三坐标测量机 (1)
三坐标最大允许误差
三坐标最大允许误差摘要：1.三坐标测量机的概述2.三坐标允许误差的定义3.三坐标测量机的最大允许误差标准4.三坐标测量机的应用领域正文：1.三坐标测量机的概述三坐标测量机，又称为三坐标测量仪，是一种高精度的测量设备，主要用于测量物体的三维空间尺寸，包括长度、高度和深度等。
它具有高精度、高效率和操作简便等特点，被广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
2.三坐标允许误差的定义三坐标允许误差是指三坐标测量机在测量过程中，测量结果与实际值之间的差异。
通常情况下，三坐标测量机的允许误差包括绝对误差和相对误差两种。
3.三坐标测量机的最大允许误差标准我国对三坐标测量机的最大允许误差有严格的标准。
根据GB/T 13850-2019《三坐标测量机》标准规定，三坐标测量机的最大允许误差应满足以下要求：（1）长度测量的最大允许误差：±(5+L/1000)μm，其中L 为测量长度（mm）；（2）高度测量的最大允许误差：±(5+H/1000)μm，其中H 为测量高度（mm）；（3）深度测量的最大允许误差：±(5+D/1000)μm，其中D 为测量深度（mm）。
4.三坐标测量机的应用领域三坐标测量机在多个领域具有广泛的应用，如：（1）机械制造：用于测量各种机械零件的尺寸，以确保其符合设计要求；（2）航空航天：用于测量航空航天器的零部件，以确保其满足高精度、高可靠性的要求；（3）汽车制造：用于测量汽车零部件的尺寸，以确保汽车的性能和安全性；（4）电子行业：用于测量电子元器件的尺寸，以确保其符合电子产品的设计要求。
总之，三坐标测量机是一种高精度的测量设备，具有重要的应用价值。
三坐标测量仪
三坐标测量仪三坐标测量仪三坐标测量仪是指在⼀个六⾯体的空间范围内，能够表现⼏何形状、长度及圆周分度等测量能⼒的仪器，⼜称为三坐标测量机或三坐标量床。
三坐标测量仪⼜可定义“⼀种具有可作三个⽅向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或⾮接触等⽅式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出⼯件的各点（x，y，z）及各项功能测量的仪器”。
三坐标测量仪的测量功能应包括尺⼨精度、定位精度、⼏何精度及轮廓精度等。
机型介绍结构型式：三轴花岗岩、四⾯全环抱的德式活动桥式结构传动⽅式：直流伺服系统+预载荷⾼精度空⽓轴承长度测量系统：RENISHAW开放式光栅尺，分辨率为0.1µm测头系统：雷尼绍控制器、雷尼绍测头、雷尼绍测针机台：⾼精度（00级）花岗岩平台使⽤环境：温度(20±2)℃，湿度40%-70%，温度梯度1℃/m，温度变化1℃/h空⽓压⼒：0.4MPa-0.6Mpa空⽓流量：25L/min长度精度MPEe：≤2.1+L/350(µm)探测球精度MPEp：≤2.1µm主要特征三轴采⽤天然⾼精密花岗岩导轨，保证了整体具有相同的热⼒学性能，避免由于三轴材质不同热膨胀系数不同所造成的机器精度误差。
花岗岩与航空铝合⾦的⽐较1.铝合⾦材料热膨胀系数⼤。
⼀般使⽤航空铝合⾦材料的横梁和Z轴在使⽤⼏年之后，三坐标的测量基准——光栅尺就会受损，精度改变。
2.由于三坐标的平台是花岗岩结构，这样三坐标的主轴也是花岗岩材质。
主轴采⽤花岗岩⽽横梁和Z轴采⽤铝合⾦等其他材质，在温度变化时会因为三轴的热膨胀系数不均同⽽引起测量精度的失真和稳定。
三轴导轨采⽤全天然花岗岩四⾯全环抱式矩形结构，配上⾼精度⾃洁式预应⼒⽓浮轴承，是确保机器精度长期稳定的基础，同时轴承受⼒沿轴向⽅向，受⼒稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。
3.采⽤⼩孔出⽓专利技术，耗⽓量为30L/Min，在轴承间隙形成冷凝区域，抵消轴承运动摩擦带来的热量，增加设备整体热稳定性。
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。
