三坐标测量仪.docx

1、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

2、放式光栅尺，分辨率为0.1阿测头系统：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） C,湿度40%-70%，温度梯度C /m , 温度变化1 C /h空气压力：0.4MPa-0.6Mpa空气流量：25L/mi n长度精度 MPEe : W2.1+L/350（ gm）探测球精度 MPEp : 2.1 gm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

3、准一一光栅尺就会受损， 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。仔细研究各厂家的技术指标，会发现：欧潼精密的耗气量为30L/Min , 而

4、其他的厂家在50-150L/MIN 之间.按照物理学理论，当气体以一定 的压力通过圆孔的时候，会因为气体摩擦产生热量，在高精密测量中， 微小的热量也会影响精度的稳定性，而当出气孔的孔径小于一定的直 径的时候，却会相反的会在出气孔的周围形成冷凝效应 ！正是利用这一物理学原理，采用欧潼小孔出气的技术，使得冷凝效应恰恰抵消测 量中因为空气摩擦产生的微弱热量，使得设备保持长时间的温度稳定 性，从而保证精度稳定性！各大供应商CMM 轴承对比4.三轴均采用英国 RENISHAW 原装镀金光栅尺，分辨率为0.1um ;同时采用一端固定，一端自由伸缩的方式安装，减少了光栅 尺的变形。5.传动系统采用国际先进的

5、设计，无任何导轨受力变形，最大程 度保证机器精度和稳定性。采用钢丝增强同步带传动结构，有效减少 高速运动（增加）时的震动，具有高强度，高速度及无磨损特点。6.软件为PTB全面认证的业界标杆 RATIONAL-DMIS，功能强 大，简单易学，让你更专注于产品测量而不是学习软件。有大型，不宜搬动的零件和装配件（如航空器部件、运输工具、 工程机械零件、大型焊接冲压件、大型锻件、大型铸件等）需要三坐标测量机对于没有三坐标测量设备，但需要测量，公司可以提供三坐标测量设备租借（租用）需要到外协单位检测产品，而外协单位没有三坐标测量设备在线检测、测量检具、夹具标定、检测汽车焊装夹具，检具标定、检测管件检测、

6、测量整车逆向扫描按三坐标测量仪结构可分为如下几类:1.移动桥架型(Movingbridgetype)移动桥架型，为最常用的三坐标测量仪的结构，轴为主轴在垂直 方向移动，厢形架导引主轴沿水平梁在方向移动， 此水平梁垂直轴且 被两支柱支撑于两端，梁与支柱形成“桥架”，桥架沿着两个在水平 面上垂直和轴的导槽在轴方向移动。因为梁的两端被支柱支撑，所以 可得到最小的挠度，且比悬臂型有较高的精度。2.床式桥架型(Bridgebedtype)床式桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂 直轴的梁而移动，而梁沿着两水平导轨在轴方向移动， 导轨位于支柱 的上表面，而支柱固定在机械本体上。此型与移动桥

7、架型一样，梁的 两端被支撑，因此梁的挠度为最少。此型比悬臂型的精度好，因为只 有梁在轴方向移动，所以惯性比全部桥架移动时为小，手动操作时比 移动桥架型较容易。3.柱式桥架型(Gantrytype)柱式桥架型，与床式桥架型式比较时，柱式桥架型其架是直接固 定在地板上又称为门型，比床式桥架型有较大且更好的刚性， 大部分 用在较大型的三坐标测量仪上。各轴都以马达驱动，测量范围很大， 操作者可以在桥架内工作。4.固定桥架型(Fixedbridgetype)固定桥架型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着垂 直轴的水平横梁上做方向移动。桥架(支柱)被固定在机器本体上，测量台沿着水平平面的导轨作轴方

