三坐标测量机应用与研究

文/谌迪，常州市宝菱重工机械有限公司

三坐标测量机应用与研究

文/谌迪，常州市宝菱重工机械有限公司

在工业技术的发展下，对于零件精度的要求越来越高，应用三坐标测量机在复杂外形、自由曲面等测量中起着越来越重要的作用。本文分析了三坐标测量机的原理、组成，并从三个角度探讨了三坐标测量机的具体应用。

三坐标测量机；原理；组成；应用

三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining）诞生于上世纪60年代，至今已经有50多元的历史，三坐标测量机的诞生满足了数控机床、自动机床高效率加工需求，在数控技术、计算机技术与电子技术的推动下，三坐标测量机的功能不断完善，被广泛应用于汽车制造、电子工业、机械制造、国防工业等领域中，是现代工业发展中不可或缺的高效精密测量仪器。

1 三坐标测量机的基本原理与组成

几何量测量坐标位置可以分为一维、二维与三维三个维度，三坐标测量机就是利用了这一原理，将被测零件置入设备的测量空间中，根据指标计算出三个坐标的具体数值，在计算机处理后，即可生成测量元素，如圆柱、曲面、圆锥、圆、球等等，经过计算即可得出具体的位置公差、形状与其他数据。

在组成方面，三坐标测量机包括电器系统、软件系统、主机以及测头组成，前三部分为测量机的核心组成。在结构类型上，三坐标测量机多种多样，有悬臂式三坐标测量机，还有龙门式、桥式等类型。悬臂式三坐标测量机开敞性好，但是精度偏低，多应用于小型测量之中，龙门式三坐标测量机属于大中型测量机，对于地基、尺寸精度要求都较高。桥式三坐标测量机的应用范围最为广泛。机械制造行业不断发展，工件中以自由曲面为主要特征的零部件数量呈现增加趋势，相应地企业、行业对加工制造出的成品的质量要求也在大幅提升。工厂在进行制造加工时零件的数字模型是已有的，在质量检验时利用这个数模，作为加工和事后检查的重要依据。

2 三坐标测量机的常见应用

2.1 基本误差测量中的应用

基本误差测量是三坐标测量机的主要应用范围，可以准确测定出几何量的误差，包括平面度、直线度、垂直度、圆度、同轴度、面轮廓度、位置度、对称度等14项误差。鉴于这一优势，三坐标测量机在三维空间精密度测量领域中得到了广泛的应用，该种测量手段操作简单、价格低廉，也有效缩短了测量时间。

以平面度误差测量为例，这是几何量评价的重点内容，根据最小条件要求，两平面之间至少有3点到4点接触，一般我们遵循交叉准则、三角形准则与及相间准则进行测量。 目前，常用的平面度测量法包括光学平晶测量法、反射镜测量法、指示器法、水平仪测量法三种，在得出平面度测值并进行计算后，即可得出结果。三坐标测量机的实现过程与传统测量方法也有一定的差异：

①首先要确定好适宜的测点数；

②利用样本试验法针对已确定测量对象来寻找测点数，保证测量精度与准确性；

③利用多数据统计，对比测量结果，选取准确值。

在圆度误差的测量中，常用评价方式有最小区域圆法、最小外接圆法、最小二乘法、最大内切圆法集中，通过三坐标测量机的实践应用，可以得知，选取的采样点数不同，测量的结果也存在差异。测量精确度与选择点数呈正比，因此，为了保证测量结果的准确性，需要尽可能的多选择测量点。

2.2 三坐标测量器在实际生产中的应用

工业的发展催生了大量复杂的机械设备，这类设备的生产、检验都离不开先进的检测仪器，尤其是汽车零部件、电子工件、数控机床、精密器械，对于精度的要求更高，三坐标测量机能够测量出空间三维尺寸的变化，能够满足在线检测与自动化检测需求，已经在工业测量领域中得到了推广。以汽车制造业为例，利用三坐标测量机的高效率、高精度检测可以实现汽车工业生产的实施监控；在航空制造业中，特型零件的加工与检测是一个难点问题，应用三坐标测量机可以轻松解决涡轮叶片检测、航空发动机检测以及导向器叶片喉道面积检测，有效保证了检测的精度与准确性。

2.3 在教学活动中的应用

随着现代化工业的发展，对于人才的需求也越来越高，为了锻炼学生的综合能力，各个学校开始应用三坐标测量机来辅助教学，将其应用在教学活动中，可以帮助学生进一步掌握所学理论、测量技术，学会公差与配合的选择方法，了解现代测量技术的优势，对于提升学生的综合能力起着重要的作用。针对各个学校中涉及的课程设计、课外科技、毕业设计活动，可以利用三坐标测量引导学生独立完成任务，自行来探索相关的理论，处理较为复杂的实验内容，对于提高学生的综合水平有着至关重要的意义。

3 结语

三坐标测量机的诞生为工业测量开辟了全新的领域，目前，三坐标测量机已经在多个领域得到了推广应用。毋庸置疑的是，三坐标测量机有自身独特的优势，但是如果使用不当，也会出现误差，基准选择不当、测量操作不当等都会引起误差。因此，在操作的过程中，必须要详细了解三坐标测量机的应用原理与工作结构，熟悉测量过程，这对于提高测量精度有着重要的意义。

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