三坐標測量機(CMM)是一種以精密機械為基礎，綜合應用電子技術、計算機技術冈止、光柵與激光干涉技術等先進技術的檢測儀器。三坐標測量機的主要功能是：

1)可實現(xiàn)空間坐標點的測量候齿，數(shù)控機床廠可方便地測量各種零件的三維輪廓尺寸熙暴、位置精度等。測量精確可靠慌盯，萬能性強周霉。

2)由于計算機的引入，可方便地進行數(shù)字運算與程序控制亚皂，并具有很高的智能化程度俱箱。因此，它不僅可方便地進行空間三維尺寸的測量孕讳，還可實現(xiàn)主動測量和自動檢測匠楚。在模具制造工業(yè)中，三坐標測量機充分顯示了在測量方面的萬能性厂财、測量對象的多樣性。

三坐標測量機的分類與構成

三坐標測量機按其工作方式可分為點位測量方式和連續(xù)掃描測量方式。點位測量方式是由測量機采集零件表面上一系列有意義的空間點穴眨，通過數(shù)學處理扎瞧，求出這些點所組成的特定幾何元素的形狀和位置。連續(xù)掃描測量方式是對曲線料悟、曲面輪廓進行連續(xù)測量草颤，多為大、中型測量機墙弛。

根據(jù)三坐標測量機的結構形式及三個方向測量軸的相互配置位置的不同捏表，三坐標測量機可分為懸臂式、橋式降井、龍門式镊迟、立柱式、坐標鏜床式隘吆。它們各有特點及相應的適用范圍如下：

1．懸臂式的特點是結構緊湊箭溜、數(shù)控機床廠工作面開闊、裝卸工件方便晕石、便于測量桦陨，但懸臂易于變形，且變形量隨測量軸丁軸的位置變化据途，因此丁軸測量范圍受限绞愚。

2．橋式測量機結構剛性好，x颖医、y位衩、z方向的行程大，一般為大型機便脊。

3．龍門式的特點是龍門架剛度大蚂四，結構穩(wěn)定性好，精度較高哪痰。由于龍門或工作臺可以移動遂赠，使裝卸工件方便，但考慮龍門移動或工作臺移動的慣性晌杰，龍門式測量機一般為小型機跷睦。

4．立柱式適合于大型工件的測量。

5．坐標鏜床式的結構與鏜床基本相同肋演，結構剛性好抑诸，測量精度高，但結構復雜状萤，適用于小型工件玷仗。

三坐標測量機按測量范圍可分為大型洽灿、中型和小型。按其精度可分兩類：①精密型仅犬，一般放在有恒溫條件的計量室盆述，用于精密測量，分辨率一般為0.5~21lm案哄；②生產(chǎn)型霜铸，數(shù)控機床廠一般放在生產(chǎn)車間，用于生產(chǎn)過程檢測沐亏，并可進行末道工序的精加工灌大。

三坐標測量機的規(guī)格品種很多，但基本組成大致一樣耸挟，主要由測量機主體死唇、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成悔叽。

1．三坐標測量機的主體

三坐標測量機的主體的運動部件包括沿x軸移動的主滑架莱衩、沿丁向移動的副滑架、沿z向移動的z軸娇澎，以及底座笨蚁、測量工作臺。測量機的工作臺多為花崗巖制造趟庄，具有穩(wěn)定括细、抗彎曲、抗振動戚啥、不易變形等優(yōu)點奋单。

2．三坐標測量機的測量系統(tǒng)

三坐標測量機的測量系統(tǒng)包括測頭和標準器。三坐標測量機的測頭用來實現(xiàn)對工件的測量猫十，是直接影響測量機測量精度览濒、操作的自動化程度和檢測效率的重要部件。

三坐標測量機的測頭可分接觸式和非接觸式兩類拖云。數(shù)控機床廠在接觸式測量頭中又分機械式測頭和電氣式測頭贷笛。此外，生產(chǎn)型測量機還可配有專用測頭式切削工具宙项，如專用銑削頭和氣動鉆頭等石被。