8、向的移动， 且垂直于和轴。每轴皆由 马达来驱动，可确保位置精度，此机型不适合手动操作。5丄 形桥架型(L-Shpaedbridgetype)L形桥架型，这个设计乃是为了使桥架在轴移动时有最小的惯性 而作的改变。它与移动桥架型相比较，移动组件的惯性较少，因此操 作较容易，但刚性较差。6.轴移动悬臂型(Fixedtablecantileverarmtype)轴移动悬臂型，轴为主轴在垂直方向移动，厢形架导引主轴沿着 垂直轴的水平悬臂梁在轴方向移动，悬臂梁沿着在水平面的导槽在轴 方向移动，且垂直于轴和轴。此型为三边开放，容易装拆工件，且工 件可以伸出台面即可容纳较大工件，但因悬臂会造成精度不高。7.单

9、支柱移动型(Movingtablecantileverarmtype)单支柱移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱整体沿着水平面 的导槽在轴上移动，且垂直轴，而轴连接于支柱上。测量台沿着水平 面的导槽在轴上移动，且垂直轴和轴。此型测量台面、支柱等具很好 的刚性，因此变形少，且各轴的线性刻度尺与测量轴较接近，以符合 阿贝定理。8.单支柱测量台移动型(Singlecolumnxytabletype)单支柱测量台移动型，轴为主轴在垂直方向移动，支柱上附有轴 导槽，支柱被固定在测量仪本体上。测量时，测量台在水平面上沿着 轴和轴方向作移动。9.水平臂测量台移动型(Movingtablehorizontal

10、armtype)水平臂测量台移动型，厢形架支撑水平臂沿着垂直的支柱在垂直 (轴)的方向移动。探头装在水平方向的悬臂上，支柱沿着水平面的导 槽在轴方向移动，且垂直轴，测量台沿着水平面的导槽在轴方向移动， 且垂直于轴和轴。这是水平悬臂型的改良设计，为了消除水平臂在轴 方向，因伸出或缩回所产生的挠度。10.水平臂测量台固定型(Fixedtablehorizontalarmtype)水平臂测量台固定型，其构造与测量台移动型相似。此型测量台 固定，、轴均在导槽内移动，测量时支柱在轴的导槽移动，而轴滑动 台面在垂直轴方向移动。11.水平臂移动型(Movingramhorizotalarmtype)水平臂移

11、动型，轴悬臂在水平方向移动，支撑水平臂的厢形架沿 着支柱在轴方向移动，而支柱垂直轴。支柱沿着水平面的导槽在轴方 向移动，且垂直轴和轴，故不适合高精度的测量。除非水平臂在伸出 或回收时，对因重量而造成的误差有所补偿。 大多数情况应用在车辆 检验工作。12.闭环桥架型(Ringbridgetype)闭环桥架型，由于它的驱动方式在工作台中心， 可减少因桥架移动所造成冲击，为所有三坐标测量仪中最稳定的一种。三坐标测量机(CMM)的测量方式通常可分为接触式测量、非接 触式测量和接触与非接触并用式测量。其中，接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜 等的测量。为了分析工件加工数据，或为逆向工程提

12、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。 本文以三 坐标的FOUNCTION-PRO型三坐标测量机为例，介绍三坐标测量机 的几种常用扫描方法及其操作步骤。三坐标测量机的扫描操作是应用 PCDMIS程序在被测物体表面 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、零件的曲线或距边缘一定距离的周线等。 扫描类型与测量模式、测头类型以及是否有CAD文件等有关，控制屏幕上的“扫 描”(Sean)选项由状态按钮(手动/DCC)决定。若采用DCC方式测量， 又有CAD文件，则可供选用的扫描方式有“开线” (OpenLinear)、“闭线” (Cl

13、osedL in ear)、“面片”(Patch)、“截面”(Sectio n)和“周 线”(Perimeter)扫描；若采用DCC方式测量，而只有线框型 CAD 文件，则可选用“开线” (Ope nLin ear)、“闭线” (ClosedL in ear)和“面片” (Patch)扫描方式；若采用手动测量模式，则只能使用基本 的“手动触发扫描” (ManulTTPScan)方式；若采用手动测量方式并 使用刚性测头，则可用选项为“固定间隔” (FixedDelta)、“变化间隔”(VariableDelta)、“时间间隔” (TimeDelta)和“主体轴向扫描” (BodyAxisScan

