坐标测量技术在设计及制造领域中的应用

初识三坐标测量机三坐标测量机：通过测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。将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，由软件进行数学运算，求出待测的几何尺寸和形状、位置。测头作为工件测量的传感器，有接触式和非接触式。21ZYX3OIAOIXYZ初识三坐标测量机初识三坐标测量机初识三坐标测量机制造业中的质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致。但是，保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制。建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确地测量工件尺寸，获得尺寸信息后，分析和反馈数据到生产过程中，使之成为持续提高产品质量的有效工具。坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间大大缩短。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。

复杂几何形状工件的计量解决方案复杂几何形状工件的计量解决方案在计量科学领域，人们根据被测对象几何形状的复杂程度，将工业领域中的测量问题分为箱体类工件测量和具有复杂几何形状工件测量。箱体类工件就是指那些由基本几何元素（点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球）组成的几何工件，包括齿轮箱工件，发动机箱体，机床加工部件或者是由简单的自由形状曲面组成的冲压模、铸模、玻壳工件等等。箱体类零部件的测量发动机缸体传动部件轮毂和悬浮装置燃料和管道部分复杂几何形状工件的计量解决方案复杂几何形状工件，这类工件主要由具有明确数学定义的复杂曲线曲面构成，例如各种类型的齿轮，齿轮加工刀具，凸轮轴，配对螺旋压缩机转子部件，蜗杆蜗轮以及步进齿轮等等。复杂形状零部件的测量齿轮齿轮刀具螺旋压缩机转子凸轮和凸轮轴叶片钣金件的测量冲压件分总成总成仪表板及其他成像测量非接触,放大测量:电子和集成电路;汽车;模具和塑料制品;医疗器械…功能:表面和轮廓测量三维尺寸测量微小尺寸测量激光跟踪测量大型、超大型尺寸测量T-ScanT-Probe激光跟踪测量大型工装的检测激光跟踪测量飞机装配与机器人校准激光跟踪测量大型尺寸工件的检测大尺寸部件的装配激光跟踪测量系统校准加工中心的校准部件的找正在传统测量方法上：箱体类工件的检测－－三坐标测量机；复杂几何形状工件的测量－－专用测量设备，例如专用齿轮检测仪、专用凸轮检测设备等完成具有。因此对于从事生产复杂几何形状工件的企业来说，完成上述产品的质量控制企业不仅需要配置通用测量设备，例如三坐标测量机，通用标准量具、量仪，同时还需要配置专用检测设备，例如各种尺寸类型的齿轮专用检测仪器，凸轮检测仪器等。复杂几何形状工件的计量解决方案当前坐标测量机与专业计量软件相结合，在工业计量领域实现了完全意义的通用计量检测设备。不但能够执行箱体类工件的高精度检测，而且能够执行具有复杂几何形状工件的计量检测任务。例如，PMM-C坐标测量机能够执行各种类型齿轮工件检测，齿轮加工刀具的检测，螺旋压缩机转子部件的检测，气轮机叶片的检测以及蜗轮蜗杆的检测。在复杂几何形状的制造领域，PMM-C高精度坐标测量机与工业级测量软件QUINDOS的结合，对生产企业的测量技术革新，测量效率的提高以及整体生产成本的降低发挥着越来越重要的革新作用。复杂几何形状工件的计量解决方案三坐标测量机主要应用面向加工制造业(以汽车、电子、航空航天、模具、机床行业为主体)，涉及产品设计、工艺设计、过程控制和质量保证三个主要领域：三坐标测量机结构-分类根据测量机测头安置的方位，有三种基本类型：垂直式、水平式和便携式。三坐标测量机结构-分类垂直式坐标测量机在垂直臂上安装测头。这种测量机的精度比水平式测量机要高，因为桥式结构比较稳固而且移动部件较少，使得它们具有更好的刚性和稳定性。垂直式三坐标测量机包含各种尺寸，可以测量从小齿轮到发动机箱体，甚至是商业飞机的机身。

水平式测量机把测头安装在水平轴上。它们一般应用于检测大工件，如汽车的车身，以中等水平的精度检测。三坐标测量机结构-分类便携式测量机简化了不能移到测量机上的工件和装配件的测量，可以在工件或装配件上面或里面测量。配置有锂电池及蓝牙，方便与笔记本的数据传输。可在装配现场及户外测量，可测量大型工件。

