三坐標測量機應用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機械有限公司

三坐標測量機應用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機械有限公司

在工業技術的發展下，對于零件精度的要求越來越高，應用三坐標測量機在復雜外形、自由曲面等測量中起著越來越重要的作用。本文分析了三坐標測量機的原理、組成，并從三個角度探討了三坐標測量機的具體應用。

三坐標測量機；原理；組成；應用

三坐標測量機（Coordinate Measuring Machining）誕生于上世紀60年代，至今已經有50多元的歷史，三坐標測量機的誕生滿足了數控機床、自動機床高效率加工需求，在數控技術、計算機技術與電子技術的推動下，三坐標測量機的功能不斷完善，被廣泛應用于汽車制造、電子工業、機械制造、國防工業等領域中，是現代工業發展中不可或缺的高效精密測量儀器。

1 三坐標測量機的基本原理與組成

幾何量測量坐標位置可以分為一維、二維與三維三個維度，三坐標測量機就是利用了這一原理，將被測零件置入設備的測量空間中，根據指標計算出三個坐標的具體數值，在計算機處理后，即可生成測量元素，如圓柱、曲面、圓錐、圓、球等等，經過計算即可得出具體的位置公差、形狀與其他數據。

在組成方面，三坐標測量機包括電器系統、軟件系統、主機以及測頭組成，前三部分為測量機的核心組成。在結構類型上，三坐標測量機多種多樣，有懸臂式三坐標測量機，還有龍門式、橋式等類型。懸臂式三坐標測量機開敞性好，但是精度偏低，多應用于小型測量之中，龍門式三坐標測量機屬于大中型測量機，對于地基、尺寸精度要求都較高。橋式三坐標測量機的應用范圍最為廣泛。機械制造行業不斷發展，工件中以自由曲面為主要特征的零部件數量呈現增加趨勢，相應地企業、行業對加工制造出的成品的質量要求也在大幅提升。工廠在進行制造加工時零件的數字模型是已有的，在質量檢驗時利用這個數模，作為加工和事后檢查的重要依據。

2 三坐標測量機的常見應用

2.1 基本誤差測量中的應用

基本誤差測量是三坐標測量機的主要應用范圍，可以準確測定出幾何量的誤差，包括平面度、直線度、垂直度、圓度、同軸度、面輪廓度、位置度、對稱度等14項誤差。鑒于這一優勢，三坐標測量機在三維空間精密度測量領域中得到了廣泛的應用，該種測量手段操作簡單、價格低廉，也有效縮短了測量時間。

以平面度誤差測量為例，這是幾何量評價的重點內容，根據最小條件要求，兩平面之間至少有3點到4點接觸，一般我們遵循交叉準則、三角形準則與及相間準則進行測量。 目前，常用的平面度測量法包括光學平晶測量法、反射鏡測量法、指示器法、水平儀測量法三種，在得出平面度測值并進行計算后，即可得出結果。三坐標測量機的實現過程與傳統測量方法也有一定的差異：

①首先要確定好適宜的測點數；

②利用樣本試驗法針對已確定測量對象來尋找測點數，保證測量精度與準確性；

③利用多數據統計，對比測量結果，選取準確值。

在圓度誤差的測量中，常用評價方式有最小區域圓法、最小外接圓法、最小二乘法、最大內切圓法集中，通過三坐標測量機的實踐應用，可以得知，選取的采樣點數不同，測量的結果也存在差異。測量精確度與選擇點數呈正比，因此，為了保證測量結果的準確性，需要盡可能的多選擇測量點。

2.2 三坐標測量器在實際生產中的應用

工業的發展催生了大量復雜的機械設備，這類設備的生產、檢驗都離不開先進的檢測儀器，尤其是汽車零部件、電子工件、數控機床、精密器械，對于精度的要求更高，三坐標測量機能夠測量出空間三維尺寸的變化，能夠滿足在線檢測與自動化檢測需求，已經在工業測量領域中得到了推廣。以汽車制造業為例，利用三坐標測量機的高效率、高精度檢測可以實現汽車工業生產的實施監控；在航空制造業中，特型零件的加工與檢測是一個難點問題，應用三坐標測量機可以輕松解決渦輪葉片檢測、航空發動機檢測以及導向器葉片喉道面積檢測，有效保證了檢測的精度與準確性。

2.3 在教學活動中的應用

隨著現代化工業的發展，對于人才的需求也越來越高，為了鍛煉學生的綜合能力，各個學校開始應用三坐標測量機來輔助教學，將其應用在教學活動中，可以幫助學生進一步掌握所學理論、測量技術，學會公差與配合的選擇方法，了解現代測量技術的優勢，對于提升學生的綜合能力起著重要的作用。針對各個學校中涉及的課程設計、課外科技、畢業設計活動，可以利用三坐標測量引導學生獨立完成任務，自行來探索相關的理論，處理較為復雜的實驗內容，對于提高學生的綜合水平有著至關重要的意義。

3 結語

三坐標測量機的誕生為工業測量開辟了全新的領域，目前，三坐標測量機已經在多個領域得到了推廣應用。毋庸置疑的是，三坐標測量機有自身獨特的優勢，但是如果使用不當，也會出現誤差，基準選擇不當、測量操作不當等都會引起誤差。因此，在操作的過程中，必須要詳細了解三坐標測量機的應用原理與工作結構，熟悉測量過程，這對于提高測量精度有著重要的意義。

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