14、)方式。下面详细介绍在DCC状态下，进入“功能”(Utility)菜单选取“扫 描”(Sean)选项后可供选择的五种扫描方式。1.开线扫描(OpenLinearScan)开线扫描是最基本的扫描方式。测头从起始点开始，沿一定方向 并按预定步长进行扫描，直至终止点。开线扫描可分为有、无 CAD 模型两种情况。(1)无CAD模型如被测工件无CAD模型，首先输入边界点(BoundaryPoints) 的名义值。打开对话框中的“边界点”选项后，先点击“ 1 ”，输入扫 描起始点数据；然后双击“ D”，输入方向点(表示扫描方向的坐标点) 的新的X、Y、Z坐标值；最后双击“ 2”，输入扫描终点数据。第二项输

15、入步长。在“扫描”对话框 (SeanDialog)中“方向1 技术” (Direction仃 ech)栏中的“最大”(MaxInc)栏中输入一个新步 长值。最后检查设定的方向矢量是否正确，该矢量定义了扫描开始后第 一测量点表面的法矢、截面以及扫描结束前最后一点的表面法矢。 当所有数据输入完成后点击“创建”。(2)有CAD模型如被测工件有CAD模型，开始扫描时用鼠标左键点击 CAD模 型的相应表面，PCDMIS程序将在CAD模型上生成一点并加标志“ 1 ” 表示为扫描起始点；然后点击下一点定义扫描方向；最后点击终点(或 边界点)并标志为“ 2 ”。在“ 1 ”和“ 2 ”之间连线。对于每一所选点

16、， PCDMIS已在对话框中输入相应坐标值及矢量。确定步长及其它选项 (如安全平面、单点等)后，点击“测量”，然后点击“创建”。2.闭线扫描(ClosedLinearScan)闭线扫描方式允许扫描内表面或外表面，它只需“起点”和“方 向点”两个值(PCDMIS程序将起点也作为终点)。（1） 数据输入操作双击边界点“ 1 ”，在编辑对话框中输入位置；双击方向点“ D”, 输入坐标值；选择扫描类型（“线性”或“变量”），输入步长，定义 触测类型（“矢量”、“表面”或“边缘”）；双击“初始矢量”，输入 第“T点的矢量，检查截面矢量；键入其它选项后，点击“创建” 。也可使用坐标测量机操作盘触测被测工件

17、表面的第一测点， 然后 触测方向点，PCDMIS程序将把测量值自动放入对话框，并自动计算 初始矢量。选择扫描控制方式、测点类型及其它选项后，点击“创建”。（2） 有CAD模型的闭线扫描如被测工件有CAD模型，测量前确认“闭线扫描”；首先点击表 面起始点，在CAD模型上生成符号“ 1 ”（点击时表面和边界点被加 亮，以便选择正确的表面）；然后点击扫描方向点；PCDMIS将在对 话框中给出所选位置点相应的坐标及矢量； 选择扫描控制方式、步长 及其它选项后，点击“创建”。3.面片扫描（PatchScan）面片扫描方式允许扫描一个区域而不再是扫描线。应用该扫描方 式至少需要四个边界点信息，即开始点、方

18、向点、扫描长度和扫描宽 度。PCDMIS可根据基本（或缺省）信息给出的边界点1、2、3确定三 角形面片，扫描方向则由 D的坐标值决定；若增加了第四或第五个 边界点，则面片可以为四方形或五边形。米用面片扫描方式时，在复选框中选择“闭线扫描”，表示扫描 一个圭寸闭元素（如圆柱、圆锥、槽等），然后输入起始点、终止点和方向点。终止点位置表示扫描被测元素时向上或向下移动的距离； 用起始点、方向点和起始矢量可定义截平面矢量 (通常该矢量平行于被测 元素)。现以创建四边形面片为例，介绍面片扫描的几种定义方式：(1)键入坐标值方式双击边界点“ 1 ”，输入起始点坐标值 X、Y、Z ;双击边界方向 点“ D ”

