1、三坐标测量机浅介,三坐标测量机浅介,第一章、 谢菲尔德（Sheffield）简介 第二章、 海克斯康简介 第三章、 三坐标测量机(CMM) 第三章、 DISCOVERY D12 CMM 第四章、 Brown&Sharpe Global CMM 第五章、 Brown&Sharpe Global Plus CMM 第六章、 MISTRAL070705 CMM,三坐标测量机浅介,谢菲尔德简介 海克斯康简介,三坐标测量机浅介谢菲尔德简介1,Sheffield公司 1906年成立，由Oscar Polk 创建 1933年公司更名为Sheffield Gage Corporation Sheffield拥
2、有自己的坐标测量机设计和制造中心，在Fond DU Lac,Wisconsin拥有9500平方米的厂房 目前， 公司隶属于Hexagon 计量集团,三坐标测量机浅介谢菲尔德简介1,Sheffield出品 1965年公司生产出第一台Cordax CMM.是世界上第一台实际意义上的三轴CMM 拥有 Endeavor 和Discovery 两大主产 Discovery：机器性能：可控性好稳定性强；速度性强。三轴分别由伺服马达(Servo)驱动。伺服电动机，也叫执行电动机，它服从控制信号的要求而动作的职能。其特点： 信号到来之前，转子不动；信号到来之后，转子立即转动；信号消失，转子立即停止转动。,三坐
3、标测量机浅介,海克斯康简介 HEXAGON集团 海克斯康测量技术(青岛)有限公司,三坐标测量机浅介海克斯康简介1,HEXAGON集团 1992年成立 总部瑞典斯德哥尔摩 核心业务：计量，工业自动化，工程技术，化工 2001年Brown&Sharpe 与Wilcox 公司并入海克斯康集团，海克斯康计量成立,三坐标测量机浅介海克斯康简介2,海克斯康测量技术(青岛)有限公司海克斯康中国区总部 是瑞典HEXAGON与中国航空工业第二集团公司下属青岛前哨精密机械公司共同投资在中国组建的合资公司,海克斯康公司的前身是青岛前哨朗普测量技术有限公司,即Brown&Sharpe前哨.Brown&Sharpe前哨
4、的前身是青岛英柯发测量设备有限公司.(1998年前哨与Brown&Sharpe合资成立Brown& Sharpe 前哨, 2004年Brown & Sharpe 前哨更名为海克斯康) 海克斯康计量产业集团的核心成员 海克斯康计量产业集团13个测量产品制造基地之一 与美国Brown & Sharpe公司、意大利DEA公司、德国LEITZ公司、瑞典CE JOHANSSAN公司并列，为世界五大测量机制造基地之一,三坐标测量机(CMM),三坐标测量机基本概念 三坐标测量机的发展史 三坐标测量机组成 三坐标测量机的使用 三坐标测量机的用途 三坐标测量机类型 三坐标测量机保养 三坐标测量机品牌 影响三坐标
5、测量机测量精度的因素,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量仪也可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器,可在三个相互垂直的导轨上移动,探测器以接触或非接触等方式采集传送讯号,三个轴的位移测量系统 ( 如光栅尺 ) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器“.三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、几何精度及轮廓精度，逆向工程等.,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出
6、其尺寸和形位误差。数控测量工作的实质是将模拟量转化为数值量,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,将被测物体置于三坐标测量空间，根据测量任务采集被测对象的若干点的三维空间坐标值，由这些点的空间坐标值，通过计算求出被测物体的几何尺寸、形状或几何要素的空间位置。,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,坐标测量机的三个运动轴x、y、z及分别安装于其上的3把测量尺(光栅尺)，在整个测量空间建立起一个笛卡尔直角坐标系(图a中的OMxMyMzM)，通常称这个坐标系为机器坐标系，一切测量运动都在这个坐标系中进行。在测量空间的被测工件上各要素的被测部位由测头进行瞄准，测头的运动位置由
7、3把测量尺记录，并由3个相应的读数头读出具体坐标值，然后将测量信号反馈到计算机进行储存，计算机及其相应软件将对测量数据进行计算、处理和输出。,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标即三坐标测量机，它是指在三维可测的空间范围内，能够根据测头系统返回的点数据，通过三坐标的软件系统计算各类几何形状、尺寸等测量能力的仪器 坐标测量机的定义：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,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量机的测量
