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1.基础理论主要内容1 坐标测量机及其原理1 坐标测量机的特点及用途1 坐标测量机专用术语1 坐标测量机有关标准及检定方法1 坐标测量机的组成及其作用 23上海仪昌机电科技有限公司 第一章 基本理论1.1 什么是坐标测量机由三个运动导轨，按笛卡儿坐标系组成的具有测量功能的测量仪器，称为坐标测量机，并且由计算机来分析处理数据（也可由计算机控制，实现全自动测量），是一种复杂程度很高的计量设备1.2 坐标测量机的原理是什么几何量测量是以点的坐标位置为基础的，它分为一维、二维和三维测量坐标测量机是一种几何量测量仪器，它的基本原理是将被测零件放入它容许的测量空间，精密地测出被测零件在X、Y、Z三个坐标位置的数值，根据这些点的数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算得出形状、位置公差及其他几何量数据1.3 坐标测量机的特点及主要用途是什么从理论上讲，坐标测量机的特点是高精度（达到µm级）、高效率（数十、数百倍于传统测量手段）、万能性（可代替多种长度计量仪器）。

因而多用于产品测绘，复杂型面检测，工夹具测量，研制过程中间测量，CNC机床或柔性生产线测量等方面一台坐标测量机综合应用了电子技术、计算机技术、数控技术、光栅测量技术（激光技术）、精密机械（包括新工艺、新材料和气浮技术）以及各种类型的测头系统等,能完成多种复杂零件的测量，还可以与计算机辅助设计连用，与加工设备连用等，用于产品的检验（形位测量、复杂型面的测量、工夹具模具测量、与CNC机床或柔性生产线测量），因此坐标测量技术已经在工业质量保证中找到了自己的特定地位使用坐标测量机可以解决困难的测量问题，提高工作效率，并且节省专用夹具的制造，贮存，维修等工作尤其在现代工业向高度自动化发展的今天，将CAD/CAM技术应用于测量机一一加工中心联机系统，测量机一－计算机工作站一一数控机床（生产线）的联机系统将得到进一步的推广，在新产品开发和计算机管理的自动生产线上，测量机的使用将越来越多越来越广1.4 坐标测量机的主要结构有哪几种形式，各有何优缺点从结构形式上分，主要分为桥式、悬臂式、水平臂和龙门式（也称门架式）桥式坐标测量机是使用最多的一种机器，使用于中等测量空间，精度高随着测量机自动化程度的提高，在小尺寸测量中用得很广。

桥式坐标测量机分固定桥式和活动桥式两种：活动桥式测量机：采用的最多的一种结构型式它拥有固定的工作台支撑测量工件和活动桥其优点为结构刚性好，承重能力大；缺点为单边驱动时扭摆大，光栅偏置时阿贝误差较大活动桥式结构可完成中型到大型零件的测量任务，测量准确度较高相对悬臂式而言，测量的开敞性不好固定桥式测量机：高精度测量机通常采用这种结构固定桥式测量机的优点是结构稳定，整机刚性强，中央驱动偏摆小，光栅在工作台的中央，阿贝误差小，X、Y方向运动的相互独立，相互影响小；缺点是测量对象伴随工作台运动运行速度低，承载能力较少悬臂式测量机：这种结构刚性好，操作方便，测量精度高，是小测量空间的测量机的典型形式水平臂式测量机：是大测量范围、低精度坐标测量机的典型形式但其操作性能很好，由于其移动质量小，因而非常快速在称为“测量机器人”中经常是这种形式的测量机龙门式测量机：是超大型机器，水平轴最大可到数十米，由于其刚性要比水平臂式好得多，因而对大尺寸而言具有足够的精度坐标测量机的基本型式参见图1.1门架式坐标测量机活动桥式坐标测量机固定桥式坐标测量机悬臂式坐标测量机图1.1 不同结构形式坐标测量机示意图1.5 坐标测量机同传统测量技术相比优势在什么地方传统测量技术坐标测量技术对工件要进行人工的精确及时的调整专用测量仪和多工位测量仪很难适应测量任务的改变与实体标准或运动学标准进行测量比较尺寸形状和位置测量在不同的仪器上进行不相干的测量不需对工件进行特殊调整简单地调用所对应的软件，即能完成测量任务与数学的或数字模型进行测量比较尺寸、形状和位置的评定在一次安装中即可完成表1.1 坐标测量机同传统测量技术的比较1.6 几个与测量有关的术语阿贝误差：是指测量导轨系统中的误差，由导轨移动时的角度误差引起的，它使导轨上测量标尺与测量线上测头运行之间产生相对位移，且与“阿贝偏移”和导轨的角度误差成正比。