三坐标测量机结构-分类便携式测量机简化了不能移到测量机上的工件和装配件的测量，可以在工件或装配件上面或里面测量。配置有锂电池及蓝牙，方便与笔记本的数据传输。可在装配现场及户外测量，可测量大型工件。

三坐标测量机结构-分类便携式测量机简化了不能移到测量机上的工件和装配件的测量，可以在工件或装配件上面或里面测量。配置有锂电池及蓝牙，方便与笔记本的数据传输。可在装配现场及户外测量，可测量大型工件。

三坐标测量机结构-分类三坐标测量机结构工作台：早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的。但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。三坐标测量机结构平面用于摆放、螺孔用于固定零件支撑桥架三坐标测量机结构导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。多数三坐标测量机采用空气静压导轨，它具有制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等优点。气浮导轨的进气压力一般为3～6个大气压，要求有稳压装置。三坐标测量机结构123456A-AAA三坐标测量机气浮导轨的结构1—工作台2—气垫3—滚轮4—压缩弹簧5—导向块6—桥架三坐标测量机结构空气轴承气路系统(过滤器、开关、传感器、气浮块、气管)，使运动部件无摩擦手动旋转测头TesaStar可分度手动旋转测头TesaStar-I自动可分度测头系统TesaStar-M三坐标测量机结构测头三坐标测量机结构触发式探测系统机械测头包括三个电气触点。在探针偏移后，至少一个触点断开。这时，测量机将立即读取X、Y和Z坐标。这些坐标值代表了这一瞬间的探针测球中心坐标。接触断开三坐标测量机结构主要应用领域：精确测量逆向工程工件/CAD模型的尺寸校准仿形铣快速造型扫描式探测系统：为快速获取复杂轮廓和自由形状物体的几何数据而采用的探测装置主要目的：精确重现物体的几何形状三坐标测量机结构非接触扫描式探测系统PolygonizedModel扫描–获取数据原始多边形点云曲面数据三坐标测量机结构光学测量系统测量一个大型工件，具备一些薄壁特征摄像头倾斜40三坐标测量机结构测量软件：通用测量软件专用测量软件数据统计分析软件箱体类工件，无CAD模型具备CAD模型的箱体类工件具备CAD模型的自由曲面工件三坐标测量机结构测量机的基本硬件，有多种结构形式活动桥式；固定桥式；龙门式；水平臂式；关节臂式。三坐标测量机结构活动桥式活动桥式测量机全铝合金桥式结构，具有十分出色的热传导性能，刚度高和动态性能好。备有手动和CNC两种型号。有效行程：X： 700~1400mm

Y： 550~650mm

Z： 400~500mm精度：3.0+3.5L/1000µm速度：0.52米/秒半桥式测量机铝合金半桥式结构：X轴导轨采用半桥式结构以减轻运动部件的重量，重量轻，精度高，是同类型号中具有最高性能价格比的测量机。有效行程：X： 500mm

Y： 400mm

Z： 400mm精度：2.5+3.0L/1000µm速度：0.52米/秒三坐标测量机结构固定桥式三坐标测量机结构固定桥式三坐标测量机结构龙门式三坐标测量机结构龙门式用于大尺寸检测的CMM铝合金的运动部件；X和Y导轨被完全封闭；有效行程：X： 3000~5000mmY： 2000~2500mmZ： 1000~1500mm精度：7+8L/1000µm空间速度：0.66米/秒大尺寸高精度CMMMCT龙门式大尺寸测量机,具有高精度,高刚性，高稳定性,十分适用于大型工件的精密测量。是航空，航天，汽车和大型模具业界的必备检测设备。有效行程：

X：2500~15000mm

Y：1000~4000mm

Z：1000~2500mm精度：From5.0+5.0L/1000µm速度：0.6米/秒三坐标测量机结构龙门式超高精度三坐标测量机结构水平臂式水平臂(悬臂)CMMSWAN/HORIZON系列水平臂式测量机，SWAN测量机采用气浮导轨，精度更高；HORIZON测量机采用滚珠轴承，承载力大，适合于测量和划线。有效行程：

X： 2000~12000mm

Y： 1000~1600mm

Z： 1000~2000mm精度：from10+15L/1000µm速度：0.53米/秒高稳性测量单元X轴采用高精度线性导轨，保证获得最大的刚度，Y和Z轴采用气垫。该机型可以是单臂或双臂配置。有效行程：