8、过程,是由测头通过三个坐标轴导轨在三个空间方向自由移动实现的，在测量范围内可到达任意一个测点。三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算出待测的几何尺寸和形位误差。另外，在测量工作台上，还可以配置绕Z 轴旋转的分度转台和绕X 轴旋转的带顶尖座的分度头，以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,所谓“次元”其实可以简单解释为事物于一个空间里面的层次表现，就好像我们所存在的立体三维空间，里面所包含的事物都有其本身的质量及体积，而构成体积则要有长度、阔度与及高度等要素。事物由最初的一点伸延为线(第一次元)，然
9、后由线伸延成面(第二次元)，再由面伸延成为立体(第三次元)。人类文化 上的物理学都建基于这三维空间里面，但当事物发展到立体层面(第三次元)后又能否再伸延发展下去呢？ 而于立体之上还有更高层次的存在吗？答案是有的，但是就需要换一个角度去观察,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三次元称呼影像式三次元, cnc三次元,影像三次元,经济型三次元,光学影像测量仪,龙门型三次元,cnc全自动大行程三次元,非接触三次元,光学三坐标测量机,三坐标测量仪,三维坐标,光学三次元,探针型三次元,经济型手动三次元测量机,高精度全自动三次元测量机,计量型三次元测量机,三次元测量机,二次元测量仪,三次元测量仪,三次元,活
10、动桥式三次元测量机,固定桥式三次元测量仪,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,次元是指测量长度的基准轴。按照轴的个数划分为几次元，通常有以下几种：一维（1D）工具：游标卡尺、千分尺、高度尺等。特点：有一个标有刻度的轴。二维（2D）工具：工具显微镜、投影仪等。特点：有两个标有刻度的轴组合在一起，有感知位置的敏感装置，可以同时读取两轴的数据。三维（3D）工具：三坐标测量机CMM（Coordinate Measure machine,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位置（即总体结构形式）对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。,
11、三坐标测量机三坐标测量机基本概念,21项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，包括双频激光干涩仪、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。这21项中有： (1) X、Y、Z三个方向的位置度。 (2) 沿X、Y、Z三个方向运动时的6个直线(3 x 2) (3) 沿X、Y、Z三方向运动时自转、俯仰、方向九个角摆。 (4) X、Y、Z各轴间3个垂直度。对于平臂测量机则为24项误差，即加上水平臂伸出时的政策垂量误差。,三坐标测量机三坐标测量机基本概念,三坐标测量机的概念 21项误差|21项误差补偿|三坐标
12、验收标准 首先搞清楚21项误差是那些误差；因为测量机都是气浮的，按照气浮的误差产生种类分为转动误差和平动误差，按照不同的旋转轴向和平动方向每轴共有6项误差，三轴共18项，加上三轴的垂直度共计21项；习惯上把旋转误差叫角摆误差，平动误差叫做直线度误差和定位精度； 角摆的补偿方法是用电子水平仪和光管，这些误差只能检测出来进行补偿，在电脑软件中建立正确的数学模型，所以只有补偿没有检测；直线度是使用千分表和花岗岩直尺检测；定位精度使用双频激光干涉仪补偿；检测是使用不低于三等精度的量块，垂直度也同样使用量块；如果镜头齐全，18项补偿都可以使用双频激光干涉仪补偿； 按照现在的国家标准，检测时是使用最长不短
13、于全量程2/3的量块，最长1米，最短不长于30mm的5块量块打7个位置，共计105块，全部符合要求才能算是精度合格；详细内容可以查看iso10360标准。,三坐标测量机三坐标测量机发展史,三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称 CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础,三坐标测量机三坐标测量机发展史,1960年，英国
