三坐標測量機行業概述

　　一、三坐標測量機行業定義

　　三坐標測量機（Coordinate Measuring Machine， CMM） 是指在一個六面體的空間範圍內，能夠表現幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，又稱為三坐標測量儀或三次元。

　　三坐標測量機的幾何量測量是以點的坐標位置為基礎的，它分為一維、二維和三維測量。坐標測量機是一種幾何量測量儀器，它的基本原理是將被測零件放入它容許的測量空間，精密地測出被測零件在X、Y、Z三個坐標位置的數值，根據這些點的數值經過計算機數據處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經過數學計算得出形狀、位置公差及其他幾何量數據。

　　三坐標測量機是精密的測量儀器，它集機、光、電等於一體。隨著電子技術、計算機技術的發展，三坐標測量機由手動數顯逐步發展到目前的CNC控制的高級階段。測量機機械結構最初是在精密工具機基礎上發展起來的。如美國Moore公司的測量機就是由坐標鏜床——坐標磨——坐標測量機逐步發展起來的，又如瑞士的SIP公司的測量機就是在大型萬能工具顯微鏡——光學三坐標測量儀基礎上逐步發展起來的。這些測量機的結構都沒有脫離精密工具機及傳統精密測試儀器的結構。

　　二、三坐標測量機行業發展歷程

　　三、三坐標測量機行業分類情況

　　（一）按三坐標測量機的技術水平分類

　　1．數字顯示及列印型：這類CMM主要用於幾何尺寸測量，可顯示並列印出測得點的坐標數據，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，目前已基本被陶汰。

　　2．帶有計算機進行數據處理型：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據，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、偏差值計算等數據處理工作。

　　3．計算機數字控制型：這類CMM技術水平較高，可像數控工具機一樣，按照編制好的程序自動測量。

　　（二）按三坐標測量機的測量範圍分類

　　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）上的測量範圍小於500mm，主要用於小型精密模具、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範圍為500～2000mm，是應用最多的機型，主要用於箱體、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範圍大於2000mm，主要用於汽車與發動機外殼、航空發動機葉片等大型零件的測量。

　　（三）按三坐標測量機的精度分類

　　1．精密型CMM 其單軸最大測量不確定度小於1×10－6L（L為最大量程，單位為mm），空間最大測量不確定度小於（2～3）×10－6L，一般放在具有恆溫條件的計量室內，用於精密測量。

　　2．中、低精度CMM 低精度CMM的單軸最大測量不確定度大體在1×10－4L左右，空間最大測量不確定度為（2～3）×10－4L，中等精度CMM的單軸最大測量不確定度約為1×10－5L，空間最大測量不確定度為（2～3）×10－5L。這類CMM一般放在生產車間內，用於生產過程檢測。

　　（四）按三坐標測量機的結構形式分類

　　按照結構形式，三坐標測量機可分為移動橋式、固定橋式、龍門式、懸臂式、立柱式等。

　　1.移動橋式結構，它是目前應用最廣泛的一種結構形式，其結構簡單，敞開性好，工件安裝在固定工作檯上，承載能力強。但這種結構的X向驅動位於橋框一側，橋框移動時易產生繞Z軸偏擺，而該結構的X向標尺也位於橋框一側，在Y向存在較大的阿貝臂，這種偏擺會引起較大的阿貝誤差，因而該結構主要用於中等精度的中小機型。

　　2.固定橋式結構，其橋框固定不動，X向標尺和驅動機構可安裝在工作檯下方中部，阿貝臂及工作檯繞Z軸偏擺小，其主要部件的運動穩定性好，運動誤差小，適用於高精度測量，但工作檯負載能力小，結構敞開性不好，主要用於高精度的中小機型。

　　3.龍門式結構，它與移動橋式結構的主要區別是它的移動部分只是橫樑，移動部分質量小，整個結構剛性好，三個坐標測量範圍較大時也可保證測量精度，適用於大機型，缺點是立柱限制了工件裝卸，單側驅動時仍會帶來較大的阿貝誤差，而雙側驅動方式在技術上較為複雜，只有Y向跨距很大、對精度要求較高的大型測量機才採用。

　　懸臂式結構，結構簡單，具有很好的敞開性，但當滑架在懸臂上作Y向運動時，會使懸臂的變形發生變化，故測量精度不高，一般用於測量精度要求不太高的小型測量機。

　　四、三坐標測量機產業鏈分析

　　三坐標測量機主要應用於：對三維複雜零件的尺寸、形狀和相互位置進行高精度測量；實物模型數位化，例如對飛機機翼的實驗模型、汽車外型實驗模型的測量；在線質量控制，測量機的測量精度高，自動化程度高。

