三坐标测量机
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。
三坐标测量机的介绍及应用领域
三坐标测量机的介绍及应用领域三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine，简称CMM）是一种精密测量工具，它利用电子传感器和计算机技术，能够测量出物体各个位置的坐标，并实现对各种尺寸、形状和位置精度的测量。
三坐标测量机主要由三个坐标轴、测量头、测量软件和计算机系统组成。
它的工作原理是通过测量头的移动和定位，来测量物体上的点坐标，并将所测得的数据转化为三维坐标系内的测量结果。
三坐标测量机精度高、可重复性好，能够测量出物体的形状、尺寸、位置精度等多个参数，广泛应用于各个行业。
1.制造业：三坐标测量机可用于各种工件的质量检测、尺寸测量、表面形状检测等。
在汽车、航空、航天、机械等制造业中，三坐标测量机被广泛应用于产品研发、生产过程中的质量控制，以及维修和维护过程中的精度检测。
2.电子业：在电子产业中，三坐标测量机可用于PCB板的尺寸测量、焊接质量检测、组件的形状测量等。
它能够帮助生产商确保电子器件的准确精度和符合设计要求。
3.医疗器械：三坐标测量机可用于医疗器械的尺寸检测、表面光洁度评估、零件的装配精度检测等。
它在医疗器械的设计、生产和质量控制过程中起到了重要的作用。
4.船舶工程：三坐标测量机可用于船舶工程中的船体建模、尺寸测量、异形零件与装配件的测量等。
它能提供精确的数据支持，确保船舶工程的质量和安全。
5.航空航天业：在航空航天业中，三坐标测量机可用于飞机部件的复杂曲面测量、形状偏差分析等。
它帮助制造商确保飞机组件精度达到要求，提高航空器的安全性。
6.运动器械：三坐标测量机在运动器械行业中可用于测量设备的尺寸、角度精度、平整度等。
它对于保证运动器材的性能和安全起到了关键作用。
总之，三坐标测量机在制造业、电子业、航空航天、医疗器械、船舶工程、运动器械等领域有着广泛的应用。
它的高精度、高可靠性和高效率为各个行业提供了重要的支持和保障，能够提高产品质量、提升生产效率，为技术研发和产品改进提供了可靠的测量数据。
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。
三坐标最大允许误差
三坐标最大允许误差
一、三坐标测量机的概述
三坐标测量机，作为一种高精度的测量设备，广泛应用于工业生产、航空航天、汽车制造等领域。
它通过对物体三个坐标轴（X、Y、Z）的精确测量，为产品质量控制、工艺改进提供重要依据。
二、三坐标最大允许误差的定义和意义
三坐标最大允许误差，是指在测量过程中，测量设备在三个坐标轴上所允许的最大误差值。
它直接影响着测量结果的准确性和可靠性。
最大允许误差越小，测量设备的精度越高，对生产过程的把控能力越强。
三、三坐标最大允许误差的影响因素
1.测量设备的精度：测量设备的精度越高，最大允许误差越小。
2.测量环境：温度、湿度等环境因素对测量设备的精度有较大影响，进而影响最大允许误差。
3.测量操作技巧：操作人员的技术水平和经验，直接关系到测量结果的准确性。
四、提高三坐标测量精度的方法
1.选择高精度测量设备：选购时注意了解设备的分辨率、测量范围等技术参数，确保设备精度满足需求。
2.定期校准和维护：定期对三坐标测量机进行校准，确保测量结果的准确性。
同时，定期维护设备，保证设备处于良好的工作状态。
3.控制环境因素：确保测量环境温湿度稳定，避免对测量设备造成影响。
4.提高操作技能：加强操作人员的技术培训，提高测量操作水平。
五、总结与展望
三坐标测量机在现代制造业中具有重要地位，其最大允许误差直接关系到测量结果的准确性。
通过选购高精度设备、定期校准维护、控制环境因素和提高操作技能等方法，可以有效提高三坐标测量精度，为我国制造业的发展提供有力支持。
三坐标测量机介绍
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三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机的工作原理
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三坐标测量机的工作原理基于"触针"和"感应器"的配合
当测头上的触针接触到被测物体时，会根据接触点的位置产生信号， 这个信号会被感应器接收并转化为电信号
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然后，电信号被传送到控制系统，控制系统根据这些信号控制移动 平台和测头的运动，以实现对被测物体的精确测量
测量
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三坐标测量机的应用
三坐标测量机的应用
制造业：在制造业中， 三坐标测量机被广泛应 用于工件的质量检测， 如汽车零部件、精密机 械零件等。通过对工件 的尺寸、形状、表面粗 糙度等进行精确测量， 可以确保产品的质量符 合要求
