【正文】 第1章 緒論 三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和對測量方法的深入研究，在機(jī)電行業(yè)中人們對三維坐標(biāo)測量技術(shù)的要求也越來越高。物體的三維輪廓以及形位測量已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航海、航空航天、反求工程等領(lǐng)域。目前物體三維輪廓測量的主要方法有導(dǎo)軌式三坐標(biāo)機(jī)的高精度接觸測量、激光點(diǎn)掃描和激光線掃描式三坐標(biāo)輪廓測量、激光散斑物體輪廓高精度顯微全場測量。在這些諸多的測量方法中，激光散斑物體輪廓測量法測量精度最高，屬非接觸和全場測量，測量速度高，但其測量范圍小。此外，三坐標(biāo)機(jī)的測量精度高，已被廣泛采用。但它只能進(jìn)行接觸測量，并且測量速度很慢。目前，三坐標(biāo)機(jī)主要有兩種:導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量機(jī)和無導(dǎo)軌式三坐標(biāo)儀，無導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量儀在國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品問世。三坐標(biāo)測量機(jī)的多功能測量臺是一種高精度測量臺?？赏瑫r裝夾兩只測量表或傳感器對工件進(jìn)行多參數(shù)測量。三坐標(biāo)測量機(jī)廣泛的應(yīng)用于機(jī)械零件加工，模具制造等個方面。CLY系列單臂三為測量儀是一款具有較大測量范圍的高精度測量設(shè)備，在設(shè)計時充分考慮了使用者對沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測量要求。由于采用開放式測量，從而保證了在現(xiàn)場、在模具制造和仿型、在部件檢測和設(shè)計室里都可以方便的使用。特點(diǎn)： X軸移動方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測量。 配件萬向電子測頭，并通過各種測頭配件，既可以對遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測量 本測量儀具有方便的現(xiàn)場自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。CLY系列單臂三為測量儀是一款具有較大測量范圍的高精度測量設(shè)備，在設(shè)計時充分考慮了使用者對沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測量要求。由于采用開放式測量，從而保證了在現(xiàn)場、在模具制造和仿型、在部件檢測和設(shè)計室里都可以方便的使用。特點(diǎn)： X軸移動方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測量。 配件萬向電子測頭，并通過各種測頭配件，既可以對遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測量 本測量儀具有方便的現(xiàn)場自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。 采用智能數(shù)顯系統(tǒng)將原電器箱上各項(xiàng)功能都讓計算機(jī)來處理，摒棄了電器箱，只用一塊小的信號處理板對各路信號進(jìn)行處理以保證長線傳輸無誤。光柵和測頭信號由信號處理板處理后，經(jīng)通訊電纜傳輸至計算機(jī)內(nèi)安裝的一塊三軸正交記數(shù)卡，通過編制軟件對其進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)原電器箱的功能。智能數(shù)顯系統(tǒng)的開發(fā)，利用計算機(jī)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲和處理，空間精度修正不僅使車間裝調(diào)人員工作量降低，也使測量儀精度有了保障。采用高性能記數(shù)卡，減少硬件設(shè)備，降低了系統(tǒng)的故障發(fā)生率。該系統(tǒng)具有原電器箱幾乎所有功能，界面直觀，很多操作在面板上即可直接完成，菜單功能簡潔明了，用戶極易上手。一些關(guān)鍵性操作都給出了提示和警告，可以防止用戶在不太清楚的情況下誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。其選擇原則如下：合理的測量精度坐標(biāo)測量機(jī)是檢測工件尺寸與形位誤差的儀器，首要的是精度指標(biāo)應(yīng)滿足用戶要求。選用時，一般可根據(jù)被測工件要求的檢測精度與測量機(jī)給定的測量不確定度相對比，看測量機(jī)精度是否符合要求。精度比對不是一個簡單的比較過程。測量機(jī)的技術(shù)規(guī)范中一般只給出單軸測長和空間測長的兩個不確定度公式及重復(fù)精度值。但在具體測件時需要將被測參數(shù)的測量不確定度限制在一定范圍內(nèi)。一般測量時，要測量很多測點(diǎn)。在形位測量時，更有大量測點(diǎn)參與并帶來測量誤差，精確計算是很難的。因此從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，在一般測量中，測量不確定度應(yīng)為被測工件尺寸公差帶的1/5～1/3。