機械接觸式測頭為具有各種形狀(如錐形、球形)的剛性測頭定岳、帶千分表的測頭以及劃針式工具低吠。機械接觸式測頭主要用于手動測量，由于手動測量的測量力不易控制池膜，測量力的變化會降低瞄準精度非淹，因此只適用于一般精度的測量箭基。

電氣接觸式測頭的觸端與被測件接觸后可作偏移，傳感器輸出模擬位移量信號拆楣。這種測頭既可以用于瞄準(過零發(fā)信)的唆，也可以用于測微(測給定坐標值的偏差)肩降，因此電氣接觸式測頭主要分為電觸式開關測頭和三向測微電感測頭浅仑，其中電觸式開關測頭應用較廣泛。

非接觸式測頭主要由光學系統(tǒng)構成屁样，如投影屏式顯微鏡屿扮、電視掃描頭，適用于軟我衬、薄叹放、脆的工件測量。

三坐標測量機的測量方法

一般點位測量有三種測量方法：直接測量挠羔、數(shù)控機床廠程序測量和自學習測量井仰。

1．直接測量方法(即手動測量)。

操 作員將決定的順序利用鍵盤輸入指令破加，系統(tǒng)逐步執(zhí)行的操作方式俱恶，測量時根據(jù)被測零件的形狀調(diào)用相應的測量指令，以手動或數(shù)控方式采樣范舀，其中數(shù)控方式是把測頭 拉到接近測量部位合是，系統(tǒng)根據(jù)給定的點數(shù)自動采點。測量機通過接口將測量點坐標值送入計算機進行處理锭环，并將結果輸出顯示或打印聪全。

2．程序測量方法。

將測量一個零件所需要的全部操作按照其執(zhí)行順序編程辅辩，以文件形式存入磁盤难礼，測量時按運行程序控制測量機自動測量。該方法適用于成批零件的重復測量墩倔。

零件測量程序的結構一般包括以下內(nèi)容：

1）程序初始化涂颠。如指定文件名、存儲器置零眨涯、對不同于缺省條件的某些條件給出有關選擇指令扑认。

2）測頭管理和零件管理。如測頭定義或再校正凑溜、數(shù)控機床廠臨時零點定義犯舆、數(shù)學找正、建立永久原點等柔些。

3）測量的循環(huán)壮僵。①定位理章，使測頭在進入下一采樣點前，先進入定位點(使測頭接近采樣點時可避免碰撞工件的位置)清腌；②采樣處理厂均，包括預備指令和操作指令，如測孔指令前先給出采樣點數(shù)帆摊、孔的軸線理論坐標及直徑等參數(shù)的指令碱茁；③測量值的處理；④關閉文件仿贬，結束整個測量過程纽竣。

3．自學習測量方法。

操作者對第一個零件執(zhí)行直接測量方式的正常測量循環(huán)中茧泪，借助適當命令使系統(tǒng)自動產(chǎn)生相應的零件測量程序蜓氨，對其余零件測量時重復調(diào)用。該方法與手工編程相比队伟，省時且不易出錯穴吹。但要求操作員熟練掌握直接測量技巧，注意操作的目的是獲得零件測量程序嗜侮，嚴格掌握操作的正確性港令。

自 學習測量過程中，系統(tǒng)可以兩種方式進行自學習：對于系統(tǒng)不需要對其進行任何計算的指令棘钞，如測頭定義缠借、參考坐標系的選擇等指令，系統(tǒng)采用直接記錄方式宜猜。數(shù)控 機床廠許可記錄方式用于測量計算的有關指令泼返，只有在操作者確認無誤時才記錄，如測頭校正寇杆、零件校正等指令沥卦。當測量循環(huán)完成或在執(zhí)行程序的過程中發(fā)現(xiàn)操作錯 誤時，可中斷零件程序的生成构演，進入編輯狀態(tài)修改辩钢，然后再從斷點啟動。

