三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x相關(guān)基礎(chǔ)常識(shí)

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machining，簡(jiǎn)稱CMM）是一種三維尺度的精細(xì)測(cè)量?jī)x器，首要用于零部件尺度、形狀和彼此方位的檢查。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是依據(jù)坐標(biāo)測(cè)量原理，即將被測(cè)物體置于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間，取得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)方位，依據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，求出被測(cè)的幾許尺度、形狀和方位。也就是說(shuō)，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的使命是以必定的精確度將長(zhǎng)度基準(zhǔn)“米”的界說(shuō)傳遞給工件。世界上第一臺(tái)現(xiàn)代三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：1956年世界上呈現(xiàn)了英國(guó)Ferranti公司開(kāi)展的首臺(tái)用光柵作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)、并用數(shù)字顯現(xiàn)的現(xiàn)代意義上的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，
1962年，作為FIAT轎車(chē)公司質(zhì)量操控工程師的Fraorinco Sartorio 先生，在意大利都靈市創(chuàng)建了DEA（Digital Electronic Automation）公司，變成世界上那個(gè)第一家專業(yè)制造坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的公司
盡管第一臺(tái)測(cè)量機(jī)已使用了數(shù)顯技能，但在測(cè)量零件時(shí)仍用硬測(cè)頭觸摸零件，然后用腳踏開(kāi)關(guān)來(lái)鎖存坐標(biāo)讀數(shù)，測(cè)量圓孔方位則要用圓錐形硬測(cè)頭，測(cè)量尺度時(shí)則用球形硬測(cè)頭，這些都使得操作雜亂，特別是從不相同方位測(cè)量大型雜亂零件時(shí)更是如此。測(cè)頭補(bǔ)償艱難、受人為因素影響較大、測(cè)量精度不高、精度只能到達(dá)0.025mm，硬測(cè)頭還限制了數(shù)控技能在測(cè)量機(jī)上的使用。
因?yàn)橛|發(fā)測(cè)頭的呈現(xiàn)，使得測(cè)量機(jī)從只能靜態(tài)測(cè)量，開(kāi)展到在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量，一起依據(jù)被測(cè)物體不相同的形狀、資料和測(cè)量需求，又相繼推出各種觸摸和非觸摸測(cè)頭；其間又有觸發(fā)、掃描方法之分。
二、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成及作業(yè)原理
（一）CMM的構(gòu)成:三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它由機(jī)械體系和電子體系兩大有些構(gòu)成。（1）機(jī)械體系：通常由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。如圖1.5所示構(gòu)造中，X向?qū)к夡w系裝在作業(yè)臺(tái)上，移動(dòng)橋架橫梁是Y向?qū)к夡w系，Z向?qū)к夡w系裝在中心滑架內(nèi)。三個(gè)方向軸上均裝有光柵尺用以衡量各軸位移值。人工驅(qū)動(dòng)的手輪及機(jī)動(dòng)、數(shù)控驅(qū)動(dòng)的電機(jī)通常都在各軸鄰近。用來(lái)觸測(cè)被檢查零件表面的測(cè)頭裝在Z軸端部。
（2）電子體系：通常由光柵計(jì)數(shù)體系、測(cè)頭信號(hào)接口和核算機(jī)等構(gòu)成，用于取得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
（二）CMM的作業(yè)原理:三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是依據(jù)坐標(biāo)測(cè)量的通用化數(shù)字測(cè)量設(shè)備。它首先將各被測(cè)幾許元素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)這些幾許元素上一些點(diǎn)集坐標(biāo)方位的測(cè)量，在測(cè)得這些點(diǎn)的坐標(biāo)方位后，再依據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算求出其尺度和形位差錯(cuò)。如圖
