【文章內(nèi)容簡介】 三代是從 20 世紀(jì) 90 年代開始，一點(diǎn)都不夸張地說，這次的變化非常的巨大，第三代的測量機(jī)以 CAD 技術(shù)嵌入測量軟件為標(biāo)志。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 第 2 章 三坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)造及其工作原理 三坐標(biāo)測量機(jī) 三坐標(biāo)測量是三維度，在一個正方體的空間范圍，可以顯示幾何，長度和圓周分度測量儀器。三坐標(biāo)測量儀可以被定義為“一臺可以三個方向運(yùn)動的測量 儀器，可以在 X、 Y、 Z 三個垂直的方向上運(yùn)動，檢測器是通過接觸或非接觸式的信號傳輸，三個軸測量系統(tǒng)的移動，采集數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器計(jì)算出零件的點(diǎn)的坐標(biāo)（ X，Y， Z）以及擬合幾何形狀” [10]。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量功能，應(yīng)包括位置精度、幾何精度、形狀精度和尺寸等 [11]。 三坐標(biāo)按照結(jié)構(gòu) 的 不同可分為懸臂式、橋式、關(guān)節(jié)臂式、龍門式等。橋式三坐標(biāo) 測量儀 是小型 測量 機(jī)中常見的類型， 橋式 又 可以 分為固定橋式三坐標(biāo) 測量儀和移動橋式三坐標(biāo) 測量儀。限于本文篇幅，下面只說明橋式三坐標(biāo)測量機(jī)。 一、移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)是一種 應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式 。 它主要分為四個部分：工作臺固定，沿臺沿 X 方向橋架，滑架沿 Y 方向的軌道梁，主軸可沿 Z軸方向移動，被測零件放在工作臺固定不動，測頭安裝在 Z 軸上。 移動橋式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，剛性好，具有比較大的的空間。零件件固定安裝在工作臺上，不影響零件測量質(zhì)量的動態(tài)性能。小型測量機(jī)，不管是手動或數(shù)控，基本上都采用這種結(jié)構(gòu)。 二、 固定橋式與移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)的 不同之處有 ：橋框是固定的，它與基座 直接 鏈接；而工作臺可沿著基座的導(dǎo)軌移動。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是： X 的反 向 標(biāo)尺 和 驅(qū)動 設(shè)備安裝 在工作臺下 面的 中 間位置 ， Y 方 向 α 臂 較小 ；從中間 移動，繞 Z 軸 橫擺量 ??；測量幾點(diǎn) 的 結(jié)構(gòu)剛 度大 ， 測量結(jié)果的精度高 。 三坐標(biāo)測量機(jī)的構(gòu)造 三坐標(biāo)測量機(jī)有不同的種類，不同形式，性能各異，被測物體放的環(huán)境條件是不一樣的，一般由某些特定功能的部分組合起來大的 [12]。作為一種高精度的測量設(shè)備，三坐標(biāo)測量技術(shù)主要將測量值與理論值進(jìn)行對比，并將差值結(jié)果用數(shù)值的方式表示出來。三坐標(biāo)測量機(jī)需要 3 個標(biāo)準(zhǔn)方向，以相應(yīng)方向上的運(yùn)動軌道來實(shí)現(xiàn)，還需要測頭對零件進(jìn)行探測，除此之外，測量機(jī)的計(jì)算機(jī)和電氣控制系統(tǒng)可以處理數(shù)據(jù)和自動檢測 等功能 [13]。三坐標(biāo)測量機(jī)主要由三部分組成，電氣系統(tǒng)、測頭、主機(jī)，主機(jī)結(jié)構(gòu)分為 (圖 )： 框架； 標(biāo)尺系統(tǒng)； 導(dǎo)軌； 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 驅(qū)動裝置； 轉(zhuǎn)臺與附件。 圖 現(xiàn)代三坐 標(biāo)測量機(jī) 三坐標(biāo)機(jī)的測頭是測量傳感器，它在三個方向的感觸信號和微小的位移，以實(shí)現(xiàn)掃描和微測功能 [14]。測針主要由測頭寶石，電氣測座，信號傳感器等組成，測頭主要有接觸式的和非接觸式的。根據(jù)輸出信號的不同，有觸發(fā)式測頭、瞄準(zhǔn)式測頭和微側(cè)頭。電氣系統(tǒng)包括： 電氣控制系統(tǒng)是測量 機(jī)的重要組成部分。