三坐标测量机的检定(一)
三坐标测量机的检定（一）【要求】①仪器的工作面、导轨、标准球、块规应无锈迹、碰伤和显然划痕等缺陷；涂漆或镀层表面应平滑、匀称、色调全都；无斑点、皱纹、脱漆或镀层脱落等现象。
②X,Y,Z方向移动应平稳，无阻滞、急进及噪声，移动范围应大于工作行程；限位、锁紧、应急开关必需平安灵便牢靠。
③仪器上应标有创造厂名(或厂标)、出厂编号。
④用法中的仪器应无影响精确度的缺陷。
【检定办法】目力观看和试验。
2．计算机、打印机及软件功能【要求】计算机功能必需齐全正确，显示和打印无误；软件应具备所需功能。
【检定办法】仪器所配备的计算机、打印机都必需具有故障诊断程序，按该程序检查，并按测量机的操作办法调用各有关软件，观看屏幕是否显示所具备的功能，再任测一典型零件，通过测量和计算来考核测量和软件的功能。
3．各项精度指标的检定 (1)平面度的检定平面度可用激光仪检测，可将测得数据绘出图形．指出误差的位置和数值大小，便于修复。
测平面度常用附件有平面度镜和基板。
基板普通有3种尺寸：50mm,100mm,150mm 各1块，基板的大小由测量点打算。
平面度误差也可用电子水平仪测量。
(2)工作台面与X,Y运动平面平行度的检定用电感式比较仪或三坐标测量机测头检定，受检点应匀称分布，8.3.1所示。
其点数按照工作台的长度尺寸按表8.3.1确定。
检定时，使测量头挺直与工作台面接触，或在测量头与工作台面间垫一块尺寸为20 mm的4等量块。
在固定Z坐标轴的状况下，移动X,Y滑架或工作台，按受检点的分布举行检定。
工作台面与X,Y运动平面的平行度，以各受检点所得读数中的最大值与最小值的差值确定。
表8.3.1 受检点数与工作台长度的关系 (3) X,Y,Z方向移动直线度的检定 X,Y方向移动的直线度，用零级矩形平尺分离在水平面和垂直面内检定Z方向移动的直线度，用零级直角尺分离在ZX,ZY两个平面内检定。
检定X方向在垂直平面内的移动直线度时，将矩形平尺安置于工作台面中间部位，其工作面与X方向平行，支承点距平尺端面的距离为ι=0.2232L,L为平尺的长第1页共2页。
三坐标测量机的基本操作
三坐标测量机的基本操作
三坐标测量机（CMM）是一种用于测量物体三维几何形状的
机器。
它通过测量物体表面上的点坐标，来计算出物体的尺寸、位置和形状等信息。
三坐标测量机的基本操作包括以下几个步骤：
1. 定位和固定物体：将被测物体固定在三坐标测量机的测量平台上，并使用夹具、夹具角或软夹等方式使其稳定。
2. 选择测量程序：根据被测物体的形状和尺寸选择相应的测量程序。
测量程序是事先编程好的，包括测量路径、测量点的分布和测量方法等。
3. 校准和参考点：使用已知尺寸和位置的参考物体或标定球进行校准，确保测量机的测量结果准确可靠。
在测量之前，还需要定义被测物体上的一些参考点或基准面。
4. 进行测量：启动测量程序，三坐标测量机会自动进行测量。
它会按照预定的测量路径，在被测物体上通过探针探测点的坐标，并记录下来。
根据测量路径和测量点的坐标，可以计算出物体的尺寸、位置和形状等信息。
5. 数据分析和处理：根据测量结果，进行数据分析和处理。
可以使用专业的测量软件进行数据处理，例如计算物体的圆度、直径、角度等。
还可以将测量结果与设计图进行比对，检测出偏差和误差。
6. 结果输出：将测量结果输出，可以以数据表格、图形、图像或报告等形式进行展示和记录。
测量结果可以用于质量控制、产品改进、工艺改进等方面。
在进行三坐标测量机的基本操作时，需要注意操作规范和注意事项，比如保持测量环境的清洁和稳定，避免人为误差，及时进行维护和校准等。
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
三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机是一种用于测量物体的形状和尺寸的精密测量设备。
其工作原理包括以下几个步骤：
1. 探测器系统：三坐标测量机配备了高精度的探测器系统，通常是光电探测器。
这些探测器可以在三个坐标轴上进行移动，并可以测量目标物体与参考基准之间的距离。
2. 参考基准：三坐标测量机上通常也有一套参考基准系统，用于确定物体的位置和方向。
该系统通常包括参考平面、直线和角度基准。
根据测量的需要，可以选择不同的基准来进行测量。
3. 测量操作：在进行测量前，需要先将目标物体放置在测量机的工作台上。
然后，根据测量要求，使用探测器系统的运动控制，将探测器移动到目标物体上，并测量不同点之间的距离和角度。
4. 数据处理：测量完成后，测量机会将测量的数据传输给计算机系统进行处理。
计算机会根据测量机的几何参数和测量数据，计算出目标物体的尺寸、形状和位置等信息。
5. 结果显示：最后，三坐标测量机会将测量结果在计算机显示屏上显示出来。
这些结果可以以数字或图形的形式呈现，方便用户进行分析和比较。
总的来说，三坐标测量机通过探测器系统和参考基准来测量目标物体的形状和尺寸，并通过数据处理和结果显示来提供测量
结果。
它具有高精度、快速、自动化等优点，在制造业和科学研究领域得到广泛应用。
三坐标测量机测量原理
三坐标测量机测量原理三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种外表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。
三坐标测量机的功能是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，这与所有的手动测量设备有很大的区别。
将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。
三坐标测量机的组成：1，主机机械系统(X、Y、Z三轴或其它);2，测头系统;3，电气控制硬件系统;4，数据处理软件系统(测量软件);三坐标测量机在现代设计制造流程中的应用逆向工程定义：将实物转变为C AD模型相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称。
广义逆向工程：包括几何逆向，工艺逆向，材料逆向，管理逆向等诸多方面的系统工程。
正向工程：产品设计-->制造-->检验(三坐标测量机)逆向工程：早期：美工设计-->手工模型(1：1)-->3轴靠模铣床当今：工件(模型)-->3维测量(三坐标测量机)-->设计à制造逆向工程设备：1，测量机：获得产品三维数字化数据(点云/特征);2，曲面/实体反求软件：对测量数据进行处理，实现曲面重构，甚至实体重构;3， CAD/CAE/CAM软件;4，数控机床;逆向工程中的技术难点：1，获得产品的数字化点云(测量扫描系统);2，将点云数据构建成曲面及边界，甚至是实体(逆向工程软件);3，与CAD/CAE/CAM系统的集成;(通用CAD/CAM/CAE软件)4，为快速准确地完成以上工作，需要经验丰富的专业工程师(人员);三坐标测量机测量原理三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种外表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。
三坐标测量机的功能是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，这与所有的手动测量设备有很大的区别。
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张海涛 zhanghaitao@ 指导教师：刘书桂教授
精密测试技术及仪器国家重点实验室
2
几何量用来描叙物体的大小、长短、形状和位置
几何量
等几何特征。 长度量和角度量
直线度、平面度、圆度、圆柱度、表面粗糙度等
3
概述
三坐标测量机
组成系统
测量不确定度—21项误差 误差的检定方法
状态监控 测量过程的管理 参数的管理与初始化 通讯功能
63
CNC型控制系统—光栅
64
CNC型控制系统—细分器
65
CNC型控制系统—电机、驱动器
电机
直流电机/测速机伺服机组 起动扭矩大，起动电压低，时间响应快。
驱动器
PWM (Pulse-Width Modulation)
调速比高、响应速度快、起动性能好 过压、过流、过速、过热等多种保护手段
48
坐标测量机—探测系统
测头回转体 测头 附件
探测系统的主要组成部分
49
探测系统—附件
测头附件是指那些与测头相连接、扩大其功能的
零部件。
对于接触式测头来说，测端与探针为直接对被测 工件进行探测的部件。对于不同尺寸、不同形状 的工件需要采用不同的测端与探针。
50
探测系统—测端
51
探测系统—测端
较强。
28
坐标测量机—主机系统
绝对光栅&相对光栅
绝对光栅：读数头在光栅的任一位置，其读数均是固定的。
相对光栅(增量式光栅)：读数头在任一位置的读数并不一 定，和所设的零点位置或预置点的读数有关，任一位置的
读数皆是从所设点(零点或预置数)按增减脉冲的计数来显
示位置，测量机大多用增量式光栅，而且大多数测量机开 机后要回家，以设置光栅零点(亦就是机器坐标零点)。
针直径太小，会影响刚度，在测量中应根据需 要合理选择。
52
探测系统—探针
增加探针长度对增强测量能
力有好处，但会使探针刚度 急剧下降。 探针直径必须比测球直径
小，在不发生干涉的条件
下，应尽量增大探针直径。 需要长探针时，常采用硬质合金探针，以提高刚度。 对于特别长的探针，应使用质量轻的陶瓷探针。
53
接收器件所接收的光是由尺面反射而来，由于组合在读数头 中的发射及接收器件均在光栅一侧，而且新型光栅的尺身与
读数头间隙比较大(LIDA 181 可以达到 0.8 毫米)，因此安装
方便，多数测量机采用了反射式光栅。
26
坐标测量机—主机系统
闭式光栅&开式光栅
闭式光栅：为了防尘，把光栅及读数头组合并封闭在 铝长盒内；优点是可以整体安装，不需要进行读数头
将被测零件放入坐标测量机的测量空间，精确 地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置
的数值，然后将这些点的坐标数值经过计算机
数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆 柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出 其形状、位置公差及其他几何量数据。
7
坐标测量技术的发展
8
坐标测量技术的发展
DEA（Digital Electronic Automation）
DSP(Digital Signal Processor，即数字信号 处理器)代替以前的 CPU，DSP 所具有的高
速运算功能，使得控制周期缩短，大大提高
了系统的轨迹控制能力，测量机动作更快， 测量效率更高。
62
CNC型控制系统—控制器
精确、实时地读取空间坐标值
控 制 器 的 功 能
运动轨迹的控制
66
CNC系统的结构—上下位机式
上位机—PC
测量软件对进行 分析、计算并给 出测量结果 理论位置、运 动及触测指令 回复机器实际位 置及触测结果
下位机—控制卡
68
三坐标测量机四大系统
1
主机系统
2
3 4
探测系统
控制系统 软件系统
69
坐标测量机—软件系统
准确、稳定、可靠、精度高，速度快、功能强、
龙门式坐标测量机
17
坐标测量机的主要结构形式
水平悬臂式坐标测量机
18
概述
三坐标测量机
组成系统
测量不确定度—21项误差 误差的检定方法
测量数据处理实例
19
三坐标测量机组成系统
1
主机系统 探测系统
2
3
控制系统 软件系统
20
4
坐标测量机—主机系统
框架 标尺系统 导轨 驱动装置 平衡部件
21
坐标测量机—主机系统
测量数据处理实例
4
概述
1
坐标测量技术的发展 坐标测量机的组成部分 坐标测量机的主要结构形式
2
3
5
坐标测量技术的发展
坐标测量技术的基本原理
任何形状都是由空间点组成的，所有
的几何量测量都可以归结为空间点的测量，
因此精确进行空间点坐标的采集，是评定 任何几何形状的基础。
6
坐标测量技术的发展
坐标测量机的基本原理
电压输出：读数头输出的信号为电压信号；它又可以分为
