坐标测量技术.

1、三坐标测量技术三坐标测量技术 第一章第一章 概述概述1 第二章第二章 坐标测量机的结构坐标测量机的结构2 第三章第三章 坐标测量机测头及控制系统坐标测量机测头及控制系统3 第四章第四章 坐标测量机的软件坐标测量机的软件45提纲提纲1.1.概述概述1.1.概述（续）概述（续）通过运转探测系统，测量工件表面空间坐标的测量系统。(ISO 10360-1:2000)w 1956年英国Ferranti公司，第一台坐标测量机的出现(光栅的出现)w 1963年，DEA推出大型机(2500 x1600 x600mm)w 1972年，Renishaw推出接触式触发测头 1973年，ZEISS、Leitz推出扫描

2、测头w 1974年，Brown & Sharpe 推出CNC数控测量机w 1989年，Brown & Sharpe 推出基于CAD系统的测量软件 2001年，Wilcox推出DCI、DCT技术w 2003年， Hexagon推出EMS概念及面向任务的测量解决方案.w 2005年， Hexagon推出多尺寸测量范畴(大、中、微尺寸)概念1.1.概述（续）概述（续）1.11.1第一个里程第一个里程第一台坐标测量机的诞生第一台坐标测量机的诞生1.11.1第二个里程碑第二个里程碑接触断接触断开开触发测头和比例测头触发测头和比例测头的出现把测量机精度的出现把测量机精度提到微米及亚微米级，

3、提到微米及亚微米级，并为应用计算机处理并为应用计算机处理及数控打下了基础及数控打下了基础 。1.11.1第三个里程碑第三个里程碑CMMsMEASURING ROBOTSCNC测量机及其附件的出现，使测量机成为制造产业链中不可缺少的一员。测量机及其附件的出现，使测量机成为制造产业链中不可缺少的一员。1.11.1第四个里程碑第四个里程碑3、利用CAD数据自动找正工件1、利用标准的协议下载工件模型2、图形化选择测头/测座配置5、脱机状态模拟测头的运行轨迹，进行程序调试4、点击CAD模型上的特征，自动产生检测程序6、测量机全面模拟功能，进行碰撞检测7、图形化显示检测结果8、尺寸偏差的图形化诊断9、CA

4、D与工件比较CAD的结合，特别是的结合，特别是DCI/DCT技术的应用。测量机不再是消极的技术的应用。测量机不再是消极的GO/NO GO的作的作用，而被用作逆向设计、生产监测、信息统计、反馈的重要手段。用，而被用作逆向设计、生产监测、信息统计、反馈的重要手段。RESULTSDATABASEOFF LINE PART PROGRAMMINGMAIN SERVERREMOTE ACCESSREPORTINGOPTICAL GAGESARTICULATED ARMSMACHINE TOOLSPRESETCADMANUAL GAGESPHOTOGRAMETRYSYSTEMSCMMsMEASURING

5、ROBOTS面向对象和任务的面向对象和任务的EMS系统：整个企系统：整个企业的几何量测量均有业的几何量测量均有坐标测量的共同特性，坐标测量的共同特性，软件可以通用、共享、软件可以通用、共享、互补，利用计算机数互补，利用计算机数据库和网络技术把产据库和网络技术把产品的设计、加工和评品的设计、加工和评价无缝连接起来。价无缝连接起来。1.1.5第五个里程碑第五个里程碑1.11.1第五个里程碑第五个里程碑大尺寸大尺寸 地球 山脉 城市 建筑中等尺寸中等尺寸 飞机 汽车 货车 火车小尺寸小尺寸 工业零件 电子零件纳米纳米 生物 电子 构造宇宙空宇宙空间间 行星 星际 银河系 1000Km 10m 100

6、um 20um 0.3um多尺寸测量的机念：几何量的测量无所不在，坐标测多尺寸测量的机念：几何量的测量无所不在，坐标测量的概念、软件的处理方法和探测系统均有它的通用量的概念、软件的处理方法和探测系统均有它的通用性或相似性。性或相似性。1.11.1第六个里程碑第六个里程碑中国坐标测量机行业； 70年代的先行者： 天大、新天、上机等；80年代许可证生产： 303，新天、上机； 90年代形成基地： 前哨、303。41.21.2中国坐标测量机行业中国坐标测量机行业global imagepmm-c1.21.2中国坐标测量机行业（续）中国坐标测量机行业（续）三大集团的形成：海克斯康(31,000台测量机

7、), Zeiss, Mitutoyo；面向市场的普及型测量机,特别是汽车工业的需求软件,测量机的行业化特点,钣金件，曲面，难测零件；改造测量机市场的形成；应用由产品测量到研发产品,C的结合，逆向工程的应用；51.21.2中国坐标测量机行业（续）中国坐标测量机行业（续）1.31.3几何量计量几何量计量 几何量计量包括量块、线纹、角度、平直度、表面粗糙度、齿轮测量、工程测量、坐标测量、万能量具、经纬仪类仪器、几何量类仪器。 计量包括：测量对象、测量工具、测量方法以及测量环境。1.41.4常用术语的定义常用术语的定义1.51.5量值传递量值传递1.61.6坐标测量的定义坐标测量的定义 坐标测量是一种