X：5000~8000mm

Y：1400~1600mm

Z：2000~3000mm精度：15+18L/1000µm速度：0.58米/秒水平臂及高稳性测量单元应用三坐标测量机结构关节臂式三坐标测量机结构关节臂式关节式测量机

便携式测量单元；6个旋转轴，具有最大的自由度；有效行程：1500~4000mm单点精度（2）：0.026µm单点精度（EMAX）：0.036µm携式激光测量系统，实时显示和输出。三坐标测量机结构CCD测量三坐标测量机结构三坐标测量机关键零部件结构桥架：支撑Z滑架，形成互相垂直的三轴三坐标测量机关键零部件结构滑架：使横梁与平衡装置的Z轴连接三坐标测量机关键零部件结构导轨：具有精度要求的运动导向轨道，是基准。三坐标测量机关键零部件结构光栅系统(光栅、读数头、零位片)：是基准三坐标测量机关键零部件结构驱动系统(伺服电机、传动带)三坐标测量机关键零部件结构空气轴承气路系统(过滤器、开关、传感器、气浮块、气管)：使运动部件无摩擦CMM的数控系统遥控操作盒控制柜测量软件多语言支持，并有中文版；软件计算精度经PTB权威认证；具有双臂测量结果的集成和双臂防碰撞保证；内含点到点扫描功能，轻松实现曲线曲面扫描；软件开放性好，方便与其它CAD或SPC软件交换数据和程序；编程语言丰富，包括元素测量，数据输出，文件操作，算术计算和逻辑运算。企业计量解决方案结果数据库脱机编程主服务器远程报告端口光学量仪关节臂测量机加工中心调整CAD手动量仪照相测量系统测量机测量机器人激光跟踪仪企业计量解决方案量具量仪通用卡尺卡尺和深度卡尺外径千分表数显千分表杠杆表内外径尺寸测量规企业计量解决方案量具通用卡尺卡尺和深度卡尺外径千分表数显千分表杠杆表内外径尺寸测量规电感测头和中小测量部件增量传感器手动测量高度尺粗糙度仪块规和塞规水平仪测头Tesastar手动旋转TesastarI手动分度TesastarM自动分度LSPX3最大加长杆长度：360mmLSPX5最大加长杆长度：500mmLSPS2/S4最大加长杆长度：600-800mm点到点测头T-Probe轻便型测头高精度扫描测头接触式测头非接触式CMM-VCCD照相G-SCAN线激光测头G-Tube非接触管件测头T-Scan便携式扫描头测头连续伺服关节CW43L最大测头加长长度：570mm测头在触发测量困难的时候，采用光学测量系统测头接触式触发测头TP20触发式测头TP200高精度触发式测头TP7M高精度触发式测头TP6/6A触发式测头MIP触发式测头TESASTAR固定式测头TP20测头TP20属于动态触发式测头。由测头本体和可分离测头吸盘两部分组成，在不需要重新修正的情况下，就可完成对探针配置的变换。

TP20可实现对于现有TP2测头的应用升级，使得无论是手动还是数控测量机，均可具备探针更换功能。TP20特点：

-动态触发测头，能够为手动和数控测量机提供探针更换功能

-可实现TP2测头的升级

-可实现五方向操作

-通过快速自动或手动更换探针而缩短检测周期

-具备标准测力、小测力、大测力三种吸盘

-与现有触发测头接口兼容TP200高精度触发式测头TP200测头，包含有微力传感器，具备优异的测量重复性和精确的空间形状测量精度。即使是在携带长探针的情况下。TP200测头，具备超微触发技术，避免了传统测头常会出现的拖动情况。内置ASIC电路，保证了上百万次的可靠操作。

TP200的特点：

-优异的重复性

-精确的三维形状测量

-探针长度可达到100mm

-吸盘的寿命达到上百万次

-尺寸紧凑

-与RENISHAW全系列测座和附件兼容TP7M高精度触发式测头产品综述：

TP7M采用应变片技术，较传统的触发式测头具有更高的精度。采用自动连接，从而为数控测量机提供了自动更换功能。

TP7M测头的特点：

-良好的精度和重复性

-探针长度可达到150mm

-六方向感应

-自动更换功能

TP6/6A触发式测头产品综述：

TP6测头较TP20测头系列精度更好，携带加长杆更长。同时，TP6采用M8螺纹固定，TP6A可自动连接，从而使得测头的更换速度更快。

TP6/6A的特点：

-自动连接或采用M8螺纹连接

-与全系列RENISHAW测座兼容

-探针过行程范围更大

-牢固可靠

-探测力可调MIP触发式测头产品综述：

手动分度测头系统MIP，是一个简洁的组合测头测座系统。具备168个可重复测头位置，避免了由于测头位置变换过程中的测头重新校正工作。测头探测力可调，可使用长达60mm的探针。通过杆固定，使得测头与测量机形成一个整体。

