三坐標(biāo)測量機應(yīng)用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機械有限公司

三坐標(biāo)測量機應(yīng)用與研究

文/諶迪，常州市寶菱重工機械有限公司

在工業(yè)技術(shù)的發(fā)展下，對于零件精度的要求越來越高，應(yīng)用三坐標(biāo)測量機在復(fù)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(biāo)測量機的原理、組成，并從三個角度探討了三坐標(biāo)測量機的具體應(yīng)用。

三坐標(biāo)測量機；原理；組成；應(yīng)用

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

1 三坐標(biāo)測量機的基本原理與組成

幾何量測量坐標(biāo)位置可以分為一維、二維與三維三個維度，三坐標(biāo)測量機就是利用了這一原理，將被測零件置入設(shè)備的測量空間中，根據(jù)指標(biāo)計算出三個坐標(biāo)的具體數(shù)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(jīng)過計算即可得出具體的位置公差、形狀與其他數(shù)據(jù)。

在組成方面，三坐標(biāo)測量機包括電器系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、主機以及測頭組成，前三部分為測量機的核心組成。在結(jié)構(gòu)類型上，三坐標(biāo)測量機多種多樣，有懸臂式三坐標(biāo)測量機，還有龍門式、橋式等類型。懸臂式三坐標(biāo)測量機開敞性好，但是精度偏低，多應(yīng)用于小型測量之中，龍門式三坐標(biāo)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(biāo)測量機的應(yīng)用范圍最為廣泛。機械制造行業(yè)不斷發(fā)展，工件中以自由曲面為主要特征的零部件數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢，相應(yīng)地企業(yè)、行業(yè)對加工制造出的成品的質(zhì)量要求也在大幅提升。工廠在進(jìn)行制造加工時零件的數(shù)字模型是已有的，在質(zhì)量檢驗時利用這個數(shù)模，作為加工和事后檢查的重要依據(jù)。

2 三坐標(biāo)測量機的常見應(yīng)用

2.1 基本誤差測量中的應(yīng)用

基本誤差測量是三坐標(biāo)測量機的主要應(yīng)用范圍，可以準(zhǔn)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(yōu)勢，三坐標(biāo)測量機在三維空間精密度測量領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)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(nèi)容，根據(jù)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(zhǔn)則、三角形準(zhǔn)則與及相間準(zhǔn)則進(jìn)行測量。 目前，常用的平面度測量法包括光學(xué)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(jìn)行計算后，即可得出結(jié)果。三坐標(biāo)測量機的實現(xiàn)過程與傳統(tǒng)測量方法也有一定的差異：

①首先要確定好適宜的測點數(shù)；

②利用樣本試驗法針對已確定測量對象來尋找測點數(shù)，保證測量精度與準(zhǔn)確性；

③利用多數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對比測量結(jié)果，選取準(zhǔn)確值。

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

2.2 三坐標(biāo)測量器在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)的發(fā)展催生了大量復(fù)雜的機械設(shè)備，這類設(shè)備的生產(chǎn)、檢驗都離不開先進(jìn)的檢測儀器，尤其是汽車零部件、電子工件、數(shù)控機床、精密器械，對于精度的要求更高，三坐標(biāo)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(jīng)在工業(yè)測量領(lǐng)域中得到了推廣。以汽車制造業(yè)為例，利用三坐標(biāo)測量機的高效率、高精度檢測可以實現(xiàn)汽車工業(yè)生產(chǎn)的實施監(jiān)控；在航空制造業(yè)中，特型零件的加工與檢測是一個難點問題，應(yīng)用三坐標(biāo)測量機可以輕松解決渦輪葉片檢測、航空發(fā)動機檢測以及導(dǎo)向器葉片喉道面積檢測，有效保證了檢測的精度與準(zhǔn)確性。

2.3 在教學(xué)活動中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對于人才的需求也越來越高，為了鍛煉學(xué)生的綜合能力，各個學(xué)校開始應(yīng)用三坐標(biāo)測量機來輔助教學(xué)，將其應(yīng)用在教學(xué)活動中，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握所學(xué)理論、測量技術(shù)，學(xué)會公差與配合的選擇方法，了解現(xiàn)代測量技術(shù)的優(yōu)勢，對于提升學(xué)生的綜合能力起著重要的作用。針對各個學(xué)校中涉及的課程設(shè)計、課外科技、畢業(yè)設(shè)計活動，可以利用三坐標(biāo)測量引導(dǎo)學(xué)生獨立完成任務(wù)，自行來探索相關(guān)的理論，處理較為復(fù)雜的實驗內(nèi)容，對于提高學(xué)生的綜合水平有著至關(guān)重要的意義。

3 結(jié)語

三坐標(biāo)測量機的誕生為工業(yè)測量開辟了全新的領(lǐng)域，目前，三坐標(biāo)測量機已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。毋庸置疑的是，三坐標(biāo)測量機有自身獨特的優(yōu)勢，但是如果使用不當(dāng)，也會出現(xiàn)誤差，基準(zhǔn)選擇不當(dāng)、測量操作不當(dāng)?shù)榷紩鹫`差。因此，在操作的過程中，必須要詳細(xì)了解三坐標(biāo)測量機的應(yīng)用原理與工作結(jié)構(gòu)，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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