8、用于测量零件或部件的几何尺寸、形状和相互位置的测量方法，通过测量空间任意的点、线、面以及相互位置，获得被测量几何型面上各测点的几何坐标尺寸，再由这些点的坐标值经过数学运算求出被测零部件的几何尺寸和形状位置误差。这些空间坐标值既可以是一维的，也可以是二维和三维的坐标值。1.71.7工程测量的定义工程测量的定义 工程测量也可以称为精密测量，包含的内容较多，主要有形状和位置误差的测量。 形状和位置误差是零件制造误差的组成部分，可以影响到零件的功能和装配互换性。按形位公差的国家标准，形状误差包括直线度、平直度、圆度、圆柱度、线轮廓度、表轮廓度。位置误差包含平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度

9、、圆跳动和全跳动。 精密仪器及机械研究所 1.81.8形位公差形位公差主机主机控制系统控制系统测量软件测量软件2.2.坐标测量机的结构坐标测量机的结构根据中华人民共和国国家标准根据中华人民共和国国家标准(GB/T 16857.2 )规定，规定， 三坐标测三坐标测量机是一种使用时基座固定，能产生至少三个线位移或角位移，通量机是一种使用时基座固定，能产生至少三个线位移或角位移，通过探头系统与工件的相对移动，探测工件表面点三维坐标的测量系过探头系统与工件的相对移动，探测工件表面点三维坐标的测量系统。统。2.2.坐标测量机的结构（续）坐标测量机的结构（续）2.12.1坐标测量机的结构形式坐标测量机的结

10、构形式2.22.2坐标测量机的结构材料坐标测量机的结构材料2.32.3坐标测量机的传动装置坐标测量机的传动装置2.42.4坐标测量机导轨与轴承坐标测量机导轨与轴承2.52.5坐标测量机的平衡装置坐标测量机的平衡装置2.62.6光栅光栅2.2.坐标测量机的结构（续）坐标测量机的结构（续）坐标测量机的结构形式坐标测量机的结构形式2.12.1坐标测量机的结构形式坐标测量机的结构形式工作台：固定不动主轴：沿Z向运动滑架：沿横梁导轨X向运动桥架：沿工作台的导轨Y向运动横梁：随桥架运动2.1.12.1.1活动桥式活动桥式Global测量机测量机移动桥式坐标测量机是目前中小型测移动桥式坐标测量机是目前中小型

11、测量机的主要机型。量机的主要机型。优点优点：结构简单、紧凑，刚度好，开：结构简单、紧凑，刚度好，开敞性好，承载能力较强，工件质量对敞性好，承载能力较强，工件质量对测量机的动态性能没有影响。测量机的动态性能没有影响。缺点缺点：桥架单边驱动，：桥架单边驱动，Y向光栅尺在向光栅尺在工作台一侧，在工作台一侧，在Y方向有较大的阿贝方向有较大的阿贝臂，会引起较大的阿贝误差。臂，会引起较大的阿贝误差。2.1.12.1.1活动桥式（续）活动桥式（续）精密仪器及机械研究所 固定基座工作台：沿基座导轨Y向运动桥架：固定不动滑架：沿横梁导轨X向运动横梁：固定不动主轴：沿Z向运动2.1.22.1.2固定桥式固定桥式P

12、MM-C测量机测量机精度最高的测量机往往采用这种结构精度最高的测量机往往采用这种结构形式。形式。优点优点：结构稳定，刚性很好。：结构稳定，刚性很好。Y向的向的光栅尺和驱动机构可以设置在工作台光栅尺和驱动机构可以设置在工作台下方中部，下方中部，X向阿贝臂小。向阿贝臂小。缺点：缺点：因为被测工件放置在运动工作因为被测工件放置在运动工作台上，降低了机器的运动速度，承载台上，降低了机器的运动速度，承载能力相对小一些。能力相对小一些。2.1.22.1.2固定桥式（续）固定桥式（续）固定立柱横梁：沿立柱导轨Y向运动滑架：沿横梁导轨X向运动主轴：沿Z向运动2.1.32.1.3龙门式（高架桥式）龙门式（高架桥

13、式）LAMBDA测量测量机机龙门式坐标测量机一般为中龙门式坐标测量机一般为中大型测量机。大型测量机。优点优点：减少了移动部分质量：减少了移动部分质量，有利于精度及动态性能的，有利于精度及动态性能的提高。龙门式测量机最长可提高。龙门式测量机最长可到数十米，由于其刚性要比到数十米，由于其刚性要比水平臂式好，因而对大尺寸水平臂式好，因而对大尺寸而言可具有足够的精度。而言可具有足够的精度。缺点：缺点：结构复杂，要求较好结构复杂，要求较好的地基；立柱影响操作的开的地基；立柱影响操作的开阔性；单边驱动，阔性；单边驱动，Y向光栅尺向光栅尺在立柱一侧，在在立柱一侧，在Y方向有较大方向有较大的阿贝臂，会引起较大

14、的阿的阿贝臂，会引起较大的阿贝误差，所以大型龙门式坐贝误差，所以大型龙门式坐标测量机采用双光栅标测量机采用双光栅/双驱动双驱动模式。模式。2.1.32.1.3龙门式（高架桥式）龙门式（高架桥式） （续）（续）工作台：固定不动L桥架：沿主导轨Y向运动主导轨：固定不动，与工作台组成L形滑架：沿横梁导轨X向运动横梁：随桥架运动主轴：沿Z向运动2.1.4 L2.1.4 L型桥式型桥式ZOO3L测量机测量机L型桥式是综合了活动桥式和龙门型桥式是综合了活动桥式和龙门式优缺点的测量机，式优缺点的测量机， 主要应用于主要应用于中型坐标测量机。中型坐标测量机。优点优点： 有活动桥式的平台及工作有活动桥式的平台及

