1、三坐标测量机测量技术三坐标测量机测量技术三坐标测量机的工作原理三坐标测量机的类型和组成三坐标测量机应用 测量机的工作原理 将将被测物体被测物体置于三坐标测量机的置于三坐标测量机的测量测量空间空间，可获得被测物体上，可获得被测物体上各测点的坐标各测点的坐标位置位置，根据这些点的空间坐标值，根据这些点的空间坐标值，经过经过数学运算，求出被测的几何尺寸、形状数学运算，求出被测的几何尺寸、形状和位置和位置。测量机的类型和组成 三坐标测量机是精密的测量仪器，三坐标测量机是精密的测量仪器，它集它集机、光、电机、光、电等于一体。等于一体。 随着电子技术、计算机技术的发展随着电子技术、计算机技术的发展，三坐标
2、测量机由，三坐标测量机由手动数显手动数显逐步发展到逐步发展到目前的目前的CNCCNC控制控制的高级阶段。的高级阶段。测量机机械结构是在精密机床基础上发展起来的测量机机械结构是在精密机床基础上发展起来的美国美国MooreMoore公司的测量机就是由公司的测量机就是由坐标镗床坐标镗床坐标磨坐标磨坐标测量机坐标测量机逐步发展起来的。逐步发展起来的。瑞士的瑞士的SIPSIP公司的测量机就是在公司的测量机就是在大型万能工具显微大型万能工具显微镜镜光学三坐标测量仪基础光学三坐标测量仪基础上逐步发展起来的。上逐步发展起来的。 这些测量机的结构都没有脱离精密机床及传这些测量机的结构都没有脱离精密机床及传统精密
3、测试仪器的结构。统精密测试仪器的结构。 由原来的由原来的铸铁结构铸铁结构发展到发展到低碳钢焊接结构低碳钢焊接结构及及花岗石导轨花岗石导轨结构。结构。 有的大型汽车测量（有的大型汽车测量（立柱工作台或地轨式测立柱工作台或地轨式测量机量机）采用了铝制构件作为精密导轨。）采用了铝制构件作为精密导轨。 为了为了减轻自身重量减轻自身重量，有些重要零件还用了，有些重要零件还用了碳碳素纤维及陶瓷材料素纤维及陶瓷材料。 测量机一般由电气系统、测头及主机（包括光栅尺）所组成如下图所示： 除硬件以外，软件也是测量机的重要组成部分 按照机械结构分类，测量机的主要结构形式可分为： 2.1 移动桥式 2.2 固定桥式
4、2.3 固定工作台悬臂式 2.4 龙门式（高架桥式测量机） 2.5 L型桥式 2.6 移动工作台悬臂式 2.7 水平悬臂式 2.8 柱式 移动桥式是当前三坐标测量机的主流结构。移动桥式是当前三坐标测量机的主流结构。 有沿着相互正交的导轨而运行的三个组成部分，装有有沿着相互正交的导轨而运行的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上，并相对其作垂直运探测系统的第一部分装在第二部分上，并相对其作垂直运动，第一和第二部分的总成相对第三部分作水平运动，第动，第一和第二部分的总成相对第三部分作水平运动，第三部分被架在机座的对应两侧的支柱支承上，并相对机座三部分被架在机座的对应两侧的支柱支承上，并
5、相对机座作水平运动，机座承载工件。作水平运动，机座承载工件。 移动桥式坐标测量机是目前中小型测量机的主要结构移动桥式坐标测量机是目前中小型测量机的主要结构型式，型式，承载能力较大，本身具有台面，受地基影响相对较承载能力较大，本身具有台面，受地基影响相对较小，开敞性好，精密比固定桥式稍低。小，开敞性好，精密比固定桥式稍低。（1）结构简单，结构刚性好，承重能力大；（2）工件重量对测量机的动态性能没有影响。（1）X向的驱动在一侧进行，单边驱动，扭摆大，容易产生扭摆误差；（2）光栅是偏置在工作台一边的，产生的阿贝臂误差较大，对测量机的精度有一定影响；（3）测量空间受框架影响。 这类测量机有沿着相互正交
6、的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动，第一和第二部分的总成沿着牢固装在机座两侧的桥架上端作水平运动，在第三部分上安装工件。 高精度测量机通常采用固定桥式结构，经过改进这类测量机速度可达400mm/S,加速度达到3000mm/S2，承重达2000KG，典型的固定桥式有目前世界上精度最好的出自德国LEITZ公司的PMM-C测量机。（1）结构稳定，整机刚性强，中央驱动，偏摆小；（2）光栅在工作台的中央，阿贝误差小；（3）X、Y方向运动相互独立，相互影响小。（1）被测量对象由于放置在移动工作台上，降低了机动的移动速度，承载能力较小；（2）基座长度大于2倍的
