深圳三坐標測量機的歷史
一、三坐標測量機的產(chǎn)生
三坐標測量機（CoordinateMeasuring Machining，簡稱CMM）是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型高效的精密測量儀器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動機床、數(shù)控機床高效率加工以及越來越多復雜形狀零件加工需要有快速可靠的測量設備與之配套；另一方面是由于電子技術、計算機技術、數(shù)字控制技術以及精密加工技術的發(fā)展為三坐標測量機的產(chǎn)生提供了技術基礎。1960年，英國FERRANTI公司研制成功一臺三坐標測量機，到20世紀60年代末，已有近十個國家的三十多家公司在生產(chǎn)CMM，不過這一時期的CMM尚處于初級階段。進入20世紀80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三豐、SIP、FERRANTI、MOORE等為代表的眾多公司不斷推出新產(chǎn)品，使得CMM的發(fā)展速度加快?，F(xiàn)代CMM不僅能在計算機控制下完成各種復雜測量，而且可以通過與數(shù)控機床交換信息，實現(xiàn)對加工的控制，并且還可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)反求工程。目前，CMM已廣泛用于機械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等各部門，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質量控制*的測量設備。
二、三坐標測量機的組成及工作原理
（一）CMM的組成
三坐標測量機是典型的機電一體化設備，它由機械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)兩大部分組成?！ ?/span>
（1）機械系統(tǒng)：一般由三個正交的直線運動軸構成。X向導軌系統(tǒng)裝在工作臺上，移動橋架橫梁是Y向導軌系統(tǒng)，Z向導軌系統(tǒng)裝在滑架內。三個方向軸上均裝有光柵尺用以度量各軸位移值。人工驅動的手輪及機動、數(shù)控驅動的電機一般都在各軸附近。用來觸測被檢測零件表面的測頭裝在Z軸端部。
（2）電子系統(tǒng)：一般由光柵計數(shù)系統(tǒng)、測頭信號接口和計算機等組成，用于獲得被測坐標點數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理。
（二）CMM尺寸檢測測量的工作原理
三坐標測量機是基于坐標測量的通用化數(shù)字測量設備。它首先將各被測幾何元素的測量轉化為對這些幾何元素上一些點集坐標位置的測量，在測得這些點的坐標位置后，再根據(jù)這些點的空間坐標值，經(jīng)過數(shù)學運算求出其尺寸和形位誤差。要測量工件上一圓柱孔的直徑，可以在垂直于孔軸線的截面I內，觸測內孔壁上三個點（點1、2、3），則根據(jù)這三點的坐標值就可計算出孔的直徑及圓心坐標OI；如果在該截面內觸測更多的點（點1，2，…，n，n為測點數(shù)），則可根據(jù)最小二乘法或最小條件法計算出該截面圓的圓度誤差；如果對多個垂直于孔軸線的截面圓（I，II，…，m，m為測量的截面圓數(shù)）進行測量，則根據(jù)測得點的坐標值可計算出孔的圓柱度誤差以及各截面圓的圓心坐標，再根據(jù)各圓心坐標值又可計算出孔軸線位置；如果再在孔端面A上觸測三點，則可計算出孔軸線對端面的位置度誤差。由此可見，CMM的這一工作原理使得其具有很大的通用性與柔性。從原理上說，它可以測量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)。
三、三坐標測量機的分類
（一）按CMM的技術水平分類
1．數(shù)字顯示及打印型
這類CMM主要用于幾何尺寸測量，可顯示并打印出測得點的坐標數(shù)據(jù)，但要獲得所需的幾何尺寸形位誤差，還需進行人工運算，其技術水平較低，目前已基本被淘汰。