阿贝偏移：坐标测量机的测量系统与被测工件测量线上的点之间的垂直距离之值余弦误差：在移动方向上的测量误差，由线位移测量系统和测量的量规之间的角度偏差所引起的分辨率：表示测量仪器对于被测量的最小变化反应的能力特性的大小误差：尺寸测量结果减去尺寸测量的真值之间的偏差测量线：在坐标测量机的工作区域，进行测量的线测量点：工件表面的某点以坐标测量机的坐标值的形式作为测量的一部分记录下来随机误差：在实际相同条件下多次测量同一物理量值时，其绝对值或符号以不可预测的方式变化的误差重复性：在下列条件下，连续进行同样测量的结果之间的接近程度同样的测量方法同样的操作者同样的位置同样的使用条件在短时间内的重复操作系统误差：在同样条件下，大量的同尺寸测量，其绝对值和符号保持不变；或当条件变化时，以确定的规律变化的误差不确定度：由误差极限所确定的测量结果的离散特性长度测量的不确定度：坐标测量机测定的在参考测量标准平行平面上两相对点之间的距离的不确定度空间测量的不确定度：坐标测量机在进行复合运动时，整个测量系统的系统误差和偶然误差合成而引起的不确定度1.7 坐标测量机的标准与验收检验在过去几十年里，已经有许多国家的验收办法、规范和标准被采用，主要包括：JJG 799 – 92 中华人民共和国三坐标测量机检定规程（试行）VDI/VDE 2617 德国工程师协会关于坐标测量机的检验规范CMMA 坐标测量机生产商协会关于坐标测量机的检验规范BS1 BS6808 英国标准研究院关于坐标测量机性能检验的方法B89 美国国家标准研究院发布的坐标测量机性能评定的推荐标准JIS B 7440-1987 日本关于坐标测量机精度检测的工业标准ISO10360 – 2 国际标准化组织发布的坐标测量机性能评定GB/T 16857.2 - 1997 中华人民共和国国家标准：关于坐标计量学第二部分：坐标(eqv ISO 10360-2:1994) 测量机的性能评定上述标准中规定的坐标测量机检验方法，主要是控制测量机自身的误差源，以及对坐标测量机长度测量的总不确定度和探测系统进行检验1.8 坐标测量机产生测量误差的原因影响坐标测量机的测量不确定度有两个方面：测量机特有的影响和非测量机特有的影响： 测量机特有的影响包括：坐标系（静态）—— 位置偏差、垂直度偏差、直线度偏差、角摆偏差动态特性 —— 与测量机的结构、组件的配置有关，与移动速度、接触力、加速度有关，并包括过渡过程的时间效应、动态变形性能探测系统 —— 测头的各向导性、零点、运动速度的响应，测头系统的特征曲线，测杆的刚性、球的形状以及运动部件的综合作用控制系统 —— 包括控制的精度等软件 —— 包括软件的算法、求值方法、所有补偿程序等附加装置 —— 圆转台等非测量机特有的影响包括：环境条件：温度、振动等工作方式和操作特性：工件的固定方式、表面状况、硬度、接触力及测量方法等测量任务的定义：技术图纸测量工件：表面特性、形状、硬度、伸缩性，及有关引力和测力压力的塑性变形等1.9 坐标测量机的几何误差有几种通常将坐标测量机的几何参数误差按其在各运动自由度方向作用分类，分为三项位置度、六项直线度、九项角摆误差、以及三轴之间的三项相互垂直度，共二十一项参数误差。