例如某一被測箱體上二孔的孔距為500mm，公差帶為15um，則所選用的測量機(jī)在500mm長度上的測量不確定度應(yīng)不大于3um～5um。對于精密測量及復(fù)雜的形位測量要求還高，一般應(yīng)為被測尺寸公差帶的1/10～1/5。重要的是重復(fù)精度必須滿足要求，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差還可以通過一定方法補(bǔ)償，而重復(fù)精度應(yīng)由測量機(jī)本身保證。總之，用戶應(yīng)選用精度（包括重復(fù)精度）高一些的測量機(jī)。這不僅由于測量復(fù)雜件時，測點(diǎn)可能帶入的誤差比預(yù)想的要大（由于測頭測桿變化或加長會引入更大的誤差），而且測量機(jī)的精度會隨使用次數(shù)增多而有所下降。合乎要求的測量范圍測量范圍的選擇時選擇測量機(jī)時的最基本參數(shù)。因?yàn)樵跍y量范圍內(nèi)才能獲得精確的測量值，超出了范圍，測量就難于進(jìn)行。選擇測量范圍時，應(yīng)考慮以下幾個方面。（1）、工件的所需測量的部分，不一定是整個工件。如要測的部分集中在工件的某個局部，除了測量機(jī)的測量范圍能覆蓋被測參數(shù)之外，還要考慮整個工件能在測量機(jī)上安置，要求工件重量對測量精度不帶來顯著影響。為了把工件放入測量機(jī)中，應(yīng)根據(jù)工件大小選擇測量機(jī)。（2）、Z軸與Z向空間高度的關(guān)系。Z軸行程是Z軸的測量范圍，而Z向空間高度是工件能放得下的高度。（3）、接長桿的問題。有的測頭上有星形探針，這些探針在測量時往往要求超出工件的被測部分。一般工件尺寸為l時，要求測量范圍L=l+2C，C為探針的長度。因此測量范圍等于工件被測的最大尺寸再加上兩倍的探針長度。合適的測量機(jī)類型測量機(jī)按自動化程度分為手動（或機(jī)動）與CNC自控兩大類。選用時，應(yīng)根據(jù)檢測對象的批量大小、自動化程度、操作人員技術(shù)水平及資金投入大小去權(quán)衡。當(dāng)然CNC測量機(jī)水平高、測速快，但測量的準(zhǔn)備時間長、技術(shù)要求高、資金投入大。故應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益的角度進(jìn)行比較判定。一般說，對于中等尺寸的工件，多采用移動橋式；對于小型工件，多采用懸臂式、儀器臺式與移動橋式等；對于大型工件，則多采用龍門式；對于需回轉(zhuǎn)測量的工件，可選用帶分度臺的測量機(jī)。豐富的測量軟件對復(fù)雜的測量對象進(jìn)行測量，測量機(jī)應(yīng)有豐富的測量軟件支持，以完成測量任務(wù)。如缺少某些軟件，可根據(jù)被測對象向生產(chǎn)廠家索取。如果廠方提供了編程方法（多數(shù)廠家不提供），也可自行開發(fā)。符合要求的測量效率測量機(jī)運(yùn)行速度與采樣速度既是測量機(jī)效率高低的重要指標(biāo)，又與自動化生產(chǎn)的要求密切相關(guān)。用于生產(chǎn)線或柔性加工線上的測量機(jī)，檢測的時間必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。功能齊全的測量頭測量頭是測量機(jī)上重要的傳感器件。它不僅直接影響測量精度，而且是決定測量機(jī)功能和測量效率的重要因素。滿意的經(jīng)濟(jì)效益作為檢測儀器，測量機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益是投資購買的一項(xiàng)重要指標(biāo)。雖然它不像生產(chǎn)機(jī)床那樣便于計算，也不如機(jī)床那樣可以較快地收回成本并創(chuàng)造效益，但作為保證生產(chǎn)質(zhì)量的手段和環(huán)節(jié)，檢測儀器有著特殊的重要性。測量機(jī)的使用費(fèi)用，主要取決于測量機(jī)的折舊費(fèi)K、檢測人員的工資G、測量所用的時間T及輔助材料和設(shè)備等雜費(fèi)Q，即測量總費(fèi)用。M=T（K+G）+Q測量機(jī)效益的關(guān)鍵在于使用時間T。因此在考慮測量機(jī)資金的投入時，關(guān)鍵在于了解它的使用效率。如果使用效率高，則經(jīng)濟(jì)效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在當(dāng)?shù)亟鉀Q測量問題，則應(yīng)委托或協(xié)作檢測。只付檢測費(fèi)，比購置一臺測量機(jī)更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然有的場所，測量對象極為精密，不適宜搬動，有的系軍工保密件等，此時配置一臺坐標(biāo)測量機(jī)具有特殊性，也是必須的。 三坐標(biāo)測量機(jī)測量原理將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，可獲得被測物體上各測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和位置。導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量機(jī)(Coordinate Measuring Machine簡稱CMM)是近二十年來發(fā)展起來的一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合光柵與激光干涉、計算機(jī)、應(yīng)用電子等先進(jìn)技術(shù)的測量設(shè)備，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。其主要特征是具有X, Y, Z三個坐標(biāo)方向的導(dǎo)軌。目前，導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量機(jī)己被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、儀器制造、電子、汽車、計量中心、航空和航天等多個工業(yè)和研究行業(yè)，用來測量機(jī)械零件的幾何尺寸、相對位置和形位誤差，包括零件空間曲面、汽車白身、CAD/CAM等多項(xiàng)工作。導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量機(jī)己經(jīng)成為一種比較成熟的傳統(tǒng)測量設(shè)備，它經(jīng)歷了三代產(chǎn)品:第一代測量機(jī)由手動(或機(jī)動)測量，測量結(jié)果由人工處理，效率極低。第二代測量機(jī)在第一代測量機(jī)的基礎(chǔ)上，由微機(jī)處理測量結(jié)果，形成了微機(jī)化測量機(jī)。第三代測量機(jī)在第二代的基礎(chǔ)上，配備上相應(yīng)的程序控制和數(shù)據(jù)圖形化軟件處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全自動測量。其中，第三代是目前的主要產(chǎn)品。特別是近二十年來，隨著微機(jī)和光電技術(shù)的迅猛發(fā)展，三坐標(biāo)機(jī)已成為多個高科技領(lǐng)域諸多技術(shù)的融合產(chǎn)品，包括了微機(jī)、精儀、光電傳感、數(shù)據(jù)分析和人工智能等多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。CLY系列單臂三維測量儀產(chǎn)品信息產(chǎn)品說明： CLY系列單臂三為測量儀是一款具有較大測量范圍的高精度測量設(shè)備，在設(shè)計時充分考慮了使用者對沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測量要求。由于采用開放式測量，從而保證了在現(xiàn)場、在模具制造和仿型、在部件檢測和設(shè)計室里都可以方便的使用。圖11CLY單臂三坐標(biāo)測量機(jī)在Y、Z方向，其整機(jī)測量范圍在1500mm x 2600mm以內(nèi)、X向測量范圍最小為2000mm、并以500mm為間距遞增的整體式測量機(jī)，采用整體式機(jī)械結(jié)構(gòu)，測量機(jī)的工作平面通過地腳螺銓固定在地基上，其工作臺表面略高于地表，或是安裝為與地表齊平，便于大型工件的裝卸。 這種類型的測量機(jī)的Y向測量范圍有兩種，1200mm 和 1500mm，其Z向測量范圍最小為1500mm，最大可以達(dá)到2600mm，X向測量范圍最小為2000mm，可以按用戶要求以500mm的長度適量增大。 大中型整體式單臂三坐標(biāo)測量機(jī)比較適宜對一般大型非對稱工件的測量檢測與劃線操作。 測量機(jī)可以根據(jù)使用要求，選配WINCOM測量軟件或XDmis測量軟件。如果被測工件為一般機(jī)加工件，測量要求為一般性的尺寸檢測，可以選用WINCOM測量軟件。如果檢測任務(wù)大部份需要與CAD數(shù)據(jù)協(xié)同比對檢測，建議選擇XDMIS測量軟件。 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成： 1， 主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z三軸或其它）； 2， 測頭系統(tǒng)； 3， 電氣控制硬件系統(tǒng)； 4， 數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（測量軟件）；： 1）采用花崗石為工作臺，其工作面平面度精度高，且穩(wěn)定性好，受環(huán)境溫度影響小。 2）立柱采用不銹鋼材料，可防銹，抗腐蝕。 3）采用精密微分頭作微調(diào)裝置。 4）回轉(zhuǎn)支桿(附件另配)可提供裝夾第二只測量表（或測量傳感器），從而可擴(kuò)大本產(chǎn)品的使用功能。5）X軸移動方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測量。 6）配件萬向電子測頭，并通過各種測頭配件，既可以對遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測量7）本測量儀具有方便的現(xiàn)場自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。 設(shè)計要求在繪制產(chǎn)品總裝圖和部件裝配圖時要注意設(shè)計的科學(xué)性和條理性。設(shè)計一個部件，其過程大致如下：首先，確定末端執(zhí)行件的概略形狀尺寸，然后，設(shè)計末端執(zhí)行件與其相臨的下一個功能部件的結(jié)合的形式與概率尺寸。若為運(yùn)動導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一測相當(dāng)于滑臺，相臨部件一測相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計結(jié)果和該運(yùn)動的行程，直到基礎(chǔ)支撐件。在設(shè)計中，處處從實(shí)際出發(fā)分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實(shí)際是指對工藝可能性的分析，在參數(shù)擬訂和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和可能趨勢，更應(yīng)了解我國的實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計的機(jī)器能發(fā)揮最佳的效果。從小處講，指對設(shè)計的機(jī)械零部件的制造工藝、裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的切實(shí)際的考慮和分析。學(xué)會使用設(shè)計手冊，對推薦的設(shè)計數(shù)據(jù)和各類標(biāo)準(zhǔn)要結(jié)合實(shí)際情況取舍。通過設(shè)計實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計方法。第2章 三坐標(biāo)測量機(jī)總體設(shè)計方案 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容設(shè)計任務(wù)定位三坐標(biāo)測量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中機(jī)械部分的設(shè)計工作臺包括縱向、橫向和Z軸的運(yùn)動，工作臺承擔(dān)運(yùn)動功能。其次是夾具體的設(shè)計，包括手柄、浮動滑塊的設(shè)計， 夾具承擔(dān)的是定位夾緊的作用。 總體設(shè)計方案擬訂 方案擬訂為測量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計其中主要是測量機(jī)的傳動系統(tǒng)：工作臺的橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)，Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)，工作臺上面疊加一個可拆卸的夾具體，可拆卸夾具具有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一，使用時夾具可固定在工作臺上，不用時，即可拆下。 三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計 三坐標(biāo)測量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計可歸類于機(jī)械制造裝備設(shè)計，可分為創(chuàng)新設(shè)計、變形設(shè)計、和組合設(shè)計三大類型，設(shè)計的過程隨設(shè)計類型而不同，其中創(chuàng)新設(shè)計的過程最典型，可分為產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計四個階段。產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計任務(wù)，通常應(yīng)在市場調(diào)查與預(yù)測的基礎(chǔ)上識別產(chǎn)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計技術(shù)任務(wù)書。 初步設(shè)計方案具體化，技術(shù)設(shè)計階段是將方案設(shè)計階段擬訂的初步設(shè)計方案具體化，確定結(jié)構(gòu)原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇較優(yōu)的設(shè)計方案。1）確定結(jié)構(gòu)原理放案根據(jù)初步設(shè)計方案，再充分理解原理的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)原理方案。其中包括決定尺寸的依據(jù)，如功率、流量和聯(lián)系尺寸等；決定布局的依據(jù)等，決定和限制結(jié)構(gòu)設(shè)計的空間條件。在上述的依據(jù)約束下，對主要功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）總體設(shè)計總體設(shè)計階段的任務(wù)是將結(jié)構(gòu)原理方案進(jìn)一步具體化?？傮w設(shè)計的內(nèi)容大致包括主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、總體布局、系統(tǒng)原理圖、其它。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的主要任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)原理方案結(jié)構(gòu)化，繪制產(chǎn)品總裝圖；提出初步的零件表及裝配說明書。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，充分考慮人機(jī)工程、外觀造型、結(jié)構(gòu)可靠和耐用性、加工和裝配工藝性等。三坐標(biāo)測量機(jī)常見的是三個直線運(yùn)動坐標(biāo)（沿X、Y、Z）和夾具體的裝配設(shè)計。 三坐標(biāo)測量機(jī)電路部分設(shè)計 三坐標(biāo)測量系