三坐標測量機的應用

1．多種幾何量的測量允由。測量前必須根據(jù)被測件的形狀特點選擇測頭沛三，并進行測頭的定義和校驗，并對被測件的安裝位置進行找正谒只。

1)觸 頭的定義和校驗墩衍。在測量過程中，當觸頭接觸零件時，計算機將存人測頭中心坐標谢市，而不是零件接觸點的實際坐標沼币，因而觸頭的定義包括觸頭半徑和測桿的長度造成 的中心偏置，以及多觸頭測量時各個觸頭定義代碼寞奸。測量觸頭的校驗還包括使計算機記錄各觸頭沿測量機不同方向測同一測點時的長度差別呛谜，以便實際測量時系統(tǒng)能 自動補償。觸頭的定義和校驗可直接調(diào)用測頭管理程序枪萄、參考點標定和測頭校正程序來進行隐岛，將各觸頭分別測量固定在工作臺上已標定的標準球或標準塊，計算機即 將各測頭測量時的坐標值計算出各觸頭的實際球徑和相互位置尺寸呻引，并將這些數(shù)據(jù)存儲于寄存器作為以后測量時的補償值礼仗。經(jīng)過校驗的不同觸頭測同一點，數(shù)控機床 廠可得到同樣的測量結果逻悠。

2)零件的找正。指在測量機上用數(shù)學方法為工件的測量建立新的坐標基準韭脊。測量時童谒，工件任意放置在工作臺上，其基準線或基準面與測量機的坐標軸(x沪羔、y饥伊、z軸的移動方向)不需要精確找正，為了消除這種基準不重合對測量精度的影響蔫饰，用計算機對其進行坐標轉換陈谜，根據(jù)新基準計算校正測量結果。因此喇暴，這種零件找正的方法稱為數(shù)學找正牍系。

零件找正的主要步驟有：

①根據(jù)采用的三維找正或二維找正方法，確定初始參考坐標系倍熄；

②運行找正程序户寺；

③選定第一坐標軸；

④調(diào)用相應子程序進行測量并存儲結果混检；

⑤選第二坐標軸抢督；

⑥調(diào)用相應子程序進行測量并存儲結果。

對于三維找正中的第三軸写并，系統(tǒng)自動根據(jù)右手坐標準則確定胸叠。

工件測量坐標系設定后，即可調(diào)用測量指令進行測量酌沥。

2．實物程序編制摊哟。對于在數(shù)控機床上加工的形狀復雜的零件，當其形狀難于建立數(shù)學模型使程序編制困難時贫怀，常趁灼唬可以借助于測量機糕伐。通過對木質、塑料蘸嘶、數(shù)控機床廠黏土或石膏制的模型或實物的測量良瞧，得到加工面幾何形狀的各項參數(shù)，經(jīng)過實物程序軟件系統(tǒng)的處理训唱，輸出所需結果褥蚯。

例如，高速數(shù)字化掃描機實際上是一臺連續(xù)掃描測量方式的坐標測量機况增，主要用于對模具未知曲面進行掃描測量赞庶，可將測得的數(shù)據(jù)存人計算機，根據(jù)模具制造需要澳骤，實現(xiàn)：

①對掃描模型進行陰歧强、陽模轉換，生成需要的CNC加工程序为肮；

②借助繪圖設備和繪圖軟件得到復雜零件的設計圖樣摊册，即生成各種CAD數(shù)據(jù)。

3．輕型加工果喊。生產(chǎn)型三坐標測量機除用于零件的測量外找骏，還可用于劃線、打沖眼实朗、鉆孔测捐、微量銑削及末道工序精加工等輕型加工，在模具制造中可用于模具的安裝垮撇、裝配法简。

三 坐標劃線機即立柱式三坐標測量機，數(shù)控機床廠主要用于金屬加工中的精密劃線和外形輪廓的檢測挑胯，特別適用于大型工件制造眼骗、模具制造、汽車和造船制造業(yè)及鑄件 加工等伪滤。它與生產(chǎn)型三坐標測量機在結構和精度上有較大區(qū)別方秤，屬于生產(chǎn)適用型三坐標機，可承受檢測環(huán)境較惡劣的劃線和計量測試技術工作薇硬。

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