2．帶有計算機進行數(shù)據(jù)處理型
這類CMM技術水平略高，目前應用較多。其測量仍為手動或機動，但用計算機處理測量數(shù)據(jù)，可完成諸如工件安裝傾斜的自動校正計算、坐標變換、孔心距計算、偏差值計算等數(shù)據(jù)處理工作。
3．計算機數(shù)字控制型
這類CMM技術水平較高，可像數(shù)控機床一樣，按照編制好的程序自動測量?！ ?/span>
（二）按CMM的測量范圍分類
1．小型坐標測量機
這類CMM在其最長一個坐標軸方向（一般為X軸方向）上的測量范圍小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的測量。
2．中型坐標測量機
這類CMM在其最長一個坐標軸方向上的測量范圍為500～2000mm，是應用最多的機型，主要用于箱體、模具類零件的測量。
3．大型坐標測量機
這類CMM在其最長一個坐標軸方向上的測量范圍大于2000mm，主要用于汽車與發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機葉片等大型零件的測量?！?br>
（三）按CMM的精度分類
1．精密型CMM
其單軸測量不確定度小于1×10－6L（L為量程，單位為mm），空間測量不確定度小于（2～3）×10－6L，一般放在具有恒溫條件的計量室內，用于精密測量。
2．中、低精度CMM
低精度CMM的單軸測量不確定度大體在1×10－4L左右，空間測量不確定度為（2～3）×10－4L，中等精度CMM的單軸測量不確定度約為1×10－5L，空間測量不確定度為（2～3）×10－5L。這類CMM一般放在生產(chǎn)車間內，用于生產(chǎn)過程檢測?！ ?/span>
（四）按CMM的結構形式分類
按照結構形式，CMM可分為移動橋式、固定橋式、龍門式、懸臂式、立柱式等，見下節(jié)。
第二節(jié)三坐標測量機的機械結構
一、結構形式
三坐標測量機是由三個正交的直線運動軸構成的，這三個坐標軸的相互配置位置（即總體結構形式）對測量機的精度以及對被測工件的適用性影響較大?！ ?/span>
二、工作臺
早期的三坐標測量機的工作臺一般是由鑄鐵或鑄鋼制成的，但近年來，各生產(chǎn)廠家已廣泛采用花崗巖來制造工作臺，這是因為花崗巖變形小、穩(wěn)定性好、耐磨損、不生銹，且價格低廉、易于加工。有些測量機裝有可升降的工作臺，以擴大Z軸的測量范圍，還有些測量機備有旋轉工作臺，以擴大測量功能?！?/span>
三、導軌
導軌是測量機的導向裝置，直接影響測量機的精度，因而要求其具有較高的直線性精度。在三坐標測量機上使用的導軌有滑動導軌、滾動導軌和氣浮導軌，但常用的為滑動導軌和氣浮導軌，滾動導軌應用較少，因為滾動導軌的耐磨性較差，剛度也較滑動導軌低。在早期的三坐標測量機中，許多機型采用的是滑動導軌?；瑒訉к壘雀撸休d能力強，但摩擦阻力大，易磨損，低速運行時易產(chǎn)生爬行，也不易在高速下運行，有逐步被氣浮導軌取代的趨勢。目前，多數(shù)三坐標測量機已采用空氣靜壓導軌（又稱為氣浮導軌、氣墊導軌），它具有許多優(yōu)點，如制造簡單、精度高、摩擦力極小、工作平穩(wěn)等?！?br>
氣浮技術的發(fā)展使三坐標測量機在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生產(chǎn)廠在尋找高強度輕型材料作為導軌材料，有些生產(chǎn)廠已選用陶瓷或高膜量型的碳素纖維作為移動橋架和橫梁上運動部件的材料。另外，為了加速熱傳導，減少熱變形，ZEISS公司采用帶涂層的抗時效合金來制造導軌，使其時效變形極小且使其各部分的溫度更加趨于均勻一致，從而使整機的測量精度得到了提高，而對環(huán)境溫度的要求卻又可以放寬些?！ ?/span>
第三節(jié)三坐標測量機的測量系統(tǒng)
三坐標測量機的測量系統(tǒng)由標尺系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)構成，它們是三坐標測量機的關鍵組成部分，決定著CMM測量精度的高低。