MIP测头特点：

-将测头与测座整合为一个紧凑的整体

-15度进位

-高重复性动态定位，避免了在不同位置变换中的测头校正

-整体牢固可靠

-采用杆固定方式

-是手动测量机的理想选择TESASTAR固定式测头产品综述：

TESASTAR固定式测头，是手动测量机的理想选择。

TESASTAR测头，结构紧凑、牢固可靠。这种新型的三方向测头，通过六角扳手进行触测力的调整。该测头可配套各种M3探针使用。

接触式扫描测头扫描测头能够以每秒钟数以百计的点进行工件表面点数据的采集。测量软件从而可凭借这些点进行特征形状的评价，同时计算出其尺寸和位置。扫描测头还可以用类似触发式测头的方法进行分离点数据的采集。Renishaw扫描测头具有创新性的、轻质量被动式机械结构(无电机或锁定机械结构)，具有良好的自然频率，从而适用于高速扫描。隔离光学计量系统，直接反映探针的偏移(不通过测头结构内部的各轴)，使得精度更好，并具备快速的动态响应。具有多种配置和解决方案，从而可适用于各种尺寸和配置的测量机。SP80模拟扫描测头产品综述：

SP80扫描测头在SP600家族的被动式扫描技术的基础上，采用数字式读数头，从而具备超高测量精度。固定在坐标测量机的主轴上，SP80能够携带长达500mm的探针，同时仍然具备良好的测量性能。SP80能够携带重量达到500g，并具有星形探针配置。动态探针更换装置，能够重复定位探针，以便于具有合适的探针配置以完成特定检测特征的检测。SP600M扫描测头产品综述：

自动连接，多线式模拟扫描测头，具备高性能的检测、数字化和轮廓扫描功能。

SP600M测头结合了Renishaw获得专利的自动连接技术，可通过PH6M手动测座或者PH10M和PH10MQ机械式测座进行连接，实现快速、可重复的测头定位，从而以更好的方位触测到工件。探针更换模块允许在不同探针配置中高重复性变换，减少了测头重新修正的需要，从而节省了时间，提高了效率。利用SCR600吸盘更换架，可实现对于探针吸盘的自动更换。为增加其灵活性。AC1或AC2计算机接口卡提供了测头与主机直接的通讯。

SP600Q扫描测头主轴固定式、紧凑的模拟扫描测头SP600Q，提供了高性能的检测、数字化和轮廓扫描功能。

这种测头在设计上能够直接固定到测量机的主轴上，使得测头总长仅为98mm。这使得在使用小尺寸测量机时工作区间达到最大，并通过增加了刚性而使得性能提高。

探针更换模块允许在不同探针配置中高重复性变换，减少了测头重新修正的需要，从而节省了时间，提高了效率。利用SCR600吸盘更换架，可实现对于探针吸盘的自动更换。为增加其灵活性。

AC1或AC2计算机接口卡提供了测头与主机直接的通讯。

SP25M扫描测头新型SP25M扫描测头，采用创新性的Renscan技术，具有极大的灵活性的同时保持了良好的扫描性能。作为创新一代的产品，SP25M集两种测头为一身，可通过扫描进行形状的评价，同时通过触发测量，完成尺寸和位置的测量。

凭借25mm的直径，SP25M能够固定在机械式关节测座，如PH10M，并可配备PEM系列加长杆，从而能够触测到较深的特征。

具有一整套内部可更换扫描测头模块，能够连接从20mm到200mm长的探针。同所有的RENISAHW扫描测头一样，SP25M具有动态探针更换功能以及碰撞保护功能。

更大的灵活性还表现在SP25M模块化的设计，允许RenishawTP20测头能够连接以执行触发测量，从而可使用在不需要扫描和进行离散点的采集的场合下。

SP25M扫描测头非接触测头非接触测头主要分为激光扫描测头和视频测头两种。

激光扫描测头主要用于实现较软材料或一些特征表面进行非接触测量。测头在距离检测工件一定距离(比如50mm)，在其聚焦点一定范围内进行测量，采点速率在200点/秒以上。通过对大量采集数据的平均处理功能而获得较高的精度。视频测头进一步提高了测量机的应用，使得许多过去采用非接触测量无法完成的任务得以完成。一些诸如印刷线路板、触发器、垫片或直径小于0.1mm的孔可采用视频测头进行测量。操作者可将检测工件表面放大50倍以上，采用标准的或可变换的镜头实现对细小工件的测量。WIZProbe激光扫描测头LC系列光学扫描测头METRIS公司LC系列光学扫描测头能够方便地整合在测量系统中。

