移动桥式三坐标测量机的结构设计与误差分析
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引言.1
一.分析CMM三坐标测量机的概述.2
(一)CMM三坐标的概述及工作原理.3
二.CMM三坐标测量机的组成 4（一）主机系统4
（二）测头系统5
（三）电气系统6
三.CMM三坐标测量操作的基本流程.7
四.CMM三坐标测量机的维护及注意事项.8
（一）日常维护.8
（二）正确操作8
（三）注意事项9
五.CMM三坐标测量机的误差分析.10
（一）系统误差10
（二）测头误差10
（三）探测误差.10
（四）动态误差10
六.CMM三坐标测量机的意义.11
七.CM三坐标测量机发展与趋势.12
（一）高精度、高效率.12
（二）发展测量技术、完善测量机配置12
（三）测量软件人性化、研发智能机.13
总结.14
参考文献.15
辞谢.16
一、CMM三坐标测量机的概述
(一) CMM三坐标测量机的概述及工作原理
CMM三坐标测量机是一种可在3个方向移动的探测器，移动测头在三个相互垂直的导轨上运动以用来测量多个点的位置，三坐标测量器用测头以接触的方式点在零件的规定位置，将各点位置编辑成数据，然后用电脑内的软件将数据处理后，算出各个点的位置、三维坐标及其他一些功能的仪器（图1-1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
）。主要用于复杂零件尺寸、形状的检测。三坐标测量机的测量功能应包括零件形状的检测、零件精度的测量及其他一些测量等。任何形状都是由几何组成的，所有的几何量测量都可以用三坐标测量，因此三坐标测量机是未来检验复杂零件的重要仪器。
图1-1 移动桥式三坐标测量机
CMM的三坐标工作原理：将零件置于大理石台上，因为经打磨的大理石台很平整适合于零件的放置，然后操作者用手摇杆的方式控制测头在零件周围做基准，然后以零件表面或底面做为X，Y表面进行测量，测量之后的数据经电脑转化坐标，为操作者提供关于零件的表面的数据。这比传统的设备更加精确，传统的设备除去自身的误差还有一些人为的误差，而三坐标测量机却有效的减免了人为的误差。并且比起传统设备只能进行简单数据的测量，三坐标测量机对于复杂的零件有着更为有效的，更为精准的测量数据。
二．CMM三坐标测量机的系统组成
（一）主机系统；
1,框架，是指三坐标测量机外型的组成。一般是由是工作台（一般为大理石台）、移动桥架、中央滑块等机械结构组成的。
2.标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。
3.导轨（图2-1），是三坐标测量机进行三维运动的基本。测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨,而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨都和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装臵。
图2-1 导轨
（二）测头系统；
三维测头即是三维测量的传感器我们工厂采用钢针与人造红宝石的组合成测头。市面上测量的测头主要有硬测头、光学测头等，此外还有测头的加长杆等。测头有接触式（图2-2）和非接触式（图2-3）之分。按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。
图2-2 接触式测头 图2-3 非接触式测头
（三）电气系统：
1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。
2、计算机硬件部分（图2-4），三坐标测量机旁一般有计算机，它是三坐标数据输出的主要部分。
图2-4 计算机硬件与三坐标测量及组合
3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径等一系列的自动测量，我们工厂用的软件的功能有测头自动校正，确定X、Y、Z轴后自动运行等。
三．CMM三坐标测量操作的基本流程
（一）测量前的准备工作：（1）用酒精擦拭大理石台保证大理石台的光滑与平整（2）酒精擦拭工件保证工件底面没有碎屑保护大理石台以及测量的精确性（3）把工件安装在合适的位置
