三坐标测量机全过程解析
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➢ 数显及打字型 ➢ 带有小型电子计算机进
行数据处理 ➢ 计算机数字控制
10
二、三坐标测量机结构类型
悬臂式 桥式 龙门式 镗床式
11
二、三坐标测量机结构类型
龙门式
桥式
12
二、三坐标测量机结构类型
悬臂式
13
二、三坐标测量机结构类型
双悬臂式
14
三、 三坐标测量机的组成
基础平台 机架系统 运动支承 驱动系统 测量系统 测头系统 控制系统 软件系统
15
(1) 坐标测量机基础平台
花岗岩台面
基础刚性 支承精度 热稳定性 零件安装
16
(2) 坐标测量机的机架
全对称三角形横梁结构
支架刚性 轻量化 热稳定性
17
(3) 气浮运动支承
气浮支承系统布局
支承刚性 摩擦力最小 精度保持性好
18
运动支承导轨
19
(4) 测量系统
1、机械式测量系统 精密丝杠加微分鼓轮式 精密齿条及齿轮式 滚轮直尺式
LSP X3 最大加长杆长度：
360 mm
LSP X5
LSP S2/S4
最大加长杆长度： 最大加长杆长度：
500 mm
600 - 800 mm
24
非接触式与控制回转测头系统
非接触传感器 连续伺服关节
CMM-V CCD照相
G-SCAN 线激光测头
G-Tube
非接触管件测 头
T-Scan 便携式扫描头
测量坐标建立方法
确定尺寸投影平面(3点)
3
2
确定尺寸投影方向(2点)
2
3
定义尺寸计算起点(1点)
1
34
二、常规几何元素测点推荐
35
三、被测零件的定位
传统测量方法
数字测量方法
零件方位精确调整
零件方位数字对准 (测量坐标系)
基准源于测量工具
基准源于测量工具和 数字模型
零件无需精确放置
36
四、被测零件的装夹
3. 对测量结果输出的要求：包括测量结果输出的格式与内容
39
坐标测量机应用步骤
4. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定零件的装夹 方式，并设计相应的测量夹具
5. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定测量座标系 的建立方式
6. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定探针的组合 方式
7. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定整个测量工 序、测量机运行的路径以及测量结果计算方法
第七章 三坐标测量机
基本原理与作用 三坐标测量机的类型和组成 三坐标机测量过程与应用
1
7.1 基本原理与作用 一、数字测量的需求与应用
现代制造发展的需求 质量过程控制的需求
适用于测量箱体零件的孔
距和面距、模具、精密铸
件、电子线路板、汽车外
壳、凸轮、飞机型体等带
有空间曲面的工件
2
二、三维数字测量机历史
8. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定被测零件名 义值的输入情况，特别是在有复杂的曲面曲线形状的测量 中，往往还需输入CAD模型，以此作为测量的名义值
40
六、 测量机使用中需注意的问题
1. 测量要求的明确，测量方法、数据处理方法的沟通与确认 2. 零件测量工艺的制订及相关规范的建立 3. 确认测量坐标系的建立方法，并验证所建坐标系的准确性 4. 注意探针组合的标定误差 5. 确认零件安装的稳定性，以及零件加工工艺的影响 6. 确认具体采点方法与密度，特别是具体取点的方法及零件状况 7. 逐步确认所测几何元素的精度状态（多次测量、直观数据） 8. 注意使用重复测量验证测量结果的稳定性 9. 注意测量结果计算的条件 10. 注意结果输出的方式方法（信息集成与管理）
非接触式
接触式
光学式
非光学式
触发式
连续式
三 角 形 法
结 构 光 法
激 光 干 涉
计 算 机 视 觉
法法
测 量 法
CT
核 磁
层
超
共
声
振 测
析
波
量法法
法
23
ห้องสมุดไป่ตู้
接触式测头系统
点到点测头 高精度扫描测头
Tesastar 手动旋转
Tesastar I 手动分度
Tesastar M 自动分度
T-Probe 轻便型测头
世界上第一台三坐标测量机
（英国Ferranti公司1956）
3
三、几何量的数字化表示
Y轴 B轴
Z轴
C轴 轴
( X, Y, Z, I , J, K)
β
γ
X轴
α
A轴 “0”
4
四、几何量数字测量的基本原理
运动轴系 探测系统 检测定义 计算分析 测量评价
5
三维数字测量的原理
通过探测传感器（测头）与测量空间 轴线运动的配合，对被测几何元素进行离 散的空间点坐标的获取，然后通过相应的 数学计算定义，完成对所测得点（点群） 的拟合计算，还原出被测的几何元素，并 在此基础上进行其与理论值（名义值）之 间的偏差计算与后续评估，从而完成对被 测零件的检验工作。
零件方位合理 零件装夹合理 零件装夹一致性 检测评价工况保障
37
五、坐标测量机应用过程
测量名义 数据准备 坐标测量机
被测零件几何要求
要求分析与控制转换
测量评价方法
测量工艺过程确定
探针组合 设计
具体测量 工艺
辅助装夹 系统
坐标测量程序编制
测量程序调试
实际测量过程
测量数据处理
测量结果输出
测量结果 输出格式
38
被测零件测量要求分析内容
