=2.5
满足测量测绘需求！
2.开始测绘：
首先，选用合适的测针。
因为测绘过程中很难判断曲面的法矢方向，故为了减小余弦误差，选用直径为1mm的测针。
第二，校准测针，
第三，进行测绘，先测量基准平面，然后建立相应的坐标系。
测量需要的元素。
第四，根据测量需要，转换相应的测针角度，测量后面，以及验证角度等
第五，输出igs或者step格式，交给设计工程师进行后期的处理
说明，因表面到脚，圆弧小，距离短，故没有采用三坐标进行测量，使用R规测量进行处理。
3.然后pro/E等一些绘图软件进行造型
满意,重新测量并修整数模,并再次进行测量.
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1-三坐标测量机测量技术讲解
世界上第一台三坐标测量机（英国Ferranti公司1956）
•1992年全球拥有三坐标测量机46100台，年销售增长率 在7%-25%左右。
•发达国家拥有量高，在欧美、日韩每6-7台机床配备一 台三坐标测量机。 •我国三坐标测量机生产始于20世 纪70年代，年增长率在20%以上。
•目前，三坐标测量机被广泛应用 在汽车、航天、航空 、家电、电 子、模具等制造领域。
2.意义和作用
随着人们生活水平的提高和制造业的快速发展， 特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业，各 种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术；
同时为应对全球竞争，生产现场非常重视提高加 工效率和降低生产成本。其中，最重要的便是生产出 高质量的产品。
因此，为确保零件的尺寸和技术性能符合要求， 必须进行精确的测量，因而体现三维测量技术的三坐 标测量机应运而生，并迅速发展和日趋完善。
综上所述，三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手 动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。三坐标测量 机在下述方面对三维测量技术有重要作用。
1、实现了对基本的几何元素的高效率、高精度测量与评定， 解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量，例如箱体零件的孔径与 孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测。
三坐标测量机的发展历程
1.三坐标测量机的发展历程
三坐标测量机是近30年发展起来的一种高效率的新 型精密测量仪器。它广泛件的尺寸、形状及相互位置的 检测。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率 高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大 型精密仪器，有“测量中心”之称。
如图所示，测量孔1和2的中心距，先在孔1和2各测至少3点， 计算出各自的圆心坐标值，然后计算两点的距离，同时可以测 量外形尺寸、孔径、孔的圆度和圆柱度、两孔轴线的平行度、 轴线与基面的垂直度、工件表面的平面度等。
三坐标测量机分解演示教学
➢ 对于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲
面的零件，使用坐标测量机进行三维数字化测量是非常有效 可靠的手段。
结束
➢120
➢ 测量时，ATOS将投影
➢日本三丰的100纳米级的测微头。
➢这是三维移动台，精度微米级。
➢这是500纳米的测微头。
➢此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！
感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
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自动三坐标测量机
手动三坐标测量机
三坐标测量机
坐标测量机的组成
➢机械系统
包括底座、工作台、 立柱、横梁、滑架、 测头等
➢控制系统 ➢数据处理软件系统
3
6 2
4 5
z y x
1 1－底座 2－工作台 3－横梁
4－滑架 5－立柱 6－测头
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三坐标测量仪的几种测量方法
113
视频12 曲线测量