（二）测头的选择及安装:（1）将测头安装于Z轴上没有特殊标明则为1.5mm的测头（2）将Z轴移至工件上方大约30cm（3）用手摇杆操作Z轴
（三）量测操作：（1）用手摇杆操作Z轴确定X，Y轴及安全高度（2）打开电脑内部安装的程序（3）确定X，Y轴及安全高度后应用电脑程序（4）自动进行测量，并读出测量值。
（四）完成后注意事项：（1）Z轴移至原来位置后锁定（2）X,Y轴各移安全区域或初始位置并锁定（3）取下工件放至工架上。
四．CMM三坐标测量机的维护及注意事项
(一)日常维护
(1)三坐标测量机对环境的要求比较严格，必须要做好清洁的工作，进入工作室之前要穿鞋套（三坐标测量机一般有独立的工作室）图4-1。，每天开始工作前室内要用吸尘器进行清扫保证较低的灰尘，对于精密的物件（如导轨，大理石台）以及防止工件的工架也要用酒精进行擦拭。
（2）三坐标测量机一般用的是气浮轴承，它主要靠气源来运作，如果有测量工件遗留下来的脏东西导致气源不干净，就会导致气浮轴承的堵塞，严重时会造成机器的损坏。每天开始工作前也要对其进行清洗，如果损坏过于严重应当及时更换轴承，防止测量的不准确。
图4-1 三坐标独立工作室
（二）正确操作
（1）三坐标测测室内要用专门的检测器检查室内温度、湿度是否正常（图4-2），因为三坐标测量机对温度、湿度的要求还是比较高的。当检测器发出报警声应该先及时将Z轴移至安全位置，然后必须停止工作查明原因，如果不及时排除温度、湿度的问题，也会对三坐标测量机带来损伤，最直接的损伤就是导致测量结构的不准确。
图4-2 温度、湿度检测器
(2)检查其他设备是否完好，如调节温度湿度的控制器，手摇杆等。
(3)检查是否能正常开机，气源是否有异物。
(4)首先要先开启三坐标测量机的电源，同时开启计算机，启动程序。
(5)零件送来检测时放在工架上的时候就要对其进行清理，防止拿上三坐标测量机时对大理石台造成损伤，我们工厂内生产的零件，刚从机器上拿下来就被送来检测零件表面有碎屑及冷却液残留，影响大理石台以及测头的使用寿命。零件应放在中央以及便于测量的位置，防止Z轴及测头发生碰撞。
引言.1
一.分析CMM三坐标测量机的概述.2
(一)CMM三坐标的概述及工作原理.3
二.CMM三坐标测量机的组成 4（一）主机系统4
（二）测头系统5
（三）电气系统6
三.CMM三坐标测量操作的基本流程.7
四.CMM三坐标测量机的维护及注意事项.8
（一）日常维护.8
（二）正确操作8
（三）注意事项9
五.CMM三坐标测量机的误差分析.10
（一）系统误差10
（二）测头误差10
（三）探测误差.10
（四）动态误差10
六.CMM三坐标测量机的意义.11
七.CM三坐标测量机发展与趋势.12
（一）高精度、高效率.12
（二）发展测量技术、完善测量机配置12
（三）测量软件人性化、研发智能机.13
总结.14
参考文献.15
辞谢.16
一、CMM三坐标测量机的概述
(一) CMM三坐标测量机的概述及工作原理
CMM三坐标测量机是一种可在3个方向移动的探测器，移动测头在三个相互垂直的导轨上运动以用来测量多个点的位置，三坐标测量器用测头以接触的方式点在零件的规定位置，将各点位置编辑成数据，然后用电脑内的软件将数据处理后，算出各个点的位置、三维坐标及其他一些功能的仪器（图1-1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
）。主要用于复杂零件尺寸、形状的检测。三坐标测量机的测量功能应包括零件形状的检测、零件精度的测量及其他一些测量等。任何形状都是由几何组成的，所有的几何量测量都可以用三坐标测量，因此三坐标测量机是未来检验复杂零件的重要仪器。
图1-1 移动桥式三坐标测量机
CMM的三坐标工作原理：将零件置于大理石台上，因为经打磨的大理石台很平整适合于零件的放置，然后操作者用手摇杆的方式控制测头在零件周围做基准，然后以零件表面或底面做为X，Y表面进行测量，测量之后的数据经电脑转化坐标，为操作者提供关于零件的表面的数据。这比传统的设备更加精确，传统的设备除去自身的误差还有一些人为的误差，而三坐标测量机却有效的减免了人为的误差。并且比起传统设备只能进行简单数据的测量，三坐标测量机对于复杂的零件有着更为有效的，更为精准的测量数据。