-创新性的设计，能够与RenishawPH10测座连接，并可使用Renishaw测头更换架，自动程度更强

-将测量机的精度、激光扫描的速度和PH10定位的灵活性集于一身

-采用最新激光扫描技术

-每秒钟可以采集19200个点

-直接将测量结果导入到Metris软件中

METRIS的LC光学扫描测头，可固定在RenishawPH10M机动测座上。利用LC测头，三轴的测量机可变成5轴的光学数字化系统。并采用光学三角法作为其测量原理。

LC光学测头以用非常快的速度对您的物理原型工件进行密集数字化复制，或者是完成特定区域和特征进行测量SCS01A

SCS01A光学测头配套小型测量机使用，能够将被测工件的边缘、小孔等要素经过光学放大，在显示器上进行放大的图象显示。在被测要素与计算机产生的对准标记(十字丝或圆)对准后，PC-DMIS测量软件可实现对被测要素坐标位置的测量,从而可利用PC-DMIS软件进行进一步的评价与分析。

探针Prob探针ProbWIZprobe激光扫描系统Anon-contactscanningandmeasuringprobefor:CMMs&PortableCMMsProductionSystemsNextecProducts激光扫描系统的参数测量精度 6微米（1sigma）测量重复性 2微米（1sigma）测量分辨率 1微米测量动态范围 50mm±5mm采样速率 50点/秒激光光斑直径 30微米零件最大倾角 45°适用材料 从黑色材料到光亮金属输出功率 <1毫瓦，二类激光产品重量 650克

HawkRapid3DscanninganddigitizingsystemLargeHawkHawk544Hawk764Hawk1064Hawk775Hawk1075Hawk1275Hawk1475HawkVs.CycloneTypicalApplicationsMold&die,freeformpartsReverseengineeringTurbinebladesPlastics,compositesandpolymers3DE-commerceSoftmaterialandthinwallpartsCuttingtools,drills,gearsMedicalapplicationsDimensional

Verification

Turbine

BladeScanningQuality

ReportSolidModelPointcloud激光系统扫描工件后，产生百万数量级的点云数据。在逆向工程中，这些数据可以直接输出到快速成型系统。也可以通过IGES格式输入到CAD系统中，进行修改和再设计。如果用户具有CAD设计模型，点云数据可以直接与CAD数模比较，产生误差比较图。BladeScanMold&DieMeshingthePointcloudTheBladetrianglesShadingtheBladetriangles-STLformatTheScanningProcessScanningResults3DpointcloudoutputoftheMoldMeshingthePointcloudTrianglesShadingSTLformat

SurfacingSurfacing“IGES”FormatBladeMoldReverseEngineeringCrossSectionResults

TheScanningProcessBlademountedonafixtureThescanningoperation–usingtheHawksystemScanningResults

Pointcloud3DpointcloudoutputoftheBladeMeshingthePointcloudTheBladetrianglesShadingtheBladetrianglesSTLformatBlade

SurfacingusingSurfacingSWCrossSectionResults

ReverseEngineeringScanningPointcloudCAD

DrawingSolid

ModelPalmPilot3Dpointcloudoutput

AfterShadingCrossSectionsVerticalCrosssectionsHorizontalCrosssectionsRadialCrosssectionsShadingtheWaterNozzleSampleScanMold

&DieofBulldogCoinsScanoftheWholeLidTypicalApplicationsStampingMold&DieMachiningToolsInjectionMoldingE-CommerceDimensionalVerification-468-466-464-462-460-458-456190192194196198200202204206GearTurbineBladeEndMillRawDataCSPApplication

SolderbumponasiliconchipCSPApplication

SolderbumponasiliconchipData

Analysis测量机的附件更换架测量机的附件校准球及支架测量机的工作环境条件温度环境温度20℃±2℃梯度要求空间<1℃/m3时间<2℃/8h湿度20％～70％最好40％～60％湿度测量机的工作环境条件压缩空气: