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。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。

2、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC 机和工作站等。

3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可 用于基本几何元素及其相互关系的测量，形状与位臵误差测量，齿

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轮，螺纹与凸轮的测量，曲线与曲面的测量等。具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。

4、打印与绘图装臵，此装臵可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。

【三坐标保养知识】温度对测量的影响

测量机是计量检测仪器，它的正常工作温度应该是20℃〒 2℃。测量机的长度基准-光栅是在20℃时修正的，测量机也是在这个温度情况下装配调试的，当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。

1. 温度是影响测量机精度的最大因素

在测量机的机房内温度自下而上是逐渐升高的，而且温度每时每刻又都在变化。因此每个轴的光栅温度和零件温度的差别就影响了测量机测量的精度。这是影响测量机精度的最大因素。在测量机软件中可以用线性修正和温度修正来针对现场检定时的环境情况修正温度影响。当我们在使用测量机时要尽量保持测量机房的环境温度与检定时一致。另外电气设备、计算机、人员都是热源。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离。测量机房加强管理不要有多余人员停留。高精度的测量机使用环境的管理 更应该严格。

2.空调的风向对测量机温度的影响 测量机房的空调应尽量选择变频空调。变频空调节能性能好，最主要的是控温能力强。

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在正常容量的情况下，控温可在20℃〒1℃范围内。 由于空调器吹出风的温度不是20℃，因此决不能让风直接吹到测量机上。有时为防止风吹到测量机上而把风向转向墙壁或一侧，结果出现机房内一边热一边凉，温差非常大的情况。 空调器的安装应有规划，应让风吹到室内的主要位臵，风向向上形成大循环（不能吹到测量机），尽量使室内温度均衡。 有条件的，应安装风道将风送到房间顶部通过双层孔板送风，回风口在房间下部。这样使气流无规则的流动，可以使机房温度控制更加合理。

3.空调的开关时间对机房温度的影响 许多用户对测量机房的空调管理方法是：使用测量机时打开空调，用完即关闭。这种作法对测量机的精度有很大影响。要保持测量机温度与空气温度一致，需要恒温24 小时以上，空调的即开即关使机房的温度始终在变化，测量机的温度也 一直在变化中，此时机器处于一种不稳定的状态，精度会很差。 在这种情况下应尽量提高机房的保温性能，每天早晨上班时打开空调，晚上下班再关闭空调。待机房温度稳定大约4 小时后，测量机精度才能稳定。 这种工作方式严重影响测量机的使用效率，在冬夏季节精度会很难保证。对测量机正常稳定也会有很大影响。

4.机房结构对机房温度的影响 由于测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失 三次元与三坐标

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什么是三次元？ 三次元又名三坐标是机械测量的必备工具. 三次元包含影像式三次元, cnc 三次元,影像三次元,经济型三次元,光学影像测量仪,龙门型三次元,cnc 全自动大行程三次元,非接触三次元,光学三坐标测量机,三坐标测量仪, 三维坐标,光学三次元,探针型三次元,经济型手动三次元测量机,高精度全自动三次元测量机,计量型三次元测量机,三 次元测量机,二次元测量仪,三次元测量仪,三次元,活动桥式三次元测量机,固定桥式三次元测量仪等。

【三坐标知识】三次元测量机的使用原理及操作

三次元测量机的定义： 三次元测量机是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送讯号，三个轴之位移量测系统（如光学尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标（x,y,z）及各项功能量测的仪器。

三次元测量机的工作原理是利用光栅绕射所制成的量测系统俗称光学尺，其光源经过瞄准透镜而投射到游动刻度尺和主刻度尺，藉其光波产生Moire 条纹明暗讯号之原理，由光电管接收其信号，经放大及修正后即可显示出来，其系统及输出信号情形。

三次元操作：

1、量测前准备： （a）检查空气轴承压力是否足够 （b）安装工件

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2、测头选择及安装： （a）将适当之测头装于Z 轴承接器 （b）检视Z 轴是否会自动滑落（否则应调整红色压力平衡调整阀） （c）锁定各轴之适当位臵

