三坐标

三坐标即三坐标测量机，英文Coordinate Measuring Machine，缩写CMM，它是指在三维可测的空间范围内，能够根据测头系统返回的点数据，通过三坐标的软件系统计算各类几何形状、尺寸等测量能力的仪器，又称为三次元、三坐标测量机、三坐标测量仪。

简介

三坐标测量仪可定义为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，三个轴的位移测量系统 ( 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)及各项功能测量的仪器。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度测量、定位精度测量、几何精度测量及轮廓精度测量等。任何形状都是由三维空间点组成的，所有的几何量测量都可以归结为三维空间点的测量，因此精确地进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。

工作原理

三坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间范围内，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。

种类

1.固定工作台悬臂式三坐标测量机

2.移动桥式三坐标测量机

3.龙门式三坐标测量机

4.L型桥式三坐标测量机

5.固定桥式三坐标测量机

6.移动工作台悬臂式三坐标测量机

7.柱式三坐标测量机

8.水平悬臂三坐标测量机

9.便携式三坐标测量机

应用领域

主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量，还可用于电子、五金、塑胶等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。

模具行业

三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种。

模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差，可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后，很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形，从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此，用三坐标测量机测量电极的形状必不可少。 三坐标测量机可以应用3D数模的输入，将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较，输出图形化报告，直观清晰的反映模具质量，从而形成完整的模具成品检测报告。 在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正，但又无原始设计数据(即数模)的情况下，可以用截面法采集点云，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，从而达到完好如初的修复效果。

当一些曲面轮廓既非圆弧，又非抛物线，而是一些不规则的曲面时，可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚。然后用三坐标测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，在造型过程中圆滑曲线，从而设计制造出全新的模具。

三坐标测量机就以其高精度高柔性以及优异的数字化能力，成为现代制造业尤其是模具工业设计、开发、加工制造和质量保证的重要手段。三坐标测量机对于模具工业的两个重要作用。

第一、三坐标测量机能够为模具工业提供质量保证，是模具制造企业测量和检测的最好选择。三坐标测量机在处理不同工作方面的灵活性以及自身的高精度，使其成为一个仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，三坐标测量机可提供入厂产品检验、客户质量检测、量规检验、模具工件的检测等附加性能。高度柔性的三坐标测量机可以配置在车间环境，并直接参与到模具加工、装配、试模、修模的各个阶段，提供必要的检测反馈，减少返工的次数并缩短模具开发周期，从而最终降低模具的制造成本并将生产纳入控制。

第二、三坐标测量机具备强大的逆向工程能力，是一个理想的数字化工具。通过三坐标测量机测头和不同结构形式的三坐标测量机的组合，能够快速、精确的获取工件表面的三维数据和几何特征，这对于模具的设计、样品的复制、损坏模具的修复特别有用。此外，三坐标测量机的接触式扫描测头，利用测量软件提供的强大的扫描功能，能够完成自由曲面形状特征的复杂工件CAD模型的复制。无需经过任何转换，可以被各种CAD软件直接识别和编程，从而大大提高了模具设计的效率。

具体来说，在模具制造企业中应用三坐标测量机完成设计和检测任务时，要密切关注测量基准的选择、测头的标定和选择、测点数及测量位置的规划、坐标系的建立、环境的影响等多方面的因素。这当中的每一个因素，都足以影响测量结果的精确和效率。三坐标测量机在模具生产中的应用已经是是目不可待了，有些模具的设计就需要用到三坐标测量机。可以很大程度上提高模具的设计效率，精确度也会得到大大的提升。

汽车行业

坐标测量机是通过测头系统与工件的相对移动，探测工件表面点三维坐标的测量系统。通过将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，利用接触或非接触探测系统获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，由软件进行数学运算，求出待测的几何尺寸和形状、位置。因此，坐标测量机具备高精度、高效率和万能性的特点，是完成各种汽车零部件几何量测量与品质控制的理想解决方案。

汽车零部件具有品质要求高、批量大、形状各异的特点。根据不同的零部件测量类型，主要分为箱体、复杂形状和曲线曲面三类，每一类相对测量系统的配置是不尽相同的，需要从测量系统的主机、探测系统和软件方面进行相互的配套与选择。

制造行业

在现代制造业中，高精度的综合测量机越来越多的应用于生产过程中，使产品质量的目标和关键渐渐由最终检验转化为对制造流程进行控制，通过信息反馈对加工设备的参数进行及时的调整，从而保证产品质量和稳定生产过程，提高生产效率。