15、工作开敞性，又像龙门式减少了移动开敞性，又像龙门式减少了移动的质量。的质量。缺点缺点：要注意辅腿的热膨胀设计：要注意辅腿的热膨胀设计，应与主腿相近，以免影响垂直，应与主腿相近，以免影响垂直度度 2.1.4 L2.1.4 L型桥式（续）型桥式（续）固定式主导轨鞍座：沿主导轨X向运动滑架：沿立柱Z向运动立柱：固定在鞍座上水平臂：Y向运动2.1.52.1.5水平臂式水平臂式TORO测量机测量机2.1.52.1.5水平臂式（续）水平臂式（续）固定式底座工作台：沿X/Y向运动主轴：沿Z向运动固定式立柱2.1.62.1.6立柱式（坐标镗式）立柱式（坐标镗式）固定式底座工作台：沿X向运动立柱：沿Y向运动主轴

16、：沿Z向运动2.1.72.1.7移动工作台悬臂测量机移动工作台悬臂测量机固定式工作台主轴：沿Z向运动滑架：沿Y向运动悬臂：沿X向运动2.1.82.1.8固定工作台悬臂测量机固定工作台悬臂测量机测量机的结构材料测量机的结构材料2.22.2测量机的结构材料测量机的结构材料2.2.12.2.1对测量机材料的总体要求对测量机材料的总体要求导热性好，以免外界有温度变化时形成构件内部的温度梯度，引起变形；导热性好，以免外界有温度变化时形成构件内部的温度梯度，引起变形；热膨胀系数小，以免温度变化引起过大的伸长缩短；热膨胀系数小，以免温度变化引起过大的伸长缩短；比较大的弹性模量比较大的弹性模量( (刚性刚性)

17、 )，以免受力后有较大的变形；，以免受力后有较大的变形；高的硬度及耐磨性，保证不易划伤、磨损；高的硬度及耐磨性，保证不易划伤、磨损；较高的强度，不易断裂；较高的强度，不易断裂；运动部分的材料要求比重小，减小由于测量机的高速、高加速运动而产生运动部分的材料要求比重小，减小由于测量机的高速、高加速运动而产生的测量机惯性力；的测量机惯性力；材料吸水率小，以免受潮变形（较差的花岗石的吸水性能，足以引起微米材料吸水率小，以免受潮变形（较差的花岗石的吸水性能，足以引起微米级的变形）；级的变形）；工艺性好，易于加工；工艺性好，易于加工；成本要低。成本要低。2.2.22.2.2测量机固定部分的材料测量机固定部

18、分的材料1. 对测量机的固定部分要求：刚性好、受温度影响的变形对测量机的固定部分要求：刚性好、受温度影响的变形小（希望结构的变形只是线性，以易于软件补偿）、结小（希望结构的变形只是线性，以易于软件补偿）、结构简单、成本低。构简单、成本低。2. 中小型桥式测量机的固定部分，特别是工作台大部件中小型桥式测量机的固定部分，特别是工作台大部件一般采用花岗石，较小的部件采用铝合金材料一般采用花岗石，较小的部件采用铝合金材料(电机支电机支架，传动支架架，传动支架)；有时为了增加刚性采用整体结构（例；有时为了增加刚性采用整体结构（例如花岗石台面与导轨）如花岗石台面与导轨）3. 大型龙门式测量机、水平臂测量机

19、的固定部分，大部分大型龙门式测量机、水平臂测量机的固定部分，大部分采用用钢、铸铁。采用用钢、铸铁。测量机运动部分的材料主要有：测量机运动部分的材料主要有：1，铝合金，铝合金2，陶瓷及其复合材料，陶瓷及其复合材料3，钢、铸铁，钢、铸铁4，花岗石，花岗石2.2.32.2.3测量机运动部分的材料测量机运动部分的材料2.2.42.2.4铝材料应用铝材料应用良好的传导性能的铝合金，结合了对称结构和涂层技术，良好的传导性能的铝合金，结合了对称结构和涂层技术，消除了由于不统一的温度温度分布所产生的大部分误消除了由于不统一的温度温度分布所产生的大部分误差；差；较钢、花岗石或陶瓷，热平衡能力提高较钢、花岗石或陶

20、瓷，热平衡能力提高 了了5 5180180倍；倍；铝合金线性的膨胀和收缩，保证了机器的垂直度。在高铝合金线性的膨胀和收缩，保证了机器的垂直度。在高速情况下不产生歪斜速情况下不产生歪斜坐标测量机的传动装置坐标测量机的传动装置2.32.3坐标测量机的传动装置坐标测量机的传动装置1. 悬臂结构悬臂结构2. 运动中测量运动中测量3. 测头采点测头采点4. 软件计算软件计算因此材料、结构、连接、轴承、传动、控制系因此材料、结构、连接、轴承、传动、控制系统、测头及测量软件都影响测量机的性能。统、测头及测量软件都影响测量机的性能。2.3.12.3.1测量机结构及工作特点测量机结构及工作特点 当被测物体不与光

21、栅在同一直线上时，由于当被测物体不与光栅在同一直线上时，由于运动的不平稳引起的角摆及相应的偏置（阿运动的不平稳引起的角摆及相应的偏置（阿贝臂），即光栅读数和实际触发点坐标不一贝臂），即光栅读数和实际触发点坐标不一致，造成了阿贝误差（摆角致，造成了阿贝误差（摆角阿贝臂）。阿贝臂）。 因此，测量机测头处的运动特性决定了测量因此，测量机测头处的运动特性决定了测量机取点坐标的精度。机取点坐标的精度。2.3.22.3.2测量机测点误差的产生测量机测点误差的产生机械传动装置可分为两大部分：机械传动装置可分为两大部分：1.1. 减速器减速器2.2. 传动：传动又可分为摩擦传动和啮合传动两传动：传动又可分为摩