视频13 曲面测量
视频14 平面测量
视频15 球面测量
视频16 孔测量
现场手动检测设备应用
手持式激光扫描系统不仅 功能强大、一机多用，而且测 量柔性极好，对使用环境和操 作技能无特别要求（几乎无测 量死角），可用于生产车间和 一般设计室。它可将边界测量 （接触式）和复杂曲面测量 （激光扫描）方便地结合起来， 是目前市场上性价比较高的三 坐标测量和检测系统之一。
•对测量机的控制； •测量探针组合定义与校验； •测量手动操作控制； •被测几何元素定义； •测量结果的显示与输出； •测量坐标系确定； •自动测量程序编辑与调试运行； •基于CAD测量程序脱机编制。
三坐标测量仪工作原理
三坐标测量仪工作原理
三坐标测量仪是一种用于测量物体三维形状和尺寸的精密测量设备。
它能够实现对物体的长度、宽度、高度、角度、半径等参数的测量，并能够生成与物体表面形状一致的三维模型。
三坐标测量仪的工作原理基于三个相互垂直的坐标轴，分别为X 轴、Y轴和Z轴，通过测量某一点与基准点的坐标差值，从而确定该点在三维空间中的位置。
三坐标测量仪内部包含一个高精度的测量传感器，用于探测物体表面的形状并输出其坐标数据。
当测量仪启动时，探针会移动到起点位置，并记录下该点的坐标。
随后，探针会按照预设的路径移动到待测点，并将其坐标数据与起点坐标进行比较，得出两点之间的坐标差值。
为了提高测量的准确性和稳定性，三坐标测量仪通常采用多点测量、多角度测量和多次测量的方法。
通过对同一点进行多次测量，测量仪可以减小由于传感器精度、机械系统误差等原因带来的测量误差，提高测量的可靠性。
同时，三坐标测量仪还内置了计算机系统，用于处理和分析采集到的数据。
通过对测量数据的分析和计算，三坐标测量仪可以生成物体的三维坐标数据和表面模型，并可将其转化为CAD文件或其他格式的数据输出。
总之，三坐标测量仪通过测量传感器和坐标轴的协同工作，实现对物体三维形状和尺寸的精确测量，并可生成与物体表面形
状相一致的三维模型。
它因其高精度、高效率的测量能力，被广泛应用于制造业领域的零部件测量、装配质量检验等方面。
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第七章三坐标测量机
⇩基本原理与作用
⇩三坐标测量机的类型和组成⇩三坐标机测量过程与应用
一、数字测量的需求与应用现代制造发展的需求7.1 基本原理与作用
适用于测量箱体零件的孔距和面距、模具、精密铸件、电子线路板、汽车外壳、凸轮、飞机型体等带
世界上第一台三坐标测量机（英国Ferranti 公司1956）
二、三维数字测量机历史
三、几何量的数字化表示X 轴Y 轴
Z 轴
A 轴
B 轴
C 轴
轴
(X ,Y ,Z,I ,J,K )
α
γ
β
“0”
四、几何量数字测量的基本原理
运动轴系
探测系统
检测定义
计算分析
测量评价
三维数字测量的原理
通过探测传感器（测头）与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点坐标的获取，然后通过相应的数学计算定义，完成对所测得点（点群）的拟合计算，还原出被测的几何元素，并在此基础上进行其与理论值（名义值）之间的偏差计算与后续评估，从而完成对被测零件的检验工作。
一次装夹完成尽可能多的复杂测量
完成人工无法胜任的测量工作
坐标测量的特点
测量精度高
工作适应性强
测量结果一致性好
五、几何量数字测量的特点
基于计算机的数字控制与测量基于软件功能的广泛适应性
基于精密机电技术的测量精度
六、几何量数字测量的功能
7.2 三坐标测量机的类型和组成
一、三坐标测量的类型
➢数显及打字型
➢带有小型电子计算机进
行数据处理
➢计算机数字控制
悬臂式桥式龙门式镗床式
龙门式桥式
悬臂式
双悬臂式
三、三坐标测量机的组成
基础平台
机架系统
运动支承
驱动系统
测量系统
测头系统
控制系统
软件系统
(1)坐标测量机基础平台
基础刚性
支承精度
热稳定性
零件安装
(2) 坐标测量机的机架
支架刚性
轻量化
热稳定性全对称三角形横梁结构
(3)气浮运动支承
支承刚性
摩擦力最小
精度保持性好
运动支承导轨
(4) 测量系统1、机械式测量系统
精密丝杠加微分鼓轮式
精密齿条及齿轮式
滚轮直尺式
2、电气式测量系统
感应同步器式
磁栅式
编码器
3、光学式测量系统
(4) 测量系统3、光学式测量系统
一般采用数字式连续位移系统
光学读数刻度尺式
光电显微镜和金属刻尺式
光栅测量系统
光学编码式
激光干涉式
(5) 测头系统
测量传感器
探针系统
探针标定
探测方法类型