制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致。但是，保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量工件尺寸，获得尺寸信息后，分析和反馈数据到生产过程中，使之成为持续提高产品质量的有效工具。

三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。

发动机是由许多各种形状的零部件组成，这些零部件的制造质量直接关系到发动机的性能和寿命。因此，需要在这些零部件生产中进行非常精密的检测，以保证产品的精度及公差配合。

在传统测量方法选择上，人们主要依靠两种测量手段完成对箱体类工件和复杂几何形状工件的测量，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置通用测量设备，例如三坐标测量机，通用标准量具、量仪，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置多类型的计量设备和从事计量操作的专业检测人员，计量设备使用率较低，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；企业无法实现柔性、通用计量检测。因此，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。

功能特点

测量功能

几何元素的测量，包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等；

测量高精度的几何零件和曲面；

测量复杂形状的机械零部件；

检测自由曲面；

可选用接触式或非接触式测头进行连续扫描。

设备特点

核心零部件及软件全部原装进口

单边活动桥式结构，显著提高运动性能，确保测量精度及稳定性

三轴导轨均采用高精密天然花岗岩，具有相同的温度特性及刚性

三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳，导轨永不受磨损

金属光栅尺，更接近花岗岩基体的热膨胀系数，提高了设备的稳定性

高速高精度自动控制系统，内嵌32位微处理器，真正实现实时控制；上下位采用光纤通讯，增强了电气抗干扰能力。

软件特点

软件运行在WINDOWS 2000/XP环境下，全中文界面；面向对象的编程方式，支持图形镜像功能。

三维CAD数模导入、再现实体或线架模型、DMIS、STEP文件导入导出、测量结果的IGES文件输出，支持逆向工程。

动态CMM模型，支持测量机和测头的模拟和RENISHAW测头图形库。

测头管理功能，可动态选择多种测针。

几何元素的测量，包括点、线、面、圆、球、圆柱、圆锥等等。

曲线、曲面扫描，支持点位扫描功能，IGES文件的数据输出，CAD 名义数据定义、ASCII 文本数据输入、名义曲线扫描、符合公差定义的轮廓分析。

形位公差的计算，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同心度等等；

支持传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等多种输出方式；

工件坐标系管理，指定基准面（轴）即可生成工件坐标系，并可实现坐标系平移、旋转及迪卡尔坐标和极坐标的相互转换，支持3-2-1找正。

误差补偿功能，进一步提高机器测量精度。

产品概述

台式：采用高精度精密型测量机的专用结构，由固定桥和移动工作台组成，其牢固的机械结构确保了系统具备最大的刚性、最佳的稳定性和最小的振动，保证了整个测量空间极高的测量精度。配以测量软件包，使其成为性价相比当高的产品。

便携式：

1、碳石墨臂身整体构造使便携性良好，配合内置集成扩展使用电池----提供真正的”随时随地”测量

2、在每个关节设有超负荷传感器----确保手臂保持最佳精度及无限位旋转

3、内置式自平衡机构----提供舒适的无应力使用

4、内置双模式自动触发和硬式测头----使用户可以随时校准各种测头

5、内置温度补偿系统----将环境变化对测量臂本身的影响降至最小

6 、通用 3.5 英寸快速装配圆盘底座 ---- 提供在金属表面或花岗石平台上的快速安装

7 、采用 USB 接口 ----电脑与设备采用了USB数据线进行连接，无需驱动，做到即插即用

8、任何人在任何地方均可以前所未有的精度对部件、固定设备及组件进行检查、逆向工程或执行CAD至部件分析。如果您将该精度与其可修改的3D 测量技术和定制零培训软件工具（带或不带CAD）结合起来，铂金测量臂将是需要GD&T 和SPC输出的成型、铸模、制造、铸造及装配设备的理想解决方案。此外，它还具备真正的便携性能和改进的生物工程技术。事实上，超负荷传感器可防止用户使手臂超载，从而确保测量的精确性，使其成为“唯一有感觉的手臂”。

配件

产品的主要配件：校正球、校正块、光栅尺、探针、控制器、测量软件、磁力吸盘、测头等等。

夹具

●万能柔性三坐标夹具主体部分---装夹平板，可以充分保护大理石平台精度，避免工件直接接触大理石工作台，延长其使用寿命；

●万能柔性三坐标夹具只要通过一些简单的组合，可以实现多种产品和较复杂产品的装夹，可以为用户省去那些专用夹具设计制作资金，更好的节省生产成本，提升企业收益率与市场竞争力；