对被测零件进行测量要求的分析是三座标测量机应用中 的一个最基本的环节，对被测零件测量要求的分析主要包括 以下几个方面的内容：
1. 零件中所需测量的内容：包括数据采集的位置、被测几何 元素的内容等
2. 对测量数据处理的要求：包括尺寸的换算、被测几何元素 的相互关系计算、几何元素的尺寸与位置公差计算等
2、电气式测量系统 感应同步器式 磁栅式 编码器
3、光学式测量系统
20
(4) 测量系统
3、光学式测量系统 一般采用数字式连续位移系统
光学读数刻度尺式 光电显微镜和金属刻尺式 光栅测量系统 光学编码式 激光干涉式
21
(5) 测头系统
测量传感器 探针系统 探针标定
22
探测方法类型
表测面头数探字测化方方法法
CW 43L 最大测头加长长度：570 mm
25
1）触发式测头系统
RENISHAW电阻型触发式探头
26
2）固定式测头系统
测量精度高 探针组合大 角度固定
27
2）固定式测头系统
28
3） 回转式测头系统
测量方便 探针组合有限制 探针长度有限制 存在步距角
29
3） 回转式测头系统
RENISHAW 回转测头
30
3） 回转式测头系统
RENISHAW 连续回转扫描测头
31
(6) 坐标测量机控制系统框架
32
7.3 三坐标机测量过程与应用
测量坐标系的建立 常规几何元素测点推荐 被测零件的定位 被测零件的装夹 坐标测量机应用过程 测量机使用中需注意的问题 应用实例
33
一、测量坐标系的建立
1
6
坐标测量的特点
测量精度高 工作适应性强 测量结果一致性好 一次装夹完成尽可能多 的复杂测量 完成人工无法胜任的测 量工作
7
五、几何量数字测量的特点
基于计算机的数字控制与测量 基于软件功能的广泛适应性 基于精密机电技术的测量精度
8
六、几何量数字测量的功能
9
7.2 三坐标测量机的类型和组成 一、三坐标测量的类型
行数据处理 ➢ 计算机数字控制
10
二、三坐标测量机结构类型
悬臂式 桥式 龙门式 镗床式
11
二、三坐标测量机结构类型
龙门式
桥式
12
二、三坐标测量机结构类型
悬臂式
13
二、三坐标测量机结构类型
双悬臂式
14
三、 三坐标测量机的组成
基础平台 机架系统 运动支承 驱动系统 测量系统 测头系统 控制系统 软件系统
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(1) 坐标测量机基础平台
花岗岩台面
基础刚性 支承精度 热稳定性 零件安装
16
(2) 坐标测量机的机架
全对称三角形横梁结构
支架刚性 轻量化 热稳定性
17
(3) 气浮运动支承
气浮支承系统布局
支承刚性 摩擦力最小 精度保持性好
18
运动支承导轨
19
(4) 测量系统
1、机械式测量系统 精密丝杠加微分鼓轮式 精密齿条及齿轮式 滚轮直尺式
LSP X3 最大加长杆长度：
360 mm
LSP X5
LSP S2/S4
最大加长杆长度： 最大加长杆长度：
500 mm
600 - 800 mm
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非接触式与控制回转测头系统
非接触传感器 连续伺服关节
CMM-V CCD照相
G-SCAN 线激光测头
G-Tube
非接触管件测 头
T-Scan 便携式扫描头
测量坐标建立方法
确定尺寸投影平面(3点)
3
2
确定尺寸投影方向(2点)
2
3
定义尺寸计算起点(1点)
1
34
二、常规几何元素测点推荐
35
三、被测零件的定位
传统测量方法
数字测量方法
零件方位精确调整
零件方位数字对准 (测量坐标系)
基准源于测量工具
基准源于测量工具和 数字模型
零件无需精确放置
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四、被测零件的装夹
3. 对测量结果输出的要求：包括测量结果输出的格式与内容
39
坐标测量机应用步骤
4. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定零件的装夹 方式，并设计相应的测量夹具
5. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定测量座标系 的建立方式
6. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定探针的组合 方式
7. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定整个测量工 序、测量机运行的路径以及测量结果计算方法
第七章 三坐标测量机
基本原理与作用 三坐标测量机的类型和组成 三坐标机测量过程与应用
1
7.1 基本原理与作用 一、数字测量的需求与应用
现代制造发展的需求 质量过程控制的需求
适用于测量箱体零件的孔
距和面距、模具、精密铸
件、电子线路板、汽车外
壳、凸轮、飞机型体等带
有空间曲面的工件
2
二、三维数字测量机历史
8. 根据被测零件的实际形状以及测量要求，确定被测零件名 义值的输入情况，特别是在有复杂的曲面曲线形状的测量 中，往往还需输入CAD模型，以此作为测量的名义值
40
六、 测量机使用中需注意的问题
1. 测量要求的明确，测量方法、数据处理方法的沟通与确认 2. 零件测量工艺的制订及相关规范的建立 3. 确认测量坐标系的建立方法，并验证所建坐标系的准确性 4. 注意探针组合的标定误差 5. 确认零件安装的稳定性，以及零件加工工艺的影响 6. 确认具体采点方法与密度，特别是具体取点的方法及零件状况 7. 逐步确认所测几何元素的精度状态（多次测量、直观数据） 8. 注意使用重复测量验证测量结果的稳定性 9. 注意测量结果计算的条件 10. 注意结果输出的方式方法（信息集成与管理）