表面数字化方法
激
计
测核
非接触式接触式
连续式
非光学式
光学式触发式
三角形法结
构
光
法
光
干
涉
法
算
机
视
觉
法
C
T
量
法
磁
共
振
测
量
法
层
析
法
超
声
波
法
测头探测方法
Tesastar 手动旋转Tesastar I
手动分度
Tesastar M
自动分度
点到点测头
T-Probe
轻便型测头
LSP X3
最大加长杆长度：
360 mm
LSP X5
最大加长杆长度：
500 mm
LSP S2/S4
最大加长杆长度：
600 -800 mm
高精度扫描测头
接触式测头系统
CMM-V CCD 照相
G-SCAN 线激光测头
G-Tube 非接触管件测
头
非接触传感器
T-Scan
便携式扫描头
CW 43L
最大测头加长长度：570 mm
连续伺服关节
非接触式与控制回转测头系统
1）触发式测头系统
RENISHAW电阻型触发式探头
测量精度高探针组合大角度固定
测量方便
探针组合有限制探针长度有限制存在步距角
RENISHAW 回转测头
3）回转式测头系统
RENISHAW 连续回转扫描测头
(6) 坐标测量机控制系统框架
7.3 三坐标机测量过程与应用
⇩测量坐标系的建立
⇩常规几何元素测点推荐
⇩被测零件的定位
⇩被测零件的装夹
⇩坐标测量机应用过程
⇩测量机使用中需注意的问题
⇩应用实例
1
2 3
确定尺寸投影平面(3点)
确定尺寸投影方向(2点)
定义尺寸计算起点(1点)
测量坐标建立方法
3
2
1一、测量坐标系的建立
二、常规几何元素测点推荐
三、被测零件的定位
传统测量方法数字测量方法
零件方位精确调整零件方位数字对准(测量坐标系)
基准源于测量工具基准源于测量工具和
数字模型
零件无需精确放置
四、被测零件的装夹
零件方位合理
零件装夹合理
零件装夹一致性
检测评价工况保障
五、坐标测量机应用过程
被测零件几何要求
要求分析与控制转换
测量工艺过程确定
测量名义数据准备探针组合
设计
辅助装夹
系统
具体测量
工艺
测量结果
输出格式坐标测量程序编制
测量程序调试
实际测量过程
测量数据处理
坐标测量机
测量评价方法
被测零件测量要求分析内容对被测零件进行测量要求的分析是三座标测量机应用中的一个最基本的环节，对被测零件测量要求的分析主要包括以下几个方面的内容：
1. 零件中所需测量的内容：包括数据采集的位置、被测几何
元素的内容等
2. 对测量数据处理的要求：包括尺寸的换算、被测几何元素
的相互关系计算、几何元素的尺寸与位置公差计算等3. 对测量结果输出的要求：包括测量结果输出的格式与内容
坐标测量机应用步骤
4. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定零件的装夹
方式，并设计相应的测量夹具
5. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定测量座标系
的建立方式
6. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定探针的组合
方式
7. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定整个测量工序、测量机运行的路径以及测量结果计算方法
8. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定被测零件名
义值的输入情况，特别是在有复杂的曲面曲线形状的测量中，往往还需输入CAD 模型，以此作为测量的名义值
六、测量机使用中需注意的问题
1.测量要求的明确，测量方法、数据处理方法的沟通与确认
2.零件测量工艺的制订及相关规范的建立
3.确认测量坐标系的建立方法，并验证所建坐标系的准确性
4.注意探针组合的标定误差
5.确认零件安装的稳定性，以及零件加工工艺的影响
6.确认具体采点方法与密度，特别是具体取点的方法及零件状况
7.逐步确认所测几何元素的精度状态（多次测量、直观数据）
8.注意使用重复测量验证测量结果的稳定性
9.注意测量结果计算的条件
10. 注意结果输出的方式方法（信息集成与管理）
七、应用实例
1.精密箱体类零件
基准状况良好
精度要求高
测杆长
测量方位多
形位公差计算
环境要求高
1.精密箱体类零件
2.注塑类零件
需专用夹具保持工况
被测元素状况差
多测曲面曲线
零件方位一致性差
可用间接测量
测力需要控制
3.金属压铸类零件
需专用夹具保持工况
被测元素状况差
多测表面空间点
零件方位一致性差
常需迭代方法建坐标
零件易变形。