3、量测操作： （a）开启处理机电源 （b）启开打印机开关 （c）参考操作手册，选择所需功能之指令 （d）进行量测，并读出量测值

4、完成后注意事项： （a）Z 轴移至原来位臵后，锁定 （b）X,Y 轴各移至中央，锁定 （c）关电源及压力阀 （d）取下测头 （e）并作适当的保养

三次元测量机如何选用合适的探针

关心点触之间的精度-如何选用合适的探针 进行有效探测的关键因素之一是进行测头探针的选择，是否能够触测到特征并在接触时保证一定的精度是使用者应当重点考虑的事情。目前，探针的种类很多，包括了各种形状和不同的制作材料。本文将重点对探针的主要细节进行描述，以帮助您为不同的检测任务选择合适的探针。

什么是探针？ 探针是坐标测量机的一部分，主要用来触测工件表面，使得测头的机械装臵移位，产生信号触发并采集一个测量数据。一般的探针都是由一个杆和红宝石球组成。 通过需要测量的特征，您可以判断应当使用探针的类型和尺寸。在测量过程中，要求探针的刚性和测尖的形状都达到尽可能最佳的程度。

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探针几个主要的术语： A：测针直径 B：总长 C：杆直径 D：有效工作长度 (EWL) 总长：指的是从探针后固定面到测尖中心的长度 有效工作长度 (EWL)：指的是从测尖中心到与一般测量特征发生障碍的探针点的距离 选择探针的原则： 为保证一定的测量精度，在对探针的使用上，您需要： - 探针长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，精度将越低。因此在测量时，尽可能采用短探针。 - 连接点最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，您就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。使测球尽可能大主要原因有两个：使得球/杆的空隙最大，这样减少了由于“晃动”而误触发的可能测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响 RENISHAW 探针系列介绍 测尖的材料----- 红宝石： 最常见的测球的材料是红宝石，因为红宝石是目前已知的最坚硬的材料之一。红宝石球具有良好的表面光洁度，并具有优异的耐压强度和抗碰撞性。 只有极少的情况不适宜采用红宝石球，如下两种情况下，推荐采用其他材料制成的测尖： 第一种是在高强度下对铝材料制成的工件进行扫描。主要原因在于材料吸引，基于一个称为“胶着磨损”的现象会在触测过程中发生。在这种情况下，一个较好的选择是氮化硅。

选择触发测头和扫描测头的技巧

测头是测量机触测被测零件的发讯开关，它是坐标测量机的关键部件，测头精度的高低决定了测量机的测量重复性。此外，

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不同零件需要选择不同功能的测头进行测量。

测头可分为接触式和非接触式（激光等类型）。目前主要用接触式测头，接触式测头又可分为开关式（触发式或动态发讯式）与扫描式（比例式或静态发讯式）两大类

开关测头的实质是零位发讯开关，以TP6（RENISHAW）为例，它相当于三对触点串联在电路中，当测头产生任一方 向的位移时，均使任一触点离开，电路断开即可发讯计数。开关式结构简单，寿命长（106~107）、具有较好的测量重复性（0.35~0.28μm），而且成本低廉，测量迅速，因而得到较为广泛的应用。

扫描式测头实质上相当于X、Y、Z 个方向皆为差动电感测微仪，X、Y、Z 三个方向的运动是靠三个方向的平行片簧支撑，是无间隙转动，测头的偏移量由线性电感器测出。

扫描式测头主要用来对复杂的曲线曲面实现测量。 非接触测头主要分为激光扫描测头和视频测头两种。 激光扫描测头主要用于实现较软材料或一些特征表面进行非接触测量。

测头在距离检测工件一定距离（比如 50mm），在其聚焦点!5mm 范围内进行测量，采点速率在200 点/秒以上。通过对大量采集数据的平均处理功能而获得较高的精度。

视频测头进一步提高了测量机的应用，使得许多过去采用非接触测量无法完成的任务得以完成。一些诸如印刷线路板、触发器、垫片或直径小于0.1mm 的孔可采用视频测头进行测量。操

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作者可将检测工件表面放大50 倍以上，采用标准的或可变换的镜头实现对细小工件的测量。

以下就如何进行触发和扫描测头提出建议： 什么时侯用触发式测头？

1. 零件所被关注的是尺寸（如小的螺纹底孔）、间距或位 臵，而并不强调其形状误差（如定位销孔）;

2. 或你确信你所用的加工设备有能加工出形状足够好的零件，而注意力主要放在尺寸和位臵精度时，接触式触发测量是合适的，特别是由于对离散点的测量;

3. 触发式测头比扫描测头快，触发测头体积较小当测量空间狭窄时测头易于接近零件;