14、FERRANTI公司研制成功世界上第一台三坐标测量机，到20世纪60年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产CMM，不过这一时期的CMM尚处于初级阶段。进入20世纪80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三丰、SIP、FERRANTI、MOORE等为代表的众多公司不断推出新产品，使得CMM的发展速度加快。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程,三坐标测量机三坐标测量机发展史,第一代：世界上第一台测量机是英国的FERRANTI公司于1959年研制成功的。当时的测量方式是测头接触工件后，靠
15、脚踏板来记录当前坐标值，然后使用计算器来计算元素间的位置关系。1964年，瑞士SIP公司开始使用软件来计算两点间的距离，开始了利用软件进行测量数据计算的时代。70年代初，德国ZEISS公司使用计算机辅助工件坐标系代替机械对准，从此测量机具备了对工件基本几何元素尺寸、形位公差的检测功能,三坐标测量机三坐标测量机发展史,第二代：随着计算机的飞速发展，测量机技术进入了CNC控制机时代，完成了复杂机械零件的测量和空间自由曲线曲面的测量，测量模式增加和完善了自学习功能，改善了人机界面，使用专门测量语言，提高了测量程序的开发效率,三坐标测量机三坐标测量机发展史,第三代：从90年代开始，随着工业制造行业向集
16、成化、柔性化和信息化发展，产品的设计、制造和检测趋向一体化，这就对作为检测设备的三坐标测量机提出了更高的要求，从而提出了第三代测量机的概念。其特点是：1、具有与外界设备通讯的功能2、具有与CAD系统直接对话的标准数据协议格式；3、硬件电路趋于集成化，并以计算机扩展卡的形式成为计算机的大型外部设备。,三坐标测量机三坐标测量机组成,三坐标测量机三坐标测量机组成,三坐标测量机三坐标测量机组成,三坐标测量机三坐标测量机组成,机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。人工驱动的手
17、轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部 电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成，用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理,三坐标测量机三坐标测量机组成,380V,测量机主体,控制箱,计算机,手控盒,打印机,测 头,空气压缩机,冷干机,UPS,稳压源,220V,RENISHAW 测头控制盒,串行线,油水分离,三坐标测量机三坐标测量机组成,测量机主机 控制系统 测头测座系统 计算机(测量软件)系统,三坐标测量机组成测量机主机,类型 结构特点 活动桥式测量机,测量机主机类型,按结构形式分类 按测量范围分类 按测量精度分类 按自动化程度(技
18、术水平)分类,测量机主机类型,按结构形式分类,测量机主机类型,按结构形式分类 活动桥式 固定桥式 水平臂式 关节臂式(旋臂式) 高架桥式 龙门式 坐标式 仪器台式,测量机主机类型,按结构形式分类活动桥式,测量机主机类型,按结构形式分类 活动桥式 使用广泛 结构简单、刚性好 开敞性好、视野开阔 承载能力好 上下零件方便 精度较高 种类齐全 代表机型:GLOBAL系列,测量机主机类型,按结构形式分类 活动桥式 这种结构的X向驱动位于桥框一侧，桥框移动时易产生绕Z轴偏摆，而该结构的X向标尺也位于桥框一侧，在Y向存在较大的阿贝臂，这种偏摆会引起较大的阿贝臂误差 该结构主要用于中等精度的中小机型,测量机
19、主机类型,按结构形式分类固定桥式,测量机主机类型,按结构形式分类 固定桥式 桥架固定 结构稳定 刚性好 三轴运动相互独立 中央驱动、角摆小 中心光栅阿贝误差小 精度高(1.0L/350m) 代表机型:ZC机、PMM机,测量机主机类型,按结构形式分类 固定桥式 工作台负载能力小 结构敞开性不好 桥框固定不动，X向标尺和驱动机构可安装在工作台下方中部，阿贝臂及工作台绕Z轴偏摆小 主要部件的运动稳定性好，运动误差小 主要用于高精度的中小机型,测量机主机类型,按结构形式分类 中心门移动式 结构比较复杂 敞开性一般 兼具移动桥式结构承载能力强和固定桥式结构精度高的优点 适用于高精度、中型尺寸以下机型,测
20、量机主机类型,按结构形式分类水平臂桥式,测量机主机类型,按结构形式分类水平臂桥式,测量机主机类型,按结构形式分类 水平臂式 X向长，Z向较高 开敞性好 测量范围大 适用于汽车钣金件 代表机型:VENTO,测量机主机类型,按结构形式分类 悬臂式 轻结构简单 很好的敞开性 滑架在悬臂上作Y向运动时，会使悬臂的变形发生变化，故测量精度不高 用于测量精度要求不太高的小型测量机,测量机主机类型,按结构形式分类关节臂桥式,测量机主机类型,按结构形式分类 关节臂式 轻便 灵活 对环境要求低,测量机主机类型,按结构形式分类高架桥式,测量机主机类型,按结构形式分类 高架桥式 大型零件测量 大型模具 长度长 刚性