它能夠單軸或多軸聯(lián)動控制，拓展設(shè)備控制、通信控制、保護(hù)邏輯控制等。 計(jì)算機(jī)部分，三坐標(biāo)測量機(jī)一般用專用的計(jì)算機(jī)控制，一般的 PC 機(jī)。 測量機(jī)軟件，主要有控制和數(shù)據(jù)處理軟件。利用軟件進(jìn)行測頭校驗(yàn)和測頭的方向的轉(zhuǎn)換，生成檢測模型，測量路徑，它可以用來測量基本的幾何元素及其相互關(guān)系，形位誤差測量。 繪圖打印與設(shè)備為檢測結(jié)果的輸出設(shè)備，該設(shè)備可根據(jù)測量的條件，將數(shù)據(jù)打印出來，表格，可以以圖形的方式繪制。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 圖 三坐標(biāo)測量頭 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量原理 測 量機(jī)的測量原理“是三維空間的有效范圍內(nèi)，根據(jù)探測系統(tǒng)對工件進(jìn)行檢測，通過軟件系統(tǒng)返回工件表面點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（如 AC— DMIS）計(jì)算各種幾何尺寸”。 三坐標(biāo)測量機(jī)測量的工件時，測針會遇到各種不同的形狀。但是任何形狀是由空間的點(diǎn)組合而成的，都可以歸因于空間點(diǎn)的測量，因此精確的坐標(biāo)空間中的點(diǎn)的采集，是任何幾何外形評估的基礎(chǔ)。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量原理是測量空間允許范圍內(nèi)的零件，在工件的表面點(diǎn)的位置準(zhǔn)確測出空間坐標(biāo)的數(shù)值的，將點(diǎn)的坐標(biāo)值，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算，擬合形式幾何元素，如球形、圓形、曲面、圓柱形和圓錐 形。通過計(jì)算機(jī)計(jì)算的方法算出測得的位置公差、形狀和其他幾何數(shù)據(jù)[15]。 介紹從以上可以看出，三坐標(biāo)測量機(jī)的基本操作是測量的“點(diǎn)”，測量點(diǎn)的基本過程如下（圖 ）。 在 三維空間 ，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法， 計(jì)算 每一個點(diǎn)的 坐標(biāo)值， 多點(diǎn)可以 擬合成 幾何元素，如：圓錐 、 圓 、 面 、 線 、 圓柱 等 。利用特征的幾何元素，如：圓的 半徑 徑 、中心點(diǎn) 、面的法線、圓心、圓柱 的軸線 、 錐頂點(diǎn)可計(jì)算 出 幾何元素間的 尺寸 和位置關(guān)系， 還可以進(jìn)行公 差的評價 。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 圖 測量點(diǎn)操作過程 三坐標(biāo)測量機(jī)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 三坐標(biāo)測量機(jī)在汽車生產(chǎn)制造過程中不可或缺。高質(zhì)量的產(chǎn)品，從根本上是在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)的，而不是依靠檢驗(yàn)來保證的。生產(chǎn)制造的質(zhì)量目標(biāo)是保證生產(chǎn)的零件符合設(shè)計(jì)的要求。從而不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。對于大批量生產(chǎn)汽車零件的企業(yè)特別要重視過程控制，準(zhǔn)確的測量零件的尺寸是過程控制的核心。 汽車零部件檢測 汽車上的零件有很多種 ，有些對精度要求并不高，而有些對零件的精度要求非常高，比如殼體類的零件，外形的尺寸允許有較大的偏差，對于發(fā)動機(jī)氣門組，活塞組等零件的加工要求就非常的高，普通的測量方法不能準(zhǔn)確的測量其實(shí)際尺寸，那就沒法與理論值進(jìn)行對比，因此需要用到高精度的測量設(shè)備，檢驗(yàn)生產(chǎn)的零件是否符合要求，及時的反饋信息，調(diào)整加工 [16]。 三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測精度足以滿足其測量要求，因此使用該設(shè)應(yīng)用了生產(chǎn)線上實(shí)時的進(jìn)行監(jiān)控，保證產(chǎn)出的零件符合要求。