●可实现精确的重复定位，主体安装板的每个孔及夹具组成部件都有代号，每种工件的装夹方式都可以用这些代号制作成记事本记录下来，方便以后测量使用，能够为用户最大限度减少装夹时间、提高工作效率，以及提供可靠的装夹方式，最大限度减少测量误差，为准确的测量数据奠定基础；

注：夹具是可根据客户需求，根据三坐标行程来定制，并非一成不变。

国际ISO标准

根据现行的国际标准，对于测量机的不确定度和检测程序在ISO10360中进行了描述。

ISO10360标准主要确定了以下三项误差：

A.长度测量最大允许示值误差MPEE(ISO10360-2)

在测量空间的任意7种不同的方位，测量一组5种尺寸的量块，每种量块长度分别测量3次。

所有测量结果必须在规定的MPEE值范围内。

B.最大允许探测误差MPEP(ISO10360-2)

25点测量精密标准球，探测点分布均匀。最大允许探测误差MPEP值为所有测量半径的最大差值。

MPEP是测量机的形状公差。

如果测量了一个精密环规，所绘制图上的形状公差就是测量机的形状公差(=MPEP)。

C.最大允许扫描探测误差MPETHP(ISO10360-4)

沿标准球上4条确定的路径进行扫描。最大允许扫描探测误差MPETHP值为所有测量半径的最大差值。

在可接受不确定度水平上采集点的数量，确定了测量机的工作效率。一些测量机能够在一分钟内采集超过100个数据点，而可以达到非常接近计量型的精度。

选购指南

三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。下面，我们将对如何选择选购三坐标作说明：

三坐标测量机通过一个叫做测头的传感器接触工件测量，所获得的数据可以与工件或某一工件特征（如孔）的尺寸描述结合在一起。通过这些尺寸描述，就比较容易地确定工件或特征是否超差。这些信息也为纠正引起超差的生产过程中的失常提供了线索。

1.让坐标测量机适合您的应用

如果一台坐标测量机正是你的工作所需，如何选择最好的？

首先要确定的是要购买那一种型号的三坐标测量机。根据测量机上测头安置的方位，有三种基本类型：垂直式、水平式和便携式。

垂直式坐标测量机在垂直臂上安装测头。这种测量机的精度比水平式测量机要高，因为桥式结构比较稳固而且移动部件较少，使得它们具有更好的刚性和稳定性。垂直式三坐标测量机包含各种尺寸，可以测量从小齿轮到发动机箱体，甚至是商业飞机的机身。

水平式测量机把测头安装在水平轴上。它们一般应用于检测大工件，如汽车的车身，以中等水平的精度检测。

便携式测量机简化了那些不能移到测量机上的工件和装配件的测量，便携式测量机可以安装在工件或装配件上面甚至是里面，这便允许了对于内部空间的测量，允许用户在装配现场测量，从而节省了了移动、运输和测量单个工件的时间。

为使三坐标测量机保持稳固，在设计过程中，一般通过提高结构部件的横截面、加大空气轴承的距离、提高电机的驱动力量、基于重量和温度性能优化选择结构的材料来增加质量和刚性，提高测量精度、重复性及测量速度、加速度。这些原理也应用到一些水平式车间型坐标测量机上，这种系统把水平式测量机的灵活性和垂直式设计的高精度结合在一起。

水平测量的方向使得测量机在于水平式机床加工设备的搭配更为合理。它们尤其适合测量那些需要测量高精度测量的大的齿轮箱和发动机壳体。

转台的加入使四个轴成为可能，双臂配置也可实现，都可以测量到工件的各个方向。水平臂配置比较容易地装卸工件，小型的、车间型的水平臂测量机适于高速生产应用过程中。

2.选择一台适当的机器

坐标测量机可根据应用选择有两种方式：手动和自动。如果您只需要检测几何量和公差都比较简单的工件，或测量各种小批量的不尽相同的工件，手动机器是最佳选择。手动测量机的软件也可储存和调用测量程序，从而加快了重复性测量。如果需要检测大批量相同的工件，或要求较高的精度，要选择直接用计算机控制的测量机。数控测量机可自动检测并消除操作者对测量结果的影响。程序驱动意味着可实现无误差的高检测速度。

公差也非常重要，手动测量机很难达到更小的公差要求，而数控测量机通过其连续的触测使其更适合具有严格公差要求工件的高精度和高重复性要求。

数控测量机通过安装一个模拟扫描测头，用于测量要求大量的数据来定义它们的几何量的工件，如：齿轮、圆柱体、汽车车身、挡风玻璃的测量。对于那些完全用算术方法CAD定义或是完全未知的工件来说，这些测头能够提供连续的数据采集，并可从部分工件和模型上进行逆向工程。对于非常小轮廓形工件来说，扫描测头因其小的扫描面并需要大量数据来进行定义而成为理想的选择。