计量学：在计量学中 ，三坐标测量机被用 于建立和维护测量基 准，为各种计量工作 提供准确的数据
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三坐标测量机的结构
三坐标测量机的结构
三坐标测量机主要由 以下几个部分组成
三坐标测量机的结构
主机框架：这是测量机的骨架，它支撑并固定 着其他组成部分
移动平台：这个平台可以沿着三个坐标轴移动， 从而实现空间中任意点的定位
测头系统：测头是测量机的核心部分，它能够 根据需要测量物体的尺寸和形状
控制系统：控制系统负责整个测量机的运行， 包括移动平台的控制、测头的控制等
断和治疗方案的制定
艺术修复：在艺术修复中， 三坐标测量机被用于对艺术 品进行精确的尺寸和形状测 量，以帮助修复师进行艺术
品的修复和保护工作
质量控制：在质量控制领域， 三坐标测量机被用于对生产 过程中的产品进行实时监控， 以确保产品的质量符合预期
虚拟现实与仿真技术：在虚 拟现实与仿真技术中，三坐 标测量机被用于获取精确的 实物数据，以构建高度逼真
三坐标测量仪的学习
三坐标测量仪初步知识一、三坐标测量机的产生三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。
它的出现，一方面是由于数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。
现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。
目前，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。
二、三坐标测量机的组成及工作原理（一）CMM的组成三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统和电子系统两大部分组成。
（1）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。
X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。
三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。
人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。
用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。
（2）电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。
（二）CMM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，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。
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。
三坐标测量机
三坐标测量机三坐标测量机是20世纪60年代后期发展起来的一种高效率的精密测量仪器。
它的出现，一方面是由于生产发展的需要。
即高效率加工机床的出现，产品质量要求进一步提高，复杂立体形状加工技术的发展等都要求有快速、可靠的测量设备与之配合；另一方面也由于电子技术、计算技术及精密加工技术的发展，为三坐标测量机的出现提供了技术基础。
三坐标测量机（CMM）是一种以精密机械为基础，综合应用电子技术、计算机技术、光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器。
三坐标测量机的主要功能是：1）可实现空间坐标点的测量，可方便的测量各种零件的三维轮廓尺寸、位置精度等。
测量精确可靠，万能性强。
2）由于计算机的引人，可方便的进行数字运算与程序控制，并具有很高的智能化程度。
因此它不仅可方便地进行空间三维尺寸的测量，还可实现主动测量和自动检测。
在模具制造工业中，充分显示了在测量方面的万能性、测量对象的多样性。
三坐标测量机广泛应用于机械制造、仪器制造、电子工业、航空和国防工业各部门，特别适用于测量箱体类零件的孔距和面距、模具、精密铸件、电子线路板、汽车外壳、发动机零件、凸轮以及飞机型体等带有空间曲面的工件。
三坐标测量机的作用不仅是由于它比传统的计量仪器增加了一二个坐标，使测量对象广泛，而且它的生命力还表现在它已经成为有些加工机床不可缺少的伴侣。
例如它能卓有成效地为数控机床制备数字穿孔带，而这种工作由于加工型面愈来愈复杂，用传统的方法是难以完成的，因此，它与数控“加工中心”相配合己具有“测量中心”之称号。
第一节三坐标测量机的类型三坐标测量机有多种分类方法，下面从不同的角度对其进行分类。