二．CMM三坐标测量机的系统组成
（一）主机系统；
1,框架，是指三坐标测量机外型的组成。一般是由是工作台（一般为大理石台）、移动桥架、中央滑块等机械结构组成的。
2.标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。
3.导轨（图2-1），是三坐标测量机进行三维运动的基本。测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨,而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨都和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装臵。
图2-1 导轨
（二）测头系统；
三维测头即是三维测量的传感器我们工厂采用钢针与人造红宝石的组合成测头。市面上测量的测头主要有硬测头、光学测头等，此外还有测头的加长杆等。测头有接触式（图2-2）和非接触式（图2-3）之分。按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。
图2-2 接触式测头 图2-3 非接触式测头
（三）电气系统：
1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。
2、计算机硬件部分（图2-4），三坐标测量机旁一般有计算机，它是三坐标数据输出的主要部分。
图2-4 计算机硬件与三坐标测量及组合
3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径等一系列的自动测量，我们工厂用的软件的功能有测头自动校正，确定X、Y、Z轴后自动运行等。
三．CMM三坐标测量操作的基本流程
（一）测量前的准备工作：（1）用酒精擦拭大理石台保证大理石台的光滑与平整（2）酒精擦拭工件保证工件底面没有碎屑保护大理石台以及测量的精确性（3）把工件安装在合适的位置
（二）测头的选择及安装:（1）将测头安装于Z轴上没有特殊标明则为1.5mm的测头（2）将Z轴移至工件上方大约30cm（3）用手摇杆操作Z轴
（三）量测操作：（1）用手摇杆操作Z轴确定X，Y轴及安全高度（2）打开电脑内部安装的程序（3）确定X，Y轴及安全高度后应用电脑程序（4）自动进行测量，并读出测量值。
（四）完成后注意事项：（1）Z轴移至原来位置后锁定（2）X,Y轴各移安全区域或初始位置并锁定（3）取下工件放至工架上。
四．CMM三坐标测量机的维护及注意事项
(一)日常维护
(1)三坐标测量机对环境的要求比较严格，必须要做好清洁的工作，进入工作室之前要穿鞋套（三坐标测量机一般有独立的工作室）图4-1。，每天开始工作前室内要用吸尘器进行清扫保证较低的灰尘，对于精密的物件（如导轨，大理石台）以及防止工件的工架也要用酒精进行擦拭。
（2）三坐标测量机一般用的是气浮轴承，它主要靠气源来运作，如果有测量工件遗留下来的脏东西导致气源不干净，就会导致气浮轴承的堵塞，严重时会造成机器的损坏。每天开始工作前也要对其进行清洗，如果损坏过于严重应当及时更换轴承，防止测量的不准确。
图4-1 三坐标独立工作室
（二）正确操作
（1）三坐标测测室内要用专门的检测器检查室内温度、湿度是否正常（图4-2），因为三坐标测量机对温度、湿度的要求还是比较高的。当检测器发出报警声应该先及时将Z轴移至安全位置，然后必须停止工作查明原因，如果不及时排除温度、湿度的问题，也会对三坐标测量机带来损伤，最直接的损伤就是导致测量结构的不准确。
图4-2 温度、湿度检测器
(2)检查其他设备是否完好，如调节温度湿度的控制器，手摇杆等。
(3)检查是否能正常开机，气源是否有异物。
(4)首先要先开启三坐标测量机的电源，同时开启计算机，启动程序。
(5)零件送来检测时放在工架上的时候就要对其进行清理，防止拿上三坐标测量机时对大理石台造成损伤，我们工厂内生产的零件，刚从机器上拿下来就被送来检测零件表面有碎屑及冷却液残留，影响大理石台以及测头的使用寿命。零件应放在中央以及便于测量的位置，防止Z轴及测头发生碰撞。
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