22、擦传动和啮合传动两类类。2.3.32.3.3测量机的传动装置测量机的传动装置1. 选择减速比的原则选择减速比的原则: 由于测量机速度变化的范围大，减由于测量机速度变化的范围大，减速比过小使电机经常在超低速状态下运行（特别是在速比过小使电机经常在超低速状态下运行（特别是在触测速度时，则电机转速可达触测速度时，则电机转速可达0.6转转/分以下），而电机分以下），而电机在超低速情况下机械特性很软；若减速比过大，用一在超低速情况下机械特性很软；若减速比过大，用一级减速器体积太大，二级减速器效率及刚性下降，所级减速器体积太大，二级减速器效率及刚性下降，所以一般用下述方法推算以一般用下述方法推算:即电机一

23、转时测量机相应轴移即电机一转时测量机相应轴移动动12-24mm。2. 目前减速器大部分用多楔带或同步带传动，两者分别目前减速器大部分用多楔带或同步带传动，两者分别用于电机功率较小及较大的情况，这两种传动的反向用于电机功率较小及较大的情况，这两种传动的反向间隙均较小。间隙均较小。2.3.3.12.3.3.1减速器减速器2.3.3.12.3.3.1减速器（续）减速器（续）1. 摩擦传动的原理摩擦传动的原理：靠摩擦力传动，正常运动时保持滚：靠摩擦力传动，正常运动时保持滚动摩擦或无相对滑动；而煞车时，变滚动摩擦为滑动动摩擦或无相对滑动；而煞车时，变滚动摩擦为滑动摩擦；不打滑的条件为实际摩擦力小于最大允

24、许摩擦摩擦；不打滑的条件为实际摩擦力小于最大允许摩擦力；这里我们可以看到保持正常传动及制动时均与正力；这里我们可以看到保持正常传动及制动时均与正压力有关，所以控制正压力是摩擦传动的关键因素之压力有关，所以控制正压力是摩擦传动的关键因素之一。正压力过大及位置不当会造成传动件的变形及过一。正压力过大及位置不当会造成传动件的变形及过早磨损。早磨损。2. 摩擦传动的优点摩擦传动的优点：无间隙、低成本，因此在低速传动：无间隙、低成本，因此在低速传动中往往作为优选。中往往作为优选。3. 摩擦传动的分类摩擦传动的分类：转动钢带传动、固定钢带传动、直：转动钢带传动、固定钢带传动、直接摩擦传动、固定杆传动、斜轮

25、传动。接摩擦传动、固定杆传动、斜轮传动。2.3.3.2摩擦传动摩擦传动1.1. 转动钢带传动的结构转动钢带传动的结构：减速器最后一级安装的主动钢带轮为一端，：减速器最后一级安装的主动钢带轮为一端，另一端为从动钢带轮，转动的钢带在直线段与被传动对象连接，电另一端为从动钢带轮，转动的钢带在直线段与被传动对象连接，电机转动时通过钢带来动传动对象机转动时通过钢带来动传动对象,如下图所示；如下图所示； 2.转动钢带结构的特点转动钢带结构的特点：转动钢带的传动原理同一般皮带传动：转动钢带的传动原理同一般皮带传动,但钢带但钢带的刚性要好，在频繁换向，松边和紧边交替变换期间变形小，在中的刚性要好，在频繁换向，

26、松边和紧边交替变换期间变形小，在中小载荷时不易振动，但钢带在与钢带轮经常接触处，由于反复弯折小载荷时不易振动，但钢带在与钢带轮经常接触处，由于反复弯折会出现疲劳裂纹，因此钢带一般要薄，钢带轮直径不小于会出现疲劳裂纹，因此钢带一般要薄，钢带轮直径不小于40mm；钢；钢带与被传动物体的连接点要找正，不要使钢带受横向附加力，亦要带与被传动物体的连接点要找正，不要使钢带受横向附加力，亦要使钢带运动的轨迹直线与相应的导轨相平行；使钢带运动的轨迹直线与相应的导轨相平行；3.转动钢带传动的优点转动钢带传动的优点：结构简单、成本低、易于维修，无间隙传动：结构简单、成本低、易于维修，无间隙传动，适于低速轻载；，

27、适于低速轻载；4.转动转动钢带传动的缺点钢带传动的缺点：不适于高速、高加速及重载情况：不适于高速、高加速及重载情况, 疲劳破坏是疲劳破坏是要注意的方面。要注意的方面。 2.3.3.32.3.3.3转动钢带传动转动钢带传动2.3.3.32.3.3.3转动钢带传动（续）转动钢带传动（续）1.1.固定钢带传动的结构固定钢带传动的结构：此类传动中钢带不动，两端张紧；在钢带两侧：此类传动中钢带不动，两端张紧；在钢带两侧,一侧一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，电机及摩擦轮为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，电机及摩擦轮均装在运动部件上均装在运动部件上,运动时候像火

28、车在导轨上运动一样，摩擦轮的转动带动运动时候像火车在导轨上运动一样，摩擦轮的转动带动自身及运动部件一起运动。自身及运动部件一起运动。 2.固定钢带传动的特点固定钢带传动的特点：固定钢带可以略厚一些，但要求钢带厚薄均匀平直，：固定钢带可以略厚一些，但要求钢带厚薄均匀平直，安装时钢带要与相应导轨平行；摩擦轮不应让钢带受较大的横向力，以免影安装时钢带要与相应导轨平行；摩擦轮不应让钢带受较大的横向力，以免影响精度，常常为人忽略的是摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与钢带表面平响精度，常常为人忽略的是摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与钢带表面平行，否则行，否则,会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。会引起相

