先进制造理论与技术小论文—三坐标测量技术.doc

先进制造理论与技术小论文 ————三坐标测量技术 三坐标测量技术 魏准，钟贞涛，王凯，陈旺，廖津余，彭伟 （中南大学机电工程学院，长沙 410012） 摘要：三坐标测量技术在先进制造技术与科学研究中有广泛应用。本文阐述了三坐标测量机（CMM）的工作原理和基本构成，介绍了测量机的测量系统及特点，描述了三坐标测量机的测量过程，对国内外研究现状作了简单分析，提出CMM未来的几个发展趋势。 关键词：先进制造技术 三坐标测量机 测量系统 测量精度 Coordinate Measuring Technology WEI Zhun,ZHONG Zhentao,WANG Kai,CHEN Wang,LIAO Jinyu,PENG Wei (Central South University of mechanical and electrical engineering,Changsha 410012) Abstract：Three coordinate measuring technology widely used in advanced manufacturing technology and scientific research. This paper expounded the working principle and basic composition of the three coordinate measuring machine, introduced the measurement system and characteristics of measuring machine, described the measuring process of three coordinate measuring machine, made a simple analysis about the present situation of research at home and abroad, put forward several development trend about the CMM in the future. Key words：AMT;CMM;measuring system;measuring accuracy 1前言 近30年来,由于现代工业技术的进步(计算机、集成电路、新材料、气浮技术、传感等),促进了三坐标测量机（Coordinate Measuring Machine,简称CMM）的发展[1]。 作为一种新型高效的精密测量仪器，三坐标测量机已广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，有“测量中心”之称。 2三坐标测量机的工作原理与基本构成 2.1三坐标测量机的测量原理 测量时把被测件置于测量机的测量空间中； 通过机器运动系统带动测头对测量空间内任意位置的被测点瞄准，当瞄准实现时测头即发出读数信号； 通过测量系统获得被测物体上各测点的坐标位置； （4）根据这些点的空间坐标值，通过专业测量软件对被测物体的规格尺寸，形状和相互位置关系进行快速和精确（微米级）的计算与输出。 因此，三坐标测量实际上是数控加工的逆过程。 2.2三坐标测量机的基本构成 三坐标测量机一般由主机（包括光栅尺）、电器系统 （控制柜）、软件系统（计算机系统）及测头所组成 ，如图2-1所示。除硬件以外，软件也是测量机的重要组成部分[2]。 图2-1 三坐标测量机示意图 三坐标测量机机的结构类型主要有以下几种：悬臂式（图2-2）、龙门式（图2-3）、桥式（图2-4）等几种。悬臂式测量机优点是开敞性较好，但精度低，一般用于小型测量机。桥式测量机承载力较大，开敞性较好，精度较高，是目前中小型测量机的主要结构型式。龙门式测量机一般为大中型测量机，要求有好的地基，相对测量尺寸有足够的测量精度。 图2-2 悬臂式CMM 图2-3 龙门式CMM 图2-4 桥式CMM 3三坐标测量机的测量系统 3.1测量头 测量头是测量机进行测量时发送信号的装置，它是测量机的关键部件，测量头精度的高低很大程度上决定着测量机的测量重复性及精度[3]。 测量头分为接触式和非接触式。接触式测量头（硬测头）需与待测表面发生实体接触来获得测量信号；而非接触式测量头则不需与待测表面发生实体接触，例如：