1.6所示，要測(cè)量工件上一圓柱孔的直徑，能夠在垂直于孔軸線的截面I內(nèi)，觸測(cè)內(nèi)孔壁上三個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)1、2、3），則依據(jù)這三點(diǎn)的坐標(biāo)值就可核算出孔的直徑及圓心坐標(biāo)OI；如果在該截面內(nèi)觸測(cè)更多的點(diǎn)（點(diǎn)1，2，?，n，n為測(cè)點(diǎn)數(shù)），則可依據(jù)最小二乘法或最小條件法核算出該截面圓的圓度差錯(cuò)；如果對(duì)多個(gè)垂直于孔軸線的截面圓（I，II，?，m，m為測(cè)量的截面圓數(shù)）進(jìn)行測(cè)量，則依據(jù)測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)值可核算出孔的圓柱度差錯(cuò)以及各截面圓的圓心坐標(biāo)，再依據(jù)各圓心坐標(biāo)值又可核算出孔軸線方位；如果再在孔端面A上觸測(cè)三點(diǎn)，則可核算出孔軸線對(duì)端面的方位度差錯(cuò)。由此可見(jiàn)，CMM的這一作業(yè)原理使得其具有很大的通用性與柔性。從原理上說(shuō)，它能夠測(cè)量任何工件的任何幾許元素的任何參數(shù)。
三、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類
（一）按CMM的技能水平分類 1數(shù)字顯現(xiàn)及打印型:這類CMM首要用于幾許尺度測(cè)量，可顯現(xiàn)并打印出測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但要取得所需的幾許尺度形位差錯(cuò)，還需進(jìn)行人工運(yùn)算，其技能水平較低，當(dāng)前已根本被陶汰 2．帶有核算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理型:這類CMM技能水平略高，當(dāng)前使用較多。其測(cè)量仍為手動(dòng)或機(jī)動(dòng)，但用核算機(jī)處理測(cè)量數(shù)據(jù)，可完結(jié)諸如工件裝置歪斜的主動(dòng)校對(duì)核算、坐標(biāo)改換、孔心距核算、偏差值核算等數(shù)據(jù)處理作業(yè)。3．核算機(jī)數(shù)字操控型:這類CMM技能水平較高，可像數(shù)控機(jī)床相同，依照編制好的程序主動(dòng)測(cè)量。
（二）按CMM的測(cè)量規(guī)模分類:1．小型坐標(biāo)測(cè)量機(jī):這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向（通常為X軸方向）上的測(cè)量規(guī)模小于500mm，首要用于小型精細(xì)模具、東西和刀具等的測(cè)量，
2．中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī):這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量規(guī)模為500～2000mm，是使用最多的機(jī)型，首要用于箱體、模具類零件的測(cè)量，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛使用，如圖1.8所示。3．大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī):這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量規(guī)模大于2000mm，首要用于轎車(chē)與發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等大型零件的測(cè)量，如圖1.9所示的大型龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。
（三）按CMM的精度分類:1．精細(xì)型CMM其單軸最大測(cè)量不確定度小于1×10L（L為最大量程，單位為mm），空間最大測(cè)量不確定度小于（2～3）×10L，通常放在具有恒溫條件的計(jì)量室內(nèi)，用于精細(xì)測(cè)量。2．中低精度CMM:低精度CMM的單軸最大測(cè)量不確定度大體在1×10L左右，空間最大測(cè)量不確定度為（2～3）×10L，中等精度CMM的單軸最大測(cè)量不確定度約為1×10L，空間最大測(cè)量不確定度為（2～3）×10L。這類CMM通常放在出產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，用于出產(chǎn)過(guò)程檢查。
（四）按CMM的構(gòu)造方式分類依照構(gòu)造方式，CMM可分為移動(dòng)橋式、固定橋式、龍門(mén)式、懸臂式、立柱式等
第二章 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械構(gòu)造
一、構(gòu)造方式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成的，這三個(gè)坐標(biāo)軸的彼此裝備方位（即整體構(gòu)造方式）對(duì)測(cè)量機(jī)的精度以及對(duì)被測(cè)工件的適用性影響較大。
移動(dòng)橋式構(gòu)造，它是當(dāng)前使用最廣泛的一種構(gòu)造方式之一，其構(gòu)造簡(jiǎn)略，敞開(kāi)性好，工件裝置在固定作業(yè)臺(tái)上，承載能力強(qiáng)。但這種構(gòu)造的X向驅(qū)動(dòng)坐落橋框一側(cè)，橋框移動(dòng)時(shí)易發(fā)生繞Z軸偏擺，而該構(gòu)造的X向標(biāo)尺也坐落橋框一側(cè)，在Y向存在較大的阿貝臂，這種偏擺會(huì)引起較大的阿貝差錯(cuò)，因此該構(gòu)造首要用于中等精度的中小機(jī)型。