4. 一般来讲触发式测头使用及维修成本较低; 在机械工业中有大量的几何量测量,所关注的仅是零件的尺寸及位臵，所以目前市场上的大部分测量机，特别是中等精度测量机，仍然使用接触式触发测头

如何利用高性能扫描系统重现工件的真实形状 利用高性能扫描系统重现工件的真实形状

扫描是自动采集大量点的数据以精确定义工件形状的方法。 对于大量尺寸数据进行采集和分析是实现制造过程控制最为有效的途径。通过对采集信息的分析，可指明超差情况并可进行相

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应调整以提高工件的加工质量。 精确地采集足够的尺寸信息以完成有效的过程控制在许多情况下是一项挑战，对于复杂曲面外形更是如此。今天，测量机可自动测量工件的空间形状，通过利用这些信息与测量机CAD 系统相联，可充分体察整个制造过程。这种测量机 称为扫描测量机。扫描是自动采集大量点的数据以精确定义工件形状的有效方法。 通过先进的计量软件，如Brown & Sharpe 主流的测量软件PC-DMIS，可最大限度地发挥扫描的作用，通过其独特的直接接口提供了与主要CAD 系统的直接连接，避免由于格式转换而产生的偏差和失真，并具备完善的数据分析和报告功能。

为在实际过程控制中充分发挥其效用，先将关于扫描技术的基本知识介绍给大家。 连续扫描加快了数据采集的速度 传统的测量机配备有触发式测头，利用密集点扫描的方法记录工件表面点的数据。在密集点扫描的情况下，测量机从工件表面抬起测头，并使其向前轻移，并在采集下一次点时降低测座。这种密集采点的过程比较慢并且不能有效地测量形状。

模拟测头进行连续扫描，可沿工件表面运动，发送连续的点数据到系统计算机，避免了点到点探测进行运动而造成的时间损失，可有效解决上述问题。根据工件的几何形状是否已确定，测量机使用两种不同类型的连续扫描方法。

开环扫描是用来高速测量理论上已知或已确定形状工件的方法，其几何量是由一些曲线和曲面所构成，并允许探测接触到

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工件表面。机器的运动是由记录在测量机工件检测程序的工件名义几何数据所确定的，通过连续扫描，记录下实际曲面和名义数据的偏差。箱体类工件和几何特征，如孔、平面和圆柱，能够在几秒中完成扫描，重复性和精度高，并能完整地描述其几何形状，产生对尺寸、位臵和形状的描述。获取大量点的数据能够保证高重复性的获取尺寸、形状和位臵信息。

一般来说，产生的点越多，结果的重复性越好。 闭环扫描是高精度的扫描技术，在对未知的、回转形工件的测量时非常有用，可有效地进行模具：包括复杂的、非常小和/或三维曲面的任意工件的数字化，如叶片、齿轮、凸轮和转子是进行闭环扫描的理想选择。

模拟扫描测头探测工件在曲面方向上的变化，并相应进行调整以保持与工件表面的接触以完成整个测量过程。 复杂几何形状工件的计量解决方案 在计量科学领域，人们根据被测对象几何形状的复杂程度，将工业领域中的测量问题分为箱体类工件测量和具有复杂几何形状工件测量。所谓箱体类工件就是指那些由基本几何元素（点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球）组成的几何工件，包括齿轮箱工件，发动机箱体，机床加工部件或者是由简单的自由形状曲面组成的冲压模、铸模、玻壳工件等等。与箱体类工件相对应的是复杂几何形状工件，这类工件主要由具有明确数学定义的复杂曲线曲面构成，例如各种类型的齿轮，齿轮加工刀具，凸轮轴，配对螺旋压缩机转子部件，蜗杆蜗轮以及步进齿

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轮等等。

在传统测量方法选择上，人们主要依靠下述两种测量手段完成工业领域上述工件的测量，即通过三坐标测量机执行箱体类工件的检测，通过专用测量设备，例如专用齿轮检测仪、专用凸轮检测设备等完成具有复杂几何形状工件的测量。因此对于从事生产复杂几何形状工件的企业来说，完成上述产品的质量控制企业不仅需要配臵通用测量设备，例如 三坐标测量机，通用标准量具、量仪，同时还需要配臵专用检测设备，例如各种尺寸类型的齿轮专用检测仪器，凸轮检测仪器等。这样往往导致企业的计量部门需要配臵多类型的计量设备和从事计量操作的专业检测人员，因此企业无法实现柔性、通用计量检测，计量设备使用效率较低，同时企业负担较高的计量人员的培训费用和计量设备使用和维护费用。因此，如何降低企业的测量成本，计量人员的培训费用，测量设备的使用和维修费用，达到提高测量检测效率的目的，使企业具备生产过程的实时质量控制能力。这将关系到企业在市场活动中的应变能力，对帮助企业建立并维护良好的市场信誉，具有重要的决定作用。