非接触式
接触式
光学式
非光学式
触发式
连续式
三 角 形 法
结 构 光 法
激 光 干 涉
计 算 机 视 觉
法法
测 量 法
CT
核 磁
层
超
共
声
振 测
析
波
量法法
法
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ห้องสมุดไป่ตู้
接触式测头系统
点到点测头 高精度扫描测头
Tesastar 手动旋转
Tesastar I 手动分度
Tesastar M 自动分度
T-Probe 轻便型测头
世界上第一台三坐标测量机
（英国Ferranti公司1956）
3
三、几何量的数字化表示
Y轴 B轴
Z轴
C轴 轴
( X, Y, Z, I , J, K)
β
γ
X轴
α
A轴 “0”
4
四、几何量数字测量的基本原理
运动轴系 探测系统 检测定义 计算分析 测量评价
5
三维数字测量的原理
通过探测传感器（测头）与测量空间 轴线运动的配合，对被测几何元素进行离 散的空间点坐标的获取，然后通过相应的 数学计算定义，完成对所测得点（点群） 的拟合计算，还原出被测的几何元素，并 在此基础上进行其与理论值（名义值）之 间的偏差计算与后续评估，从而完成对被 测零件的检验工作。
零件方位合理 零件装夹合理 零件装夹一致性 检测评价工况保障
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五、坐标测量机应用过程
测量名义 数据准备 坐标测量机
被测零件几何要求
要求分析与控制转换
测量评价方法
测量工艺过程确定
探针组合 设计
具体测量 工艺
辅助装夹 系统
坐标测量程序编制
测量程序调试
实际测量过程
测量数据处理
测量结果输出
测量结果 输出格式
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被测零件测量要求分析内容
对被测零件进行测量要求的分析是三座标测量机应用中 的一个最基本的环节，对被测零件测量要求的分析主要包括 以下几个方面的内容：
1. 零件中所需测量的内容：包括数据采集的位置、被测几何 元素的内容等
2. 对测量数据处理的要求：包括尺寸的换算、被测几何元素 的相互关系计算、几何元素的尺寸与位置公差计算等
2、电气式测量系统 感应同步器式 磁栅式 编码器
3、光学式测量系统
20
(4) 测量系统
3、光学式测量系统 一般采用数字式连续位移系统
光学读数刻度尺式 光电显微镜和金属刻尺式 光栅测量系统 光学编码式 激光干涉式
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(5) 测头系统
测量传感器 探针系统 探针标定
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探测方法类型
表测面头数探字测化方方法法
CW 43L 最大测头加长长度：570 mm
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1）触发式测头系统
RENISHAW电阻型触发式探头
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2）固定式测头系统
测量精度高 探针组合大 角度固定
27
2）固定式测头系统
28
3） 回转式测头系统
测量方便 探针组合有限制 探针长度有限制 存在步距角
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3） 回转式测头系统
RENISHAW 回转测头
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3） 回转式测头系统
RENISHAW 连续回转扫描测头
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(6) 坐标测量机控制系统框架
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7.3 三坐标机测量过程与应用
测量坐标系的建立 常规几何元素测点推荐 被测零件的定位 被测零件的装夹 坐标测量机应用过程 测量机使用中需注意的问题 应用实例
33
一、测量坐标系的建立
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坐标测量的特点
测量精度高 工作适应性强 测量结果一致性好 一次装夹完成尽可能多 的复杂测量 完成人工无法胜任的测 量工作
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五、几何量数字测量的特点
基于计算机的数字控制与测量 基于软件功能的广泛适应性 基于精密机电技术的测量精度
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六、几何量数字测量的功能
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7.2 三坐标测量机的类型和组成 一、三坐标测量的类型