测量机安装的场地也很重要。理想情况是，测量机应尽量靠近生产过程中制造工件的操作者附近安装。这些车间型测量机一般具有友好的用户操作接口，具有与机床类似的控制界面。

不同型号的测量机可以共同工作。一台计量型的垂直式测量机一般使用的精密计量室，做为产品性能的主仲裁，工作型的测量机使用在生产线，对工件的质量进行评判，并提供实时的统计过程控制，并平滑地与整个制造流程规划进行过渡。

测量机能够为现代制造业提供保证，因为它可取代平面的测量工具、固定的或定制的量规，以及精密的手工测量工具。他们在处理不同工作方面的灵活性使其成为一个主仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机还可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。对于固定资产的投入有许多要考虑的因素，但一但考虑到提高了生产效率、降低了成本并将生产纳入了控制，测量机就是测量和检测的最好的选择。

3.选择正确的测量软件

软件能够使测量机满足对于速度和精度的潜在需要。当今的测量软件，能够达到这种程度，即使是最复杂的程序也不需要计算机编程的知识。今天的测量软件是菜单驱动的，也就是说，它提醒操作者他需要做什么，甚至会推荐最有可能的选项。

软件程序还具有统计过程分析和控制功能。对于薄壁件测量的应用软件简化了包含台阶边缘、通过螺帽和螺栓连接的工件的定位与测量。功能完备的轮廓测量使得测量机能够快速、准确地确定复杂的、非几何形状的、没有直边的工件，如涡轮叶片、螺旋压缩器转子、齿轮、活塞、凸轮和曲轴。

软量规工作包能够图形化地构造量规，通过数学的方法插入零件的特征，从而校正几何尺寸。一些程序提供了这样的模块，用来测量非规则形状的零件，如薄壁件和塑料装配件，挡风玻璃和排气装置。这样就减少了对于昂贵固定量仪的需要。其他的模块可执行2-D和3-D最优化流程，并可完成轮廓比较。

数据传输标准是由行业渐渐发展起来并得到广泛接受，如尺寸测量接口标准(DMIS)，是用来完成从CAD系统到测量机的通讯的；初始化图形交换标准(IGES)是为了完成从CAD系统到CAD系统的数据交换。这样的功能，使得测量机能够用在逆向工程等场合下。这时，产品的数据来自于模块或部分零件的测量中。数据的传输还能够直接从CAD数据开发测量程序，在合适的情况下，甚至是脱机进行，从而减轻了生产中测量机的负担。

挑选合适的软件包是从测量机获益的最为关键的因素。

当你确定一台测量机是你所需，测量机制造商会建议合适的软件满足机器和应用，你应该听从这些推荐。但是，在做出决定以前，你应当遵循一些通常的规则。

测量软件必须便于操作。使用起来越是容易，测量和检测流程越快。最快速、简单的软件都是采用图形用户接口(GUI)而不是键盘输入命令。

选择一台广泛应用的PC机和WINDOWS操作系统来运行测量软件，他们在行业占绝大多数。这样，培训、服务和升级将不成问题。

软件包应当满足不同级别操作者的要求，例如，一个车间的接口用来执行检测程序，而编程的接口用来使技术人员输入程序，变换数控命令，整合特殊定制的应用程序和为复杂零件开发测量程序。

测量软件需要产生清晰、明确的测量结果图形化表示。数据以这种方式进行展示，对于操作者来说将比较容易地校正超差情况，对那些需要将检测流程进行归档的人员来说也非常有用。

确信软件可实现升级，并且新旧版本可以兼容。如果你的软件向下不能够兼容，你将会经历一场毁灭性破坏。

测量软件必须能够同CAD/CAM程序和系统进行通讯。尽管你现在可能不用CAD/CAM系统，但将来你会用到。具备一个完整的测量程序，能够有效地提高制造流程的产品质量。

优质的技术服务，将会协助您最大限度地发挥测量机的作用。

在选购了适用、可靠性能测量机的基础上，您还需要充分考虑到测量机供应商的技术实力和应用、技术服务能力，是否具有本地化的技术和长久综合发展实力，并拥有众多的客户群和广泛的认知。通过及时可靠的技术服务支持和备件保障，对于测量机的长期高效率运行提供保障。同时，拥有着专业的培训和应用支持队伍，使得客户能够从容应对纷繁复杂的各种测量任务。