19、，输入扫描方向点坐标值；双击边界点“ 2 ”，输入确定第一 方向的扫描宽度；双击边界点“ 3”，输入确定第二方向的扫描宽度； 点击“ 3”，然后按“添加”按钮，对话框给出第四个边界点；双击边 界点“4”，输入终止点坐标值；选择扫描所需的步长(各点间的步距) 和最大步长(1、2两点间的步长)值后，点击“创建” 。(2)触测方式选定“面片扫描”方式，用坐标测量机草作盘在所需起始点位置 触测第一点，该点坐标值将显示在“边界点”对话框的“ #1”项内；然后触测第二点，该点代表扫描第一方向的终止点， 其坐标值将显示 在对话框的“ D”项内；然后触测第三点，该点代表扫描面片宽度， 其坐标值将显示在对话框的

20、“ #3 ”项内；点击“ 3”，选择“添加”， 可在清单上添加第四点；触测终止点，将关闭对话框。最后定义扫描 行距和步长两个方向数据；选择扫描触测类型及所需选项后，点击“创 建”。(3)CAD曲面模型方式该扫描方式只适用于有CAD曲面模型的工件。首先选定“面片 扫描”方式，左键点击CAD工作表面；加亮“边界点”对话框中的“ 1 ”，左键点击曲面上的扫描起始点；然后加亮“ D”，点击曲面定 义方向点；点击曲面定义扫描宽度 倂2);点击曲面定义扫描上宽度 倂3);点击“ 3 ”，选择“添加”，添加附加点“ 4”，加亮“ 4”，点击 定义扫描终止点，关闭对话框。定义两个方向的步长及选择所需选项 后，

21、点击“创建”。4.截面扫描(SectionScan)截面扫描方式仅适用于有CAD曲面模型的工件，它允许对工件 的某一截面进行扫描，扫描截面既可沿 X、Y、Z轴方向，也可与坐 标轴成一定角度。通过定义步长可进行多个截面扫描。 可在对话框中 设置截面扫描的边界点。按“剖切 CAD ”转换按钮，可在CAD曲面 模型内寻找任何孔，并可采用与开线扫描类似方式定义其边界线， PCDMIS程序将使扫描路径自动避开 CAD曲面模型中的孔。按用户 定义表面剖切CAD的方法为：进入“边界点”选项；进入“ CAD元 素选择”框；选择表面；在不清除“ CAD元素选择”框的情况下， 选择“剖切CAD”选项。此时PCDM

22、IS程序将切割所选表面寻找孔。 若CAD曲面模型中无定义孔，就没有必要选“剖切 CAD”选项，此 时PCDMIS将按定义的起始、终止边界点进行扫描。对于有多个曲 面的复杂CAD图形，可对不同曲面分组剖切，*#将剖切限制在局部 CAD曲面模型上。5.边界扫描(PerimeterScan)边界扫描方式仅适用于有 CAD曲面模型的工件。该扫描方式采 用CAD数学模型计算扫描路径，该路径与边界或外轮廓偏置一定距 离(由用户选定)。创建边界扫描时，首先选定“边界扫描”选项；若为内边界扫描，则在对话框中选择“内边界扫描”；选择工作曲面时， 启动“选择”复选框，每选一个曲面则加亮一个，选定所有期望曲面 后，

23、退出复选框；点击表面确定扫描起始点；在同一表面上点击确定 扫描方向点；点击表面确定扫描终止点，若不给出终止点，则起始点 即为终止点；在“扫描构造”编辑框内输入相应值(包括“增值”、“CAD 公差”等)；选择“计算边界”选项，计算扫描边界；确认偏差值正 确后，按“产生测点”按钮，PCDMIS程序将自动计算执行扫描的理 论值；点击“创建”。6.应用要点(1)应根据被测工件的具体特点及建模要求合理选用适当的扫描测量方式，以达到提高数据采集精度和测量效率的目的。(2)为便于测量草作和测头移动，应合理规划被测工件装夹位置； 为保证造型精度，装夹工件时应尽量使测头能一次完成全部被测对象 的扫描测量。(3)