一、按照技术水平的高低分类（1）数显及打字型（N）——这种类型主要用于几何尺寸测量，采用数字显示，并可打印出测量结果，一般采用手动测量，但多数具有微动机构和机动装置，这类测量机的水平不高，虽然提高了测量效率，解决了数据打印问题，但记录下来的数据仍需进行人工运算。
三坐标测量机技术参数
三坐标测量机技术参数1. 三坐标测量机简介三坐标测量机是一种高精度测量设备，用于测量物体的几何形状和尺寸。
它通过测量物体在三个坐标轴上的位置来确定其几何特征，并可以与计算机进行连接，实现自动化测量和数据处理。
2. 三坐标测量机的技术参数三坐标测量机的技术参数决定了其测量精度、测量范围、测量速度等性能指标。
以下是常见的三坐标测量机技术参数：2.1 测量精度测量精度是三坐标测量机最重要的性能指标之一。
它表示测量结果与真实值之间的偏差。
测量精度受到多个因素的影响，包括机械结构、传感器精度、控制系统等。
常见的测量精度指标有：•长度测量精度：表示测量长度的准确度，通常以毫米或微米为单位。
•角度测量精度：表示测量角度的准确度，通常以角秒为单位。
•形状测量精度：表示测量物体形状的准确度，通常以表面粗糙度或形状偏差为指标。
2.2 测量范围测量范围是指三坐标测量机可以测量的物体尺寸范围。
它与测量机的工作台尺寸、传感器测量范围等因素有关。
测量范围通常以长度、宽度和高度来表示，单位为毫米或英寸。
2.3 测量速度测量速度是指三坐标测量机完成一次测量所需的时间。
它受到机械结构、控制系统、传感器响应速度等因素的影响。
测量速度通常以毫米/秒或英寸/秒为单位。
2.4 重复性重复性是指三坐标测量机在多次测量同一物体时，测量结果的一致性。
它反映了测量机的稳定性和可靠性。
重复性通常以标准偏差或重复测量误差为指标。
2.5 分辨率分辨率是指三坐标测量机可以分辨的最小尺寸。
它受到传感器的分辨率和信噪比等因素的限制。
分辨率通常以毫米或微米为单位。
2.6 可测量特征三坐标测量机可以测量的特征包括长度、直径、角度、平行度、垂直度、圆度、圆柱度、平面度、位置误差等。
具体可测量特征取决于测量机的传感器和软件。
3. 三坐标测量机的应用领域三坐标测量机广泛应用于制造业的各个领域，包括机械加工、汽车制造、航空航天、电子制造等。
它可以实现对零件、模具、工件等物体的精确测量和质量控制。
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最后打开报告显示器观察测量结果，需要时可以打印输出。
图4.68 圆度误差 0.01mm
系统启动
安装被测工件
启动MeasureMax+ 启动MeasureMax+ 测头校正
建立工件坐标系
进行测量 结果输出
退出MeasureMax+ 退出MeasureMax+
图4.58 .MeasureMax+ 测量软件
关闭系统
图4.57. 测量操作流程
启动MeasureMax+后得到图 后得到图4.59所示三坐标测量机 所示三坐标测量机 启动 后得到图 所示 控制中心（ 控制中心（CMM Control Center）主窗口，在这里可以 ）主窗口， 进行机器设置、系统设置、用户管理、 进行机器设置、系统设置、用户管理、运行已有的测量 程序，以及打开当前XYZ坐标值显示、测量图形显示、提 坐标值显示、 程序，以及打开当前 坐标值显示 测量图形显示、 示显示以及报告显示等操作。 示显示以及报告显示等操作。
图4.61 Measure Window
（2）建立工件坐标系 以测量图3.12中孔2 的圆度为例：
利用测量窗口 “Measure” 按钮中的平面测量
1. 利用测量窗口 “Measure” 按钮中的平面测量向导，测量工件的上表面（测 头至少与上表面接触3次）得到Plan1平面；同样用圆测量 到Circl1圆和Circl2圆； 向导，测量孔 1、 孔 2 得
测量窗口有许多功能操作按钮和图标显示，按下不同的功能 按钮，在窗口下方会显示该功能包含的内容，如图4.60 按下的是 “Measure” 按钮，下面显示的图标表示可以进行点、线、面、圆、 椭圆、圆柱扫描等测量。按下“Probe” 按钮可进行测头操作，按 下“Reference Frame” 按钮可进行工件坐标系设置操作，如图 4.61.所示，
1.按下“Peference Frame” 按钮，可选择自动方式或手动方式进行工件坐标 系设置操作，无论采取哪一种方式，建立工件坐标系总是依照先设置工作平 面，确定工作平面的方向即其中一轴的方位，然后选择一直线为另一轴的方 位，计算机会根据已有两轴的方位，确定第三轴的方位，最后确定原点的思 路进行，如图3.12所示零件，以工件的上表面Plan1为工作平面，向上为Z轴 正方向，Circl1圆和Circl2圆的连心线为X轴，原点设在Circl1圆心上，这样工 件坐标系OwXwYwZw就建立好了。
图4.59 CMM Control Center 主窗口
双击 “CM按钮） 进入“Quick Teach” 窗口，其界面如图 4.60所示。
它除了和 一般窗口一 样有菜单栏 和工具栏以 外，还有测 量窗口和程 序代码窗口。
图4.60.QuicTeach
Discovery Ⅱ D-8 型 桥式三坐标测量机
图4.52 三坐标测量机 1-底座 2-工作台 3-立柱 4、5、6-导轨 底座 工作台 立柱 、 、 导轨 7-探头 8-驱动开关 9-计算机 10-打印机 探头 驱动开关 计算机 打印机
测量范围 508×609×406，分辨率0.1µm。 × × ，分辨率 。 的三组导轨相互垂直 形成了 相互垂直， 它的三组导轨相互垂直，形成了 X,Y,Z 三个运动 各方向的行程分别由高分辨率精密光栅尺 行程分别由高分辨率精密光栅 轴，各方向的行程分别由高分辨率精密光栅尺测 从而组成了机器的空间直角坐标系统（ 机器的空间 量，从而组成了机器的空间直角坐标系统（简称 机器坐标系OMXMYMZMM），原点位于测量机 ），原点位于 机器坐标系 ），原点位于测量机 左前上方。 左前上方。 测量工件时，探头（测头）相对坐标系运动， 测量工件时，探头（测头）相对坐标系运动， 用它来探测处于坐标系内的任何待测工件表面， 用它来探测处于坐标系内的任何待测工件表面， 即可确定该测点的空间坐标 确定该测点的空间坐标值 计算机采 即可确定该测点的空间坐标值, 经计算机采集得到 测点数据 按程序规定的要求探测若干点后, 数据， 测点数据，按程序规定的要求探测若干点后 计算 机即可对 数据进行处理， 进行处理 计算出被测几 机即可对采样数据进行处理，从中计算出被测几 何要素的尺寸、形状误差和在坐标系中的位置, 在 何要素的尺寸、形状误差和在坐标系中的位置 对若干要素探测后, 计算机可根据不同的 对若干要素探测后 计算机可根据不同的测量要求 计算出这些几何要素间的位置尺寸和位置误差。 这些几何要素间的位置尺寸和位置误差 计算出这些几何要素间的位置尺寸和位置误差。
三坐标测量机
雷尼绍测头
三坐标测量机测量原理
• 三坐标测量机CMM的测量方式通常可 的测量方式通常可 三坐标测量机 分为接触式测量、 分为接触式测量、非接触式测量和接触与 非接触并用式测量。其中， 非接触并用式测量。其中，接触测量方式 常用于机加工产品、压制成型产品、 常用于机加工产品、压制成型产品、金属 膜等的测量。为了分析工件加工数据， 膜等的测量。为了分析工件加工数据，或 为逆向工程提供工件原始信息， 为逆向工程提供工件原始信息，经常需要 用三坐标测量机对被测工件表面进行数据 点扫描。 点扫描。
基本原理就是通过探测传感器（探头）与测量空间轴线运动的 基本原理就是通过探测传感器（探头）与测量空间轴线运动的 探测传感器 空间轴线运动 配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取 空间点位置的获取， 配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取，然后通过一定 的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终还原出被测 的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终还原出被测 还原 的几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差， 几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差， 计算其与理论值 从而完成对被测零件的检验工作. 从而完成对被测零件的检验工作
三坐标测量机的扫描操作是应用DMIS程序在被 三坐标测量机的扫描操作是应用 扫描操作是应用 程序在被 测物体表面的特定区域内进行数据点采集 数据点采集， 测物体表面的特定区域内进行数据点采集，该区域 可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、 可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件 的曲线或距边缘一定距离的周线等。 的曲线或距边缘一定距离的周线等。将被测物体置 于三坐标测量空间， 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， 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。 测物体的几何尺寸，形状和位置。
在实际测量时, 习惯使用工件坐标系 实际测量时 习惯使用工件坐标系
测量系统根据 右手法则（见 图4.54）自动 确定Yw的方 向，将原点定 在孔 1 的圆心 上，
zM yM xM
OM
工件坐标系与 图 4.53 工件坐标系 与 机器的 坐标系
图4.54 右手法则
图4.55. 摇控杆
图4.56电触式测头
（3）利用测量窗口 “Measure” 按钮中 量孔 1 的圆度，如图4.62所示
的接触扫描向导，测
图4.62 选择自动扫描测量
图4.63 扫描测量参数
图4.64 设置扫描起点和终点、间隔值、扫描方向及高度
图4.65 设置保存文件名，扫描特征等
图4.66 设置完毕，开始扫描
图4.67测量结束，显示结果