如何实现三次元测量系统在复杂车间环境下的应用

今天，随着现代制造流程步伐的加快，测量机放臵在计量室而远离实际的加工现场越来越不合实际。因为这样的话，被测工件需要首先被运送到计量室，经过温度平衡，然后测量工件，输出报告和准备信息，这些都需要一定的时间。而目前将测量机移

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到生产现场，实现产品制造过程的实时控制成为很多企业的迫切需要。这时，测量机更多地被视为生产设备。同时，检测设备更加靠近生产现场将会为检测过程本身带来许多好处，包括减少了运送工件的时间和成本，由于加工和检测的环境温度一致而避免了温度恒定的时间。但同时也为三坐标测量机带来了挑战，因为制造的环境相对经过严格环境温度控制的计量室来说要恶劣，因为传统的三次元测量机、三坐标测量机设计是趋向于环境完好的计量试验室而言的。

车间现场影响到测量机重复性的因素包括温度、相对标准温度要求的温度变化以及温度在时间和空间上的变化，这包括了周末的停机、日照、周围机器产生的热量以及季节的变化等等。避免环境对于三坐标测量机、三次元测量机测量性能的影响，适应车间环境的测量设备应运而生，能够适应车间环境下特有的温度变化、空气污染和振动。配合先进的多测头结构温度补偿技术，避免了由于温度变化而引起的变形，保证了温度变化环境下的测量精度。

三坐标测量机对环境是如何要求的

由于坐标测量机是一种高精度的检测设备，其机房环境条件的好坏，对于测量机的影响至关重要。这其中包括检测工件状态及环境、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。

检测工件的状态及环境: 检测工件的物理形态对测量结果有一定的影响。最普遍的是工件表面粗糙度和加工留下的切屑。

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冷却液和机油对测量误差也有影响。通常，灰尘和脏东西可集中在测球上影响测量 机的性能和精度。类似的影响测量精度的情况还很多，大多数可以避免，建议在测量机开始工作之前和完成工作之后进行必要的清洁工作。

温度条件： C，在进行测量机操作时也必须按照这个温度，但实际状况并不是如此。测量机环境温度的变化主要包括：环境温度的变化、短时间温度变化、长时间温度的变化、温度梯度的变化。为保证测量精度，各测量机制造厂商对此都有严格的限定。

影响测量的主要环境因素是温度。由于所有的几何量和误差的环境温度定义是20 现代化大生产，测量机有许多直接在生产车间现场使用，鉴于生产现场的条件往往不能满足对温度的要求，大多数测量机制造商开发了温度自动修正系统。 C 进行修正。对于快速温度或温度梯度的变化，无法进行补偿修正。

温度自动修正补偿系统是通过对测量机光栅和检测工件零件温度的监控，根据不同金属的温度膨胀系数，对测量结果基于标准温度20 振动： 由于较多的测量机转而应用在生产现场，振动成为一个经常性的问题。比如冲压机、空压机、或其他重型设备在测量机的周围将会对测量机产生严重影响。较难察觉的是小幅振动，如果同测量机自身的振动频率相混淆，对于测量精度也 会产生较大影响。因此，测量机的制造商对于测量环境的振动频率与振幅均有一定的要求。

湿度: 相对其他环境因素，湿度并不是个大问题。为防止块

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规或其他计量设备的氧化和生锈，要求保持环境湿度在40%以下。

供电电源： 为保证控制系统和计算机系统以及同外部联网的良好运作，对于供电电源有一定的要求，这包括：电源电压变化、频率要求以及接地装臵、屏蔽装臵的要求等

压缩空气： 许多坐标测量机由于使用了精密的空气轴承而需要压缩空气。对于坐标测量机的采购者，应当满足测量机对压缩空气的要求，防止由于水和油侵入压缩空气对测量机产生影响，同时应防止突然的断气，以免对测量机空气轴承和导轨产生损害。 一般来说，坐标测量机制造商均备有完整的机房施工说明，将会根据客户具体的购买机型，提供相应的机房施工说明

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