7、量程，所以占据空间较大；（3）操作空间不如移动桥式开阔。 这类坐标测量机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对第三部分作水平运动，第三部分以悬臂状被支撑在一端，并相对机座作水平运动，机座承载工件。结构简单，测量空间开阔。悬臂沿Y向运动时受力点的位置随时变化，从而产生不同的变形，造成测量的误差较大，因此，悬臂式测量机只能用于精度要求不太高的测量中，一般用于小型测量机。 这类测量机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动，第三部分在机座两侧的导轨上作水平运动，机座或地面承载工件。 龙门式坐标测量机
8、一般为大中型测量机，要求较好的地基，立柱影响操作的开阔性，但减少了移动部分重量，有利于，正因为此，近来亦发展了一些小型带工作台的龙门式测量机，龙门式测量机最长可到数十米，由于其刚性要比水平臂好，因而对大尺寸而言可具有足够的精度。 典型的龙门式测量机如来自意大利DEA公司的ALPHA及DELTA和LAMBA系列测量机。（1）结构稳定，刚性好，测量范围较大；（2）装卸工件时，龙门可移到一端，操作方便，承载能力强。 因驱动和光栅尺集中在一侧，造成的阿贝误差较大，驱动不够平稳。 这类坐标测量机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分，装在第二部分上并相对其作垂直运动，第一和第二
9、部分的总成相对第三部分作水平运动，第三部分在机座平面或低于平面上的一条导轨和在机座上另一条导轨的两条导轨上作水平运动，机座承载工件。 L型桥式坐标测量机是综合移动桥式和龙门式测量机优缺点的测量机有移动桥式的平台有移动桥式的平台工作开敞性较好工作开敞性较好又像龙门式减少移动的重量又像龙门式减少移动的重量运动速度、加速度可以较大运动速度、加速度可以较大注意辅腿的设计注意辅腿的设计 这类坐标测量机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动。第三部分以悬臂被支承在一端，并相对机座作水平运动。第三部分相对机座作水平运动并在其上安装工件。此类测量机载力
10、不高，应用较少。 这类坐标测量机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分，装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作水平运动。第一和第二部分的总成相对第三部分作垂直运动。第三部分相对机座作水平运动，并在机座上安装工件。如果进行细分，可以为水平悬臂移动式坐标测量机，固定工作台水平悬臂式坐标测量机，移动工作台水平悬臂坐标测量机。 水平臂测量机在X方向很长，Z向较高，整机开敞性比较好，是测量汽车各部分总成、车身时最常用的测量机。悬臂式双悬臂式 这类坐标测量机有两个可移动组成部分，装有探测系统的第一部分相对机座作垂直运动。第二部分装在机座上并相对其沿水平方向运动，在该部分上安装工件。 柱式坐标测量
11、机精度比固定工作台悬臂测量机为高，一般只用于小型高精度测量机，适于要求前方开阔的工作环境。由操作员手工使其三轴运动来实现采点，其结构简单，无电机驱动，价格低廉。缺点是测量精度在一定程度上受人的操作影响，多用于小尺寸或测量精度不很高的零件检测；与手动型相似，只是运动采点通过电机驱动来实现，这种测量机不能实现编程自动测量；也称CNC型，由计算机控制测量机自动采点（当然也可实现上述两种一样的操作），通过编程实现零件自动测量，且精度高。三坐标测量机的应用 三坐标测量机有三坐标测量机有“测量中心之称测量中心之称” 对各种零件进行测量，如箱体、导轨、涡轮和对各种零件进行测量，如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。精度要求高测杆长基准状况良好形位公差计算环境要求高测量方位多 被测元素状况差 多测曲面曲线 需专用夹具保持工况 可用间接测量 测力需要控制 零件方位一致性差 被测元素状况差 多测表面空间点 需专用夹具保持工况 常需迭代方法建坐标 零件易变形 零件方位一致性差本节结束