　　三坐標測量機是測量和獲得尺寸數據的最有效的方法之一，因為它可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規，並把複雜的測量任務所需時間從小時減到分鐘，並快速準確地評價尺寸數據，為操作者提供關於生產過程狀況的有用信息。

　　1、三坐標測量機在模具行業中的應用

　　三坐標測量機在模具行業中的應用相當廣泛，它是一種設計開發、檢測、統計分析的現代化的智能工具，更是模具產品無與倫比的質量技術保障的有效工具。三坐標測量機以其高精度高柔性以及優異的數位化能力，成為現代製造業尤其是模具工業設計、開發、加工製造和質量保證的重要手段。

　　模具的型芯型腔與導柱導套的匹配如果出現偏差，可以通過三坐標測量機找出偏差值以便糾正。在模具的型芯型腔輪廓加工成型後，很多鑲件和局部的曲面要通過電極在電脈衝上加工成形，從而電極加工的質量和非標準的曲面質量成為模具質量的關鍵。因此，用三坐標測量機測量電極的形狀必不可少。 三坐標測量機可以應用3D數模的輸入，將成品模具與數模上的定位、尺寸、相關的形位公差、曲線、曲面進行測量比較，輸出圖形化報告，直觀清晰的反映模具質量，從而形成完整的模具成品檢測報告。 在某些模具使用了一段時間出現磨損要進行修正，但又無原始設計數據（即數模）的情況下，可以用截面法採集點雲，用規定格式輸出，探針半徑補償後造型，從而達到完好如初的修復效果。

　　當一些曲面輪廓既非圓弧，又非拋物線，而是一些不規則的曲面時，可用油泥或石膏手工做出曲面作為底胚。然後用三坐標測量機測出各個截面上的截線、特徵線和分型線，用規定格式輸出，探針半徑補償後造型，在造型過程中圓滑曲線，從而設計製造出全新的模具。

　　具體來說，在模具製造企業中應用測量機完成設計和檢測任務時，要密切關注測量基準的選擇、測頭的標定和選擇、測點數及測量位置的規劃、坐標系的建立、環境的影響、局部幾何特徵的影響、CNC控制參數等多方面的因素。這當中的每一個因素，都足以影響測量結果的精確和效率。

　　2、三坐標測量機在汽車行業的應用

　　坐標測量機是通過測頭系統與工件的相對移動，探測工件表面點三維坐標的測量系統。通過將被測物體置於三坐標測量機的測量空間，利用接觸或非接觸探測系統獲得被測物體上各測點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，由軟體進行數學運算，求出待測的幾何尺寸和形狀、位置。因此，坐標測量機具備高精度、高效率和萬能性的特點，是完成各種汽車零部件幾何量測量與品質控制的理想解決方案。

　　汽車零部件具有品質要求高、批量大、形狀各異的特點。根據不同的零部件測量類型，主要分為箱體、複雜形狀和曲線曲面三類，每一類相對測量系統的配置是不盡相同的，需要從測量系統的主機、探測系統和軟體方面進行相互的配套與選擇。

　　3、三坐標測量機在發動機製造中的應用

　　發動機是由許多各種形狀的零部件組成，這些零部件的製造質量直接關係到發動機的性能和壽命。因此，需要在這些零部件生產中進行非常精密的檢測，以保證產品的精度及公差配合。在現代製造業中，高精度的綜合測量機越來越多的應用於生產過程中，使產品質量的目標和關鍵漸漸由最終檢驗轉化為對製造流程進行控制，通過信息反饋對加工設備的參數進行及時的調整，從而保證產品質量和穩定生產過程，提高生產效率。

　　在傳統測量方法選擇上，人們主要依靠兩種測量手段完成對箱體類工件和複雜幾何形狀工件的測量，即：通過三坐標測量機執行箱體類工件的檢測；通過專用測量設備，例如專用齒輪檢測儀、專用凸輪檢測設備等完成具有複雜幾何形狀工件的測量。因此對於從事生產複雜幾何形狀工件的企業來說，完成上述產品的質量控制企業不僅需要配置通用測量設備，例如三坐標測量機，通用標準量具、量儀，同時還需要配置專用檢測設備，例如各種尺寸類型的齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業的計量部門需要配置多類型的計量設備和從事計量操作的專業檢測人員，計量設備使用率較低，同時企業負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設備使用和維護費用；企業無法實現柔性、通用計量檢測。因此，降低企業的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設備的使用和維修費用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業具備生產過程的實時質量控制能力，這將關係到企業在市場活動中的應變能力，對幫助企業建立並維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。