二十一项参数误差的测量可以使用不同的测量仪器进行检测以便于修正，包括双频激光干涉仪、电子水平仪、直角尺、高精度电感测微仪，但是，需要注意的是，使用上述仪器测量参数误差时，测量结果可能是几种参数误差的综合结果1.10 坐标测量机的定位误差和测长不确定度有何区别，如何表示定位误差或位置精度是指测量机沿各轴的位置读数与参考基准的数值之差，一般是把读数与双频激光干涉仪或基准刻线的读数进行对比这种精度不包括测头的误差测长不确定度是一种综合测量误差，用测量机测量标准块规，标准长度与测量机检测结果比较得出差值这种误差包括测头的误差，因而对实际使用是非常有意义的测量时不但在轴向方向进行，而且在空间对角线方向上进行定位误差和测长不确定度都用“D+C×L”来表示测量机的性能指标一般是给出轴向测长不确定度和空间测长不确定度1.11 测量不确定度与零件公差有什么关系由于测量机本身不是测量基准，为了保证测量结果的正确性，按照计量原则，通常测量不确定度应是零件公差指标的三至十分之一1.12 测量机的长度基准是什么，其基本工作原理大多数坐标测量机的长度基准是光栅尺按不同的用途和性能分为玻璃光栅、金属光栅几种以英国RENISHAW的金属光栅尺190/40为例：光栅尺的刻线间距为40mm(20mm为腐蚀吸收线，20mm为反射线)。

读数头内部装有发光二极管和六个反向并联的硅光电池，光从读数头的窗口中照射到光栅尺上，当光栅尺与读数头发生相对运动时，由于光的发射和吸收，读数头内的硅光电池的输出电流也不断变化，形成两路相位为90度、幅值为7~16mA的正弦波，从而感知了位置和方向的改变1.13 测量机的光栅数据是如何传给计算机的光栅读数头传出信号，是周期为10~100mm的微电流信号，必须采用细分器对这一电流信号进行放大、细分和整形常见的细分器的细分倍数一般有5倍、10倍、25倍、50倍几种，最后控制器在计数时再进行软件四细分，使测量机的计数分辨率达到1mm~0.1mm将经过细分器处理的信号以BCD码的形式通过接口线路变为计算机能接受的信号，为计算机接收，然后进行数据处理1.14 测头在测量机中起什么作用测头是测量机触测被测零件的发讯开关，它是坐标测量机的关键部件，测头精度的高低决定了测量机的测量重复性此外，不同零件需要选择不同功能的测头进行测量在测量机上使用最多的是触发式测头，它实际上是一个五维或六维的开关，当测头触测工件的一瞬间，开关断开，发出触测信号，这个信号作为控制器的中断信号，锁存三路光栅计数器的数值，记录下当前三个坐标的位置。

1.15 测量机为什么要配计算机在手动或机动型测量机的测量中，测量机显示的数据仅仅是被测点的坐标值数，需用计算机进行数据整理和运算，得出测量结论在数控测量机中，计算机除上述作用外，还起着控制的作用，即按操作者在计算机中的编程或自学习程序来运动、测量所需的参量具体来讲，坐标测量机中的计算机主要发挥以下作用：项目具体任务系统修正运动导轨偏移的修正垂直度误差的修正测量机俯仰的影响温度变化对测量机的影响测头半径及中间点的修正测头的弯曲测座的偏转坐标系转换测量机坐标系（MCS）的建立测量工件坐标系（WCS）的建立圆转台坐标系（RTCS）的建立计算测量元素的转换连接构造尺寸及形状的转换评价理论值/实际值的比较分析记录统计数据传输控制测点、走直线测量路径的控制扫描路径的控制表1.2 计算机在坐标测量机上的应用1.16 手动型、机动型和数控型测量机的主要区别手动。