29、应轴向的附加角度转动，影响精度。3.固定钢带传动的优点固定钢带传动的优点：结构简单，刚性比转动钢带的结构要好，无钢带疲劳：结构简单，刚性比转动钢带的结构要好，无钢带疲劳问题，但对摩擦轮的跳动、耐磨，摩擦系数均有要求，调整要求较高，适于问题，但对摩擦轮的跳动、耐磨，摩擦系数均有要求，调整要求较高，适于中速轻载。中速轻载。4.4.固定钢带传动的缺点固定钢带传动的缺点：由于为线接触：由于为线接触,要较大的正压力才能有较大的摩擦力要较大的正压力才能有较大的摩擦力;摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及摩擦轮的温度会影响导摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，

30、进而影响测量机的精度；此类传动中电机、减速器及摩擦轮均为运轨精度，进而影响测量机的精度；此类传动中电机、减速器及摩擦轮均为运动部件，这部分的质量会降低测量机的动力性能。动部件，这部分的质量会降低测量机的动力性能。 2.3.3.42.3.3.4固定钢带传动固定钢带传动2.3.3.42.3.3.4固定钢带传动（续）固定钢带传动（续）2.3.3.52.3.3.5直接摩擦传动直接摩擦传动1.1.直接摩擦传动的结构直接摩擦传动的结构：此类传动中摩擦轮直接与：此类传动中摩擦轮直接与Z轴或水平臂接触；在轴或水平臂接触；在Z轴轴或水平臂两侧，一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹或水平臂两侧，一

31、侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，电机及摩擦轮均装在固定部件上紧轮，电机及摩擦轮均装在固定部件上,运动时摩擦轮转动带动运动时摩擦轮转动带动Z轴或水平臂轴或水平臂运动。运动。 2.直接摩擦传动的特点直接摩擦传动的特点：摩擦轮直接与：摩擦轮直接与Z轴或水平臂接触，要求主付轮对轴或水平臂接触，要求主付轮对Z轴轴或水平臂有一定的压紧力用于传动，而又要求摩擦轮不会使或水平臂有一定的压紧力用于传动，而又要求摩擦轮不会使Z轴或水平臂发轴或水平臂发生较大的横向变形，以免影响精度。摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与生较大的横向变形，以免影响精度。摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与Z轴或水平臂表

32、面平行，否则，会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。轴或水平臂表面平行，否则，会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。3.直接摩擦传动的优点直接摩擦传动的优点：结构简单，刚性比转动钢带的结构要好，无钢带疲劳：结构简单，刚性比转动钢带的结构要好，无钢带疲劳问题，但对摩擦轮的跳动、耐磨，摩擦系数均有要求，调整要求较高，适于问题，但对摩擦轮的跳动、耐磨，摩擦系数均有要求，调整要求较高，适于中速轻载。中速轻载。4.4.直接摩擦传动的缺点直接摩擦传动的缺点：摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及：摩擦轮的质量、安装、磨损影响测量机精度；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度；摩

33、擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度； Z轴或水平臂的质轴或水平臂的质量、安装、磨损也影响测量机精度量、安装、磨损也影响测量机精度，因此对因此对Z轴或水平臂提出了耐磨的要求轴或水平臂提出了耐磨的要求。 2.3.3.52.3.3.5直接摩擦传动直接摩擦传动（续）（续）1.固定杆传动的结构固定杆传动的结构：此类传动中摩擦轮直接与杆接触；在杆两侧，：此类传动中摩擦轮直接与杆接触；在杆两侧，一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，一侧为由电机减速器带动的主动摩擦轮，另一侧为被动的夹紧轮，杆的横截面可以是圆型或方型，若为圆截面的摩擦杆，则主动摩擦杆的横截面可以是圆型或方型，若

34、为圆截面的摩擦杆，则主动摩擦轮往往作成轮往往作成V型。型。2.固定杆传动的特点固定杆传动的特点：杆有好的圆柱度及平直度，还要求表面的硬度：杆有好的圆柱度及平直度，还要求表面的硬度及耐磨性，杆与轮的硬度应匹配，杆应保持与相应的导轨平行，摩及耐磨性，杆与轮的硬度应匹配，杆应保持与相应的导轨平行，摩擦轮要有足够的夹紧力，但又不应让杆受较大的横向变形，以免影擦轮要有足够的夹紧力，但又不应让杆受较大的横向变形，以免影响精度；对摩擦轮的跳动、耐磨、高摩擦系数均有要求。摩擦轮轴响精度；对摩擦轮的跳动、耐磨、高摩擦系数均有要求。摩擦轮轴线应与运动方向垂直又要与杆表面平行，否则，会引起相应轴向的线应与运动方向垂

35、直又要与杆表面平行，否则，会引起相应轴向的附加角度转动，影响精度。附加角度转动，影响精度。3.固定杆传动的优点固定杆传动的优点：结构简单，刚性比钢带的结构要好，无钢带疲：结构简单，刚性比钢带的结构要好，无钢带疲劳问题，调整要求较高，适于中速轻载。劳问题，调整要求较高，适于中速轻载。4.4. 固定杆传动的缺点固定杆传动的缺点：摩擦轮及杆的质量、安装、磨损影响测量机精：摩擦轮及杆的质量、安装、磨损影响测量机精度度，因此对杆提出了耐磨的要求；电机及摩擦轮的温度会影响导轨因此对杆提出了耐磨的要求；电机及摩擦轮的温度会影响导轨精度，进而影响测量机的精度；另外由于杆不能太长，此类结构只精度，进而影响测量机

36、的精度；另外由于杆不能太长，此类结构只适用于中小型测量机。适用于中小型测量机。 2.3.3.62.3.3.6固定杆传动固定杆传动2.3.3.62.3.3.6固定杆传动（续）固定杆传动（续）1.斜轮传动（转动杆传动）斜轮传动（转动杆传动）结构结构: 在两个截面的每一个截面上各有三个在两个截面的每一个截面上各有三个圆周均布成一定角度的轴承，中心穿一圆杆，各轴承对圆杆均有相圆周均布成一定角度的轴承，中心穿一圆杆，各轴承对圆杆均有相同的升角，轴承与圆杆形成了一个无槽滚珠丝杠，轴承的升角决定同的升角，轴承与圆杆形成了一个无槽滚珠丝杠，轴承的升角决定了螺距，传动时主动件为圆杆，它由电机直接或通过减速器带动

37、转了螺距，传动时主动件为圆杆，它由电机直接或通过减速器带动转动（杆无轴向移动），带轴承的滑块连在传动对象上，杆转动时，动（杆无轴向移动），带轴承的滑块连在传动对象上，杆转动时，各轴承按各自轴线自转而带动滑块各轴承按各自轴线自转而带动滑块, 滑块只作轴向运动带动了传动对滑块只作轴向运动带动了传动对象象；煞车时杆停止转动，靠杆与轴承的滑动摩擦制动。煞车时杆停止转动，靠杆与轴承的滑动摩擦制动。 2.斜轮传动的特点：斜轮传动的特点：杆的跳动及与导轨的平行度会影响传动；各个轴杆的跳动及与导轨的平行度会影响传动；各个轴承升角必须一致，否则会影响传动的均匀性。承升角必须一致，否则会影响传动的均匀性。3.斜轮

38、传动的优点斜轮传动的优点：结构简单，改变轴承的升角等于改变了传动比，：结构简单，改变轴承的升角等于改变了传动比，有的情况下可以省去减速器。有的情况下可以省去减速器。4.斜轮传动斜轮传动的缺点的缺点：由于杆转动速度不能太高，杆也不能太长，因此由于杆转动速度不能太高，杆也不能太长，因此只适用于小型低速测量机。只适用于小型低速测量机。 2.3.3.72.3.3.7斜轮传动斜轮传动2.3.3.72.3.3.7斜轮传动（续）斜轮传动（续）1.1. 啮合传动的特点啮合传动的特点：传动不是靠摩擦力，而是：传动不是靠摩擦力，而是靠接触面的推动，因此就不存在打滑的问题靠接触面的推动，因此就不存在打滑的问题。2.

39、2. 啮合传动的分类啮合传动的分类：齿轮齿条、柔性齿条、同：齿轮齿条、柔性齿条、同步带、滚珠丝杠。步带、滚珠丝杠。 2.3.3.82.3.3.8啮合传动啮合传动1.1. 齿轮齿条传动的结构齿轮齿条传动的结构：电机减速器带动小齿轮转动，此组件与运动电机减速器带动小齿轮转动，此组件与运动部件连接，齿条一般固定不动，如下图所示。部件连接，齿条一般固定不动，如下图所示。 2.齿轮齿条传动的特点齿轮齿条传动的特点：齿条、齿轮的精度极大影响传动质量，周节：齿条、齿轮的精度极大影响传动质量，周节误差会引起周期性的振动，安装中齿条要与相应导轨平行。误差会引起周期性的振动，安装中齿条要与相应导轨平行。3.齿轮齿

40、条传动的优点齿轮齿条传动的优点：可以拼接加长使用，理论上讲，长度不受限：可以拼接加长使用，理论上讲，长度不受限制，传动刚性好，不会打滑，选择合适的模数及种类可应用于大型制，传动刚性好，不会打滑，选择合适的模数及种类可应用于大型、高速、重载的测量机。、高速、重载的测量机。4.4. 齿轮齿条传动的缺点齿轮齿条传动的缺点：过载时可能蹩坏齿牙；成本略高过载时可能蹩坏齿牙；成本略高。2.3.3.92.3.3.9齿轮齿条传动齿轮齿条传动1.1. 柔性齿条传动的结构柔性齿条传动的结构：将同步带两端固定，电机减速器：将同步带两端固定，电机减速器装在运动部件上，带动小齿轮转动因而使运动部件移动装在运动部件上，带

41、动小齿轮转动因而使运动部件移动；为保证足够的包角产生足够的传动力，需要两个压紧；为保证足够的包角产生足够的传动力，需要两个压紧轮，如下图所示。轮，如下图所示。 2.2. 柔性齿条传动的特点柔性齿条传动的特点：齿条安装简单，可直接安在主轴：齿条安装简单，可直接安在主轴上，找正要求稍低。上，找正要求稍低。3.3. 柔性齿条传动的优点柔性齿条传动的优点：比固定齿条噪音低，齿条不需要：比固定齿条噪音低，齿条不需要拼接，成本不算太高。拼接，成本不算太高。4.4. 柔性齿条传动的缺点柔性齿条传动的缺点：电机柔性齿条在小齿轮处受反复：电机柔性齿条在小齿轮处受反复弯折，受疲劳载荷，影响齿条寿命；带轮结构比较复

42、杂弯折，受疲劳载荷，影响齿条寿命；带轮结构比较复杂，传动装置靠近导轨，它的热量会影响导轨精度。，传动装置靠近导轨，它的热量会影响导轨精度。2.3.3.102.3.3.10柔性齿轮齿条传动柔性齿轮齿条传动2.3.3.102.3.3.10柔性齿轮齿条传动（续）柔性齿轮齿条传动（续）1.1. 同步带传动的结构同步带传动的结构：和皮带传动近似，但因为有齿，属于啮合传和皮带传动近似，但因为有齿，属于啮合传动。动。 2.同步带传动的特点同步带传动的特点：新型的同步带是中间穿钢丝的，大大改善了：新型的同步带是中间穿钢丝的，大大改善了同步带的刚性，外复盖的橡胶又与钢丝互为阻尼，防止了单一的同步带的刚性，外复盖

43、的橡胶又与钢丝互为阻尼，防止了单一的自振频率；安装时同步带的运动应平行于相应导轨，而与运动件自振频率；安装时同步带的运动应平行于相应导轨，而与运动件的连接不应影响带的横向变形。的连接不应影响带的横向变形。3.同步带传动的优点同步带传动的优点：结构简单、不易打滑、噪音低、成本不高。：结构简单、不易打滑、噪音低、成本不高。4.同步带传动的缺点同步带传动的缺点：长度不能太长，因此适用于中小型测量机。：长度不能太长，因此适用于中小型测量机。2.3.3.112.3.3.11同步带传动同步带传动1.1. 滚珠丝杠传动的结构滚珠丝杠传动的结构: 电机减速器输出轴通过连轴器与滚珠丝杠连接电机减速器输出轴通过连

44、轴器与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠螺母与运动物体连接。，滚珠丝杠螺母与运动物体连接。 2.滚珠丝杠传动的特点滚珠丝杠传动的特点: 必须考虑减速器轴与丝杠的同轴度；滚珠丝杠必须考虑减速器轴与丝杠的同轴度；滚珠丝杠与导轨的平行；滚珠丝杠螺母与运动物体的连接及干涉；螺母与丝与导轨的平行；滚珠丝杠螺母与运动物体的连接及干涉；螺母与丝杠间隙的调整影响测量机的动、静态性能包括摩擦力及回差，它的杠间隙的调整影响测量机的动、静态性能包括摩擦力及回差，它的调整必须与控制系统配合。调整必须与控制系统配合。3.滚珠丝杠传动的优点滚珠丝杠传动的优点：很强的传动刚性，改变螺距可以改变速比。：很强的传动刚性，改变螺距可以改变速

45、比。4.4. 滚珠丝杠传动的缺点滚珠丝杠传动的缺点：成本比较高，调试比较复杂，由于丝杠转动成本比较高，调试比较复杂，由于丝杠转动，不能太长，故只用于中小型机。，不能太长，故只用于中小型机。 2.3.3.122.3.3.12滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动导轨与轴承导轨与轴承2.42.4导轨与轴承导轨与轴承1.1. 导轨的作用导轨的作用：是保证机器平稳、高精度运动的关键。：是保证机器平稳、高精度运动的关键。2. 导轨的类型导轨的类型：1 1）气浮导轨）气浮导轨2 2）直线滚珠导轨）直线滚珠导轨3. 气浮导轨的行状气浮导轨的行状：1）矩形导轨）矩形导轨2）三角形导轨）三角形导轨3）燕尾型导轨）燕尾型导轨2

46、.4导轨与轴承导轨与轴承（续）（续）1.气浮导轨工作原理：气浮导轨工作原理：气浮导轨的核心是气浮导轨的核心是空气轴承。空气轴承。利用空气轴承小孔利用空气轴承小孔r r1 1节流形节流形成气腔内的高压成气腔内的高压P P0 0，在导轨和空气轴承，在导轨和空气轴承间形成具有一定承载能力和刚性的薄膜间形成具有一定承载能力和刚性的薄膜h h。2.空气轴承的性能有要求空气轴承的性能有要求：承载能力，承：承载能力，承载刚性（气浮间隙每变化一微米承载能载刚性（气浮间隙每变化一微米承载能力的变化），耗气量，抗气振能力。对力的变化），耗气量，抗气振能力。对超高精度测量机，气浮间隙及气腔压力超高精度测量机，气浮间

47、隙及气腔压力的稳定至关重要。的稳定至关重要。2.4.12.4.1气浮导轨气浮导轨 气浮导轨的优点气浮导轨的优点：具有无磨擦及无磨损的特性，由于匀差效应：具有无磨擦及无磨损的特性，由于匀差效应，运动的局部直线度及角度摆动能较小，精度较高的测量机一般，运动的局部直线度及角度摆动能较小，精度较高的测量机一般采用气浮导轨。采用气浮导轨。 2.4.12.4.1气浮导轨（续）气浮导轨（续） 2.4.12.4.1气浮导轨（续）气浮导轨（续）1.1. 采用直线滚珠导轨的优点采用直线滚珠导轨的优点：省去全套压缩空气设备及气动控制组：省去全套压缩空气设备及气动控制组件，成本较低，适于应用无气源的环境；刚性较好，承

48、载能力强件，成本较低，适于应用无气源的环境；刚性较好，承载能力强；比简单的滚珠轴承来讲，受个别滚珠疵瑕的影响要小，有一定；比简单的滚珠轴承来讲，受个别滚珠疵瑕的影响要小，有一定的匀差效应的匀差效应2.采用直线滚珠导轨的缺点采用直线滚珠导轨的缺点：由于钢球及导轨原因，该结构的测量由于钢球及导轨原因，该结构的测量机精度稍低机精度稍低, ,摩擦力较大；另外它的安装、调整找正对整机的性能摩擦力较大；另外它的安装、调整找正对整机的性能的影响亦较大。的影响亦较大。 2.4.22.4.2直线滚珠导轨直线滚珠导轨测量机的平衡机构测量机的平衡机构2.52.5测量机的平衡机构测量机的平衡机构1. 平衡机构的作用：

49、平衡机构的作用：垂直轴测量机的垂直轴测量机的Z Z轴或水平臂轴或水平臂测量机的水平臂及滑架组件，由于重力作用会下测量机的水平臂及滑架组件，由于重力作用会下掉，必须有机构加以平衡，使它处于随遇平衡状掉，必须有机构加以平衡，使它处于随遇平衡状态。态。2.2.平衡机构的种类平衡机构的种类：1 1）重锤平衡）重锤平衡2 2）气动平衡）气动平衡3 3）用电机与高减速比的减速器来平衡。）用电机与高减速比的减速器来平衡。2.52.5测量机的平衡机构测量机的平衡机构（续）（续）1.1. 气动平衡的优点气动平衡的优点：重量轻，没有大的晃动，对测量机精度：重量轻，没有大的晃动，对测量机精度影响小；影响小；2. 气

50、动平衡的气动平衡的缺点缺点：必须细致地设计气动平衡及保护机构，：必须细致地设计气动平衡及保护机构，平衡机构必须灵敏，在各种状态下迅速保持平衡，由于高平衡机构必须灵敏，在各种状态下迅速保持平衡，由于高加速度加速度, ,启动和仃止时气缸中气压瞬时过压和欠压都会引启动和仃止时气缸中气压瞬时过压和欠压都会引起振动起振动, ,因此必须用高灵敏度的精密调压阀。因此必须用高灵敏度的精密调压阀。2.5.12.5.1气动平衡气动平衡 平衡机构的保护机构必须保证在任何情况下，主轴不会下平衡机构的保护机构必须保证在任何情况下，主轴不会下坠，特别是突然通气和断气的时候要防止轴或水平臂的坠，特别是突然通气和断气的时候要

51、防止轴或水平臂的坠落，这一般由压力开关、电磁阀等气动元件来完成。气坠落，这一般由压力开关、电磁阀等气动元件来完成。气路系统必须满足下述逻辑路系统必须满足下述逻辑: :1.1. 开气开气 平衡气缸通气平衡气缸通气,Z,Z向空气轴承仍抱紧向空气轴承仍抱紧Z Z轴轴 空气压空气压力超过平衡压力并有一定安全值力超过平衡压力并有一定安全值,Z,Z向空气轴承放开向空气轴承放开Z Z轴轴, ,气气缸在平衡压力值保持平衡缸在平衡压力值保持平衡; ;2.2. 关气或意外断气关气或意外断气 压力下降到安全值压力下降到安全值,Z,Z向空气轴承抱紧向空气轴承抱紧Z Z轴轴, ,气缸在平衡压力值仍保持平衡气缸在平衡压力

52、值仍保持平衡 压力下降到平衡压压力下降到平衡压力以下甚至到零力以下甚至到零, Z, Z向空气轴承抱紧向空气轴承抱紧Z Z轴。轴。要防止气缸杆与轴导轨不平行对轴运动的干涉。要防止气缸杆与轴导轨不平行对轴运动的干涉。 2.5.12.5.1气动平衡气动平衡（续）（续）1. 重锤平衡的优点重锤平衡的优点：构造简单，其原理类似滑轮，一端为主：构造简单，其原理类似滑轮，一端为主轴，一端为平衡重量，构造可靠，除非连接钢丝绳断裂，轴，一端为平衡重量，构造可靠，除非连接钢丝绳断裂，一般不会出安全问题；一般不会出安全问题；2. 重锤平衡的缺点重锤平衡的缺点：加大了移动部分重量，当配重上升下：加大了移动部分重量，当

53、配重上升下降到不同位置时，会影响到测量机性能，特别是配重与导降到不同位置时，会影响到测量机性能，特别是配重与导轨的间隙，影响运动的平稳性，因而影响精度。轨的间隙，影响运动的平稳性，因而影响精度。2.5.22.5.2重锤平衡重锤平衡2.62.6坐标测量机坐标测量机2121项误差项误差21项误差：项误差： 每轴六项，分别是三个每轴六项，分别是三个角度误差（角摆、俯角度误差（角摆、俯仰、自转）两个直线仰、自转）两个直线度误差度误差 一个位置度误差；一个位置度误差； 三个垂直度误差。三个垂直度误差。2.6.1坐标测量机的验收指标坐标测量机的验收指标测量机的精度表示及检测规范：测量机的精度表示及检测规范

54、：1. MPEE，E：五块量块，七个方向，量三次：五块量块，七个方向，量三次2. MPEp，P：二十五点测球，：二十五点测球，P=rmax-rminZYXMPEEMPEP长度测量最大允许示值误差长度测量最大允许示值误差最大允许探测误差最大允许探测误差2.6.2坐标测量机坐标测量机21项误差项误差21项误差：项误差： 每轴六项，分别是三个角度每轴六项，分别是三个角度误差（角摆、俯仰、自转）两个误差（角摆、俯仰、自转）两个直线度误差直线度误差 一个位置度误差；一个位置度误差； 三个垂直度误差。三个垂直度误差。2.6.32.6.3坐标测量机的验收指标坐标测量机的验收指标测量机的精度表示及检测规范：测量机的精度表示及检测规范：1. MPEE，E：五块量块，七个方向，量三次：五