由于整車上的零件數(shù)以萬計(jì)，在專門的產(chǎn)線上配備專用三坐標(biāo)測量機(jī)，有些機(jī)床加工零件比較穩(wěn)定，基本 不受認(rèn)為因素的影響，可以采取抽樣的方法檢測，而有些零件受認(rèn)為的因素較大，這時需要采取全檢的方法進(jìn)行。 汽車零部件的生產(chǎn)，已經(jīng)離不開三坐標(biāo)測量機(jī)的監(jiān)控與反饋，其測量的容有很多，功能非常強(qiáng)大，比如：位置關(guān)系、同心度、同軸度、垂直度、平行度等。以此來保證生產(chǎn)的零件符合要求，及時剔除偏差較大零件，為整車裝配以后的性能提供基礎(chǔ)。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 車身外形檢測 在 制造 加工過程中 ， 車身裝配 存在較大的 誤差， 這是由許多 因素的影響， 主要是生產(chǎn)者自身的技術(shù)水平的影響和和其他的一些客觀因素 ， 比如設(shè)備的老舊，檢測的精度不夠高。 車身大多為鈑金件，而鈑金的剛度較差 ， 很容易受到外界微小的應(yīng)力而產(chǎn)生變形 ， 在生產(chǎn)的過程中磕磕碰碰，車身可能就開始出現(xiàn)了扭曲變形，因此我們要使用高精度設(shè)備檢測其質(zhì)量的好壞。 車身裝配是 有 許多的加工裝配系統(tǒng)，很難保證 裝配過程中產(chǎn)生的偏差 。 小結(jié) 本章我們主要介紹了三坐標(biāo)測量機(jī)的構(gòu)造，在這里主要說明了移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)。分析了三坐標(biāo)測量機(jī)的構(gòu)造及其工作原理，以及在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。由于三座標(biāo)測量機(jī)的測量精度非常的高，一些普通的零件并不需要用這么高精度的儀器測量 ，因此三坐標(biāo)測量技術(shù)主要針對精密零件的檢測。三座標(biāo)測量技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，對汽車外型鈑金件的檢測和評價。 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 第 3 章 三坐標(biāo)測量機(jī)的操作 測量機(jī)的工作環(huán)境 三坐標(biāo)測量機(jī) 的測量精度高達(dá) 24um，其工作期間的外部環(huán)境對測量精度有非常大的影響，因此需要在符合要求的環(huán)境下工作，主要控制的環(huán)境因素有：環(huán)境溫度、濕度、供氣壓力和供氣質(zhì)量。標(biāo)測量機(jī)工作環(huán)境要求為（ 表 ） ： 表 三坐標(biāo)測量機(jī)工作環(huán)境 工作溫度不符合要求時，可能會出現(xiàn)的問題，測量精度會有所下降。環(huán)境溫度過高或者過低，造成測量誤差較大，溫度梯度不符合要求時，測量結(jié)果也會不準(zhǔn)確。解決方案：關(guān)閉門窗，打開空調(diào)，保持環(huán)境溫度的恒定，然后開始進(jìn)行測量操作。 濕度不符合測量要求時，會出現(xiàn)的問題，測量時的濕度應(yīng)該在 45%— 60%的范圍內(nèi)， 濕度過小很可能會產(chǎn)生靜電。解決方案，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置空氣加濕器，放點(diǎn)綠色盆栽；濕度過大可能會造成測量機(jī)的零部件銹蝕，影響以后測量的精度，嚴(yán)重的情況下可能影響設(shè)備的工作壽命。 三坐標(biāo)測量機(jī)安裝時帶有配套的空氣過濾器，能夠?qū)⒖諝庵械挠退蛛x，還應(yīng)在前面加裝過濾設(shè)備，保證供給測量機(jī)的空氣不含有油，不含有水和其他的雜序號 項(xiàng)目 技術(shù)要求 是否 滿足 1 工作溫度 20177。 2℃ 2 測定溫度要求 20177。 1℃ 3 溫度梯度 ≤ 1℃ /h ≤ 2℃ /24h ≤ 1℃ /m 4 濕度要求 相對濕度 45%60% 氣源濕度 15% 5 振動要求 振動頻率≤ 10Hz 時，振幅≤ 1μ m 10Hz振動頻率≤ 30Hz 時，振幅≤ m 振動頻率 30Hz 時，振幅≤ 3μ m 6 清潔度要求 潔凈、無塵 7 供氣流量 160L/min 8 機(jī)供氣壓力 610bar 9 機(jī)氣源質(zhì)量 固體顆粒：直徑≤ 15μ m，濃度≤ 10mg/ m3； 含油量： 5mg/ m3；含水量： 6g/ m3； 10 電源要求 AC220V， 50Hz， 1KVA 11 接地線要求 具備獨(dú)立可靠的接地系統(tǒng) ,接地電阻小于 4Ω 江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 質(zhì)，使得氣源符合三坐標(biāo)測量