正弦电压输出与方波电压输出两种，正弦电压输出的标准
电压为 1V 峰峰值，后面直接连接电压放大器。方波电压 输出 TTL 为电平，可以直接连到计数器，这类的后置电
路简单，抗干扰能力也较强，但分辨力不是太高。
电流输出：要用电阻转换为电压输出，优点是抗干扰能力
长接近，主要用于光谱分析，测量机上不用。
计量光栅：是指几何量测量中应用的光栅，它的刻线距 离比光波波长大很多，一般从 4 微米到 100 微米(每毫 米 250 条刻线到 10 条刻线)，测量机均应用此类光栅。 计量光栅从形状上可分为长光栅及圆光栅，两者原理相 同，只是形状不同；长光栅一般用于线位移测量，是坐 标测量机的长度基准。
操作方便，是对测量机总体性能的要求。测量
机本体(包括测头)只是提取零件表面空间坐标 点的工具，过去，人们一直认为精度高，速度 快，完全由测量机的硬件部分决定(测量机机械 结构，控制系统，测头)，实际上，由于误差补
偿技术的发展，算法及控制软件的改进，测量
机精度在很大程度上依赖于软件。测量机软件 成为决定测量机性能的主要因素，这一点巳普 遍被人们所认识。
机械式测头
光学式测头
电气式测头
42
探测系统—测头
触发测头(Trigger Probe)
测头的主要任务是探测零件并发出锁存信号，实时的锁存
被测表面坐标点的三维坐标值。 触发测头一般发出的为跳变的方波电信号，利用电信 号的前沿跳变作为锁存信号，由于前沿信号很陡，一 般在微秒级，因此保证了锁存坐标值的实时性。
72
软件系统—探针校正
补偿测端球径与探针挠曲变形误差
测量的时候测量力会使探针有变形，尽管接触式探针的测量力不
是很大，但对于高精度的三坐标测量来说，测量力使得测杆挠曲 变形带来的误差是不容忽视的。理论和实践都表明，一根普通的
44
探测系统—测头
触发测头的基本结构
45
探测系统—测头
触发测头工作时的基本动作
46
探测系统—测头
发测头工作时的电气原理
47
探测系统—测头
表示测头每次在同一点触发 的性能
重复性 预行程 反向误差
触发测头的重要性能要素
从探针接触零件到测头发出触 发信号这段时间，反映在测头 处探针的变形量
由于改变了探测方向而产生 的误差
转动范围为0°~150°，共15个位
置。由于在绕水平轴转角为0°时， 绕垂直轴转动不改变测端的位置， 所以测端在空间一共有 48X14+1=673个位置。
39
探测系统—回转体
40
探测系统—测头
测头回转体 测头 附件
探测系统的主要组成部分
41
探测系统—测头
测头
测量方法
结构原理
接触式测头非接触式测头
探测系统—探针与测端的选择
尽量选用短探针
尽量减少接头
选用的测球直径要尽量大
54
探测系统—加长杆
55
三坐标测量机四大系统
1
主机系统
2
3 4
探测系统
控制系统 软件系统
56
坐标测量机—控制系统
控制系统是三坐标测量机的四大组成部分之一。
其主要功能是：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
43
探测系统—测头
扫描测头(Scanning Probe)
扫描测头具有三个相互垂直的距离传感器，可以感觉到与 零件接触的程度和矢量方向，这些数据作为测量机的控制 分量，控制测量机的运动轨迹。扫描测头在与零件表面接 触、运动过程中定时发出信号，采集光栅数据。由于取点 时没有测量机的机械往复运动，因此采点率大大提高。由 于探针的三维运动可以确定该点所在表面的法矢方向，因 此更适于曲面的测量。
34
坐标测量机—主机系统
平衡部件
35
三坐标测量机四大系统
1 2 3
主机系统 探测系统 控制系统
4
软件系统
36
坐标测量机—探测系统
三坐标测量机的探测系统是由回转体、测头及其附件组成 的系统，测头是测量机探测时发送信号的装置，它可以输 出开关信号，亦可以输出与探针偏转角度成正比的比例信 号，它是坐标测量机的关键部件，测头精度的高低很大程 度决定了测量机的测量重复性及精度；不同零件需要选择 不同功能的测头进行测量。
标尺系统
22
坐标测量机—主机系统
光栅
23
坐标测量机—主机系统
光栅分类
原理