24、扫描测量点的选取应包括工件轮廓几何信息的关键点，在曲 率变化较明显的部位应适当增加测量点。日常保养改变管理方式防止”假期综合症”三坐标测量机的组成比较复杂， 主要有机械部件、电气控制部件、计算机系统组成。平时我们在使用 三坐标测量机测量工件的同时，也要注意机器的保养，以延长机器的 使用寿命。下面我们从三个方面说明三坐标测量机的基本保养。机械部件三坐标测量机的机械部件有多种，我们需要日常保养的是传动系 统和气路系统的部件，保养的频率应该根据测量机所处的环境决定。 一般在环境比较好的精测间中的测量机，我们推荐每三个月进行一次 常规保养，而如果用户的使用环境中灰尘比较多， 测量间的温度湿度 不能完全

25、满足测量机使用环境要求，那应该每月进行一次常规保养， 对测量机的常规保养，应了解影响测量机的因素：1 .压缩空气对测量机的影响1).要选择合适的空压机，最好另有储气罐，使空压机工作寿命长，压力稳定。2).空压机的启动压力一定要大于工作压力。3).开机时，要先打开空压机，然后接通电源。2.油和水对测量机的影响由于压缩空气对测量机的正常工作起着非常重要的作用， 所以对气路的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：l每天使用测量机前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机 或储气罐的水和油。l 一般3个月要清洗随机过滤器和前置过滤器的滤芯。空气质量 较差的周期要缩短。因为过滤器的滤芯在过滤油和水的同时

26、本身也被 油污染堵塞，时间稍长就会使测量机实际工作气压降低， 影响测量机 正常工作。一定要定期清洗过滤器滤芯。每天都要擦拭导轨油污和灰尘，保持气浮导轨的正常工作状态。3.对测量机导轨的保护要养成良好的工作习惯用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。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。4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

27、能性能好，最 主要的是控温能力强。在正常容量的情况下，控温可在士 1C范围内。由于空调器吹出风的温度不是 20 C,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置，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。5空调的开关时间对机房温度的影响许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

28、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。6.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。机房的空调选择要与房间相当，机房过大或过小都会对温度控制 造成困难。在南方湿度较大的地区或北方的夏天或雨季， 当正在制冷的空调 突然被关闭后，空气中的水汽会很快凝结在温度相对比较低的测量机 导轨和部件上，会使测量机的气浮块和某些部件严重锈蚀， 影响测量 机寿命。而计算机和控制系统的电路板会因湿度过大出现腐蚀或造成 短路。如果湿度过小，会严

29、重影响花岗石的吸水性，可能造成花岗石 变形。灰尘和静电会对控制系统造成危害。 所以机房的湿度并不是无 关紧要的，要尽量控制在60% 5%的范围内。空气湿度大、测量机房密封性不好是造成机房湿度大的主要原 因。在湿度比较大地区机房的密封性要求好一些， 必要时增加除湿机。解决的办法就是改变管理方式，将“放假前打扫卫生”改为“上 班时打扫卫生”，而且要打开空调和除湿机清除水份。要定期清洁计 算机和控制系统中的灰尘，减少或避免因此而造成的故障隐患。使用标准件检查机器是非常好的， 但是相对来说比较麻烦，只能 是一段时间做一次。比较方便的办法是用一个典型零件，编好自动测 量程序后，在机器精度校验好的情况下进

30、行多次测量， 将结果按照统 计规律计算后得出一个合理的值及公差范围记录下来。 操作员可以经常检查这个零件以确定机器的精度情况Z轴平衡的调整测量机的Z轴平衡分为重锤和气动平衡，主要用来平衡 Z轴的 重量，使Z轴的驱动平稳。如果误动气压平衡开关，会使 Z轴失去 平衡。处理的方法：1） 将测座的角度转到90, 0,避免操作过程中碰测头。2） 按下“紧急停”开关。3） 一个人用双手托住Z轴，向上推、向下拉，感觉平衡的效果。4） 一人调整气压平衡阀，每次调整量小一点，两人配合将Z轴平 衡调整到向上和向下的感觉一致即可。行程终开关是用于机器行程终保护和 HOME时使用。行程终开 关一般使用接触式开关或光电式开关。开关式最容易在用手推动轴运 动时改变位置，造成接触不良。可以适当调整开关位置保证接触良好。 光电式开关要注意检查插片位置正常， 经常清除灰尘，保证其工作正 常。