21、好 双光栅 双驱动,测量机主机类型,按结构形式分类龙门式,测量机主机类型,按结构形式分类 龙门式 大型测量 代表机型:ALPHA,测量机主机类型,按结构形式分类 龙门式 移动部分只是横梁，移动部分质量小，整个结构刚性好 三个坐标测量范围较大也可保证测量精度 适用于大机型 立柱限制了工件装卸，单侧驱动时仍会带来较大的阿臂贝误差，而双侧驱动方式在技术上较为复杂，只有Y向跨距很大、对精度要求较高的大型测量机才采用,测量机主机类型,按结构形式分类 单柱移动(仪器台)式 它是在工具显微镜的结构基础上发展起来的 操作方便 测量精度高 结构复杂 测量范围小 适用于高精度的小型数控机型,测量机主机类型,按结构
22、形式分类 单柱固定式 它是在坐标镗的基础上发展起来的 结构牢靠、敞开性较好 工件的重量对工作台运动有影响 两维平动工作台行程不可能太大 仅用于测量精度中等的中小型测量机,测量机主机类型,按结构形式分类 横臂立柱(水平臂)式 结构简单、敞开性好 尺寸也可以较大 因横臂前后伸出时会产生较大变形，故测量精度不高 用于中、大型机型,测量机主机类型,按结构形式分类 横臂工作台移动式 敞开性较好 横臂部件质量较小 工作台承载有限，在两个方向上运动范围较小 适用于中等精度的中小机型,测量机主机结构特点,结构简图,悬臂式,桥式,龙门式,坐标镗床式,卧式镗床式,测量机主机结构特点,固定工作台悬臂式 有沿着相互正
23、交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一和第二部分的总成相对第三部分作水平运动. 第三部分以悬臂状被支撑在一端,并相对机座作水平运动,机座承载工件.,测量机主机结构特点,移动桥式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一和第二部分的总成相对第三部分作水平运动. 第三部分被架在机座的对应两侧的支柱支承上,并相对机座作水平运动,机座承载工件,测量机主机结构特点,龙门式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一和第二部分的总成相
24、对第三部分作水平运动. 第三部分在机座两侧的导轨上作水平运动,机座承载工件,测量机主机结构特点,L型桥式式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一和第二部分的总成相对第三部分作水平运动. 第三部分在机座平面或低于平面上的一条导轨和在机座上另一条导轨的两条导轨上作水平运动,机座承载工件.,测量机主机结构特点,固定桥式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一和第二部分的总成沿着牢固装在机座两侧的桥架上端作水平运动,在第三部分上安装工件.,测量机主机结构特点,移动工作台悬臂
25、式 机有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第二部分以悬臂状被支承在端,并相对机座作水平运动 第三部分相对机座作水平运动并在其上安装工件.,测量机主机结构特点,柱式 有两个可移动组成部分,装有探测系统的第一部分装相对机座作垂直运动 第二部分装在机座上并相对其沿水平方向运动，在该部分上安装工件,测量机主机结构特点,水平悬臂移动式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分装在第二部分上并相对其作水平运动 第一和第二部分的总成相对第三部分作垂直运动. 第三部分相对机座作水平运动，并在其上安装工件.,测量机主机结构特点
26、,固定工作台水平悬臂式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分在水平(见图9a)方向以悬臂状被支承在一端,并相对第二部分作垂直运动 第二部分相对第三部分作水平运动 第三部分相对机座作水平运动，并在其上安装工件.一种补充的测量机结构是在机座上轴线为垂直的转台,工件装在转台上,测量机主机结构特点,移动工作台水平悬臂式 有沿着相互正交的导轨而运动的三个组成部分,装有探测系统的第一部分在水平方向以悬臂状被支承在一端,第一部分装在第二部分上并相对其作垂直运动 第一、第二部分的总成和第三部分相对机座作水平运动,工件装在第三部分上,测量机主机活动桥式测量机 1,构成及功能 工作台:
27、摆放夹具及零件支撑桥架 早期一般是由铸铁或铸钢制成的 现广泛采用花岗石(变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工) 有些装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围 有些备有旋转工作台，以扩大测量功能,测量机主机活动桥式测量机 2,构成及功能 桥架:测量机主机的重要组成部分,由主、附腿和横梁、滑架等组成。桥架的驱动部分和光栅基本都在主腿一侧，附腿主要起辅助支撑的作用。滑架，使横梁与有平衡装置的Z轴连接，滑架上有两轴的全部气浮块和光栅的读数头、分气座。气浮块和读数头直接影响测量机精度，不允许调整,测量机主机活动桥式测量机 2,构成及功能 导轨:是气浮块运动的轨道，测量机的基准之一，应避
28、免对导轨的磕碰，定期清洁导轨(压缩空气中的油水及空气中的灰尘会污染导轨，影响测量精度) 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 在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，常用的为滑动导轨和气浮导轨。滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差，刚度也较滑动导轨低。早期的三坐标，许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨精度高，承载能力强，但摩擦阻力大，易磨损，低速运行时易产生爬行，也不易在高速下运行，目前，多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等,测量机主机活动桥式测量
29、机 2,构成及功能 导轨:目前不少生产厂在寻找高强度轻型材料作为导轨材料，有些生产厂已选用陶瓷或高膜量的碳素纤维作为移动桥架和横梁上运动部件的材料。另外，为了加速热传导，减少热变形，ZEISS公司采用带涂层的抗时效合金来制造导轨，使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致，从而使整机的测量精度得到了提高，而对环境温度的要求却又可以放宽些。,测量机主机活动桥式测量机 2,构成及功能 气浮导轨,测量机主机活动桥式测量机 2,构成及功能 气浮导轨：其结构中有六个气垫（水平面四个，侧面两个），使得整个桥架浮起。滚轮受压缩弹簧的压力作用而与导向块紧贴，由弹簧力保证侧向气垫在工作状态下与导轨导向面
30、之间的间隙（纵向由重力保证）。当桥架移动时，若产生扭动，则使气垫与导轨面之间的间隙量发生变化，其压力也随之变化，从而造成瞬时的不平衡状态，但在弹簧力的作用下会重新达到平衡，使之稳定地保持10m的间隙量，以保证桥架的运动精度。气浮导轨的进气压力一般为36个大气压，要求有稳压装置,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(光栅、读数头、零位片):是测量机的测长基准。光栅是刻有细密等距离刻线的金属或玻璃，读数头使用光学的方法读取这些刻线计算长度。另外，在光栅尺座预置有温度传感器，便于有温度补偿功能的系统进行自动温度补偿。零位片的作用是使测量机找到机器零点(机器零点是机器坐标系的原点，是测量
31、机误差补偿和测量机行程最终控制的基准)。光栅尺和读数头结合读取数据。光栅尺和读数头都是光学原理的器件，有明暗格变,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统)：是三坐标测量机的关键组成部分，用来度量各轴的坐标数值，决定三坐标测量精度的高低。三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，一般都采用自动发出信号的数字式连续位移系统，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。根据对国内外生产CMM所使
32、用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度CMM的标尺系统采用了激光干涉仪。,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统(光栅尺结构),Scale,光线发射部分,光线接收部分,Scale head,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统(光栅尺结构),Scale,Scale head,Scale的明格,Scale head的明格,Scale的暗格,Scale head的暗格,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统(光栅尺结构) 当Scale
33、head的阴影部分和Scale的阴影部分重合时，达到下图所示的最亮点，当正好错开一格时，为如图所示的最暗点。如果，光栅尺，它的最小间隔为0.02mm，即：一个周期为：0.02mm。 注意：将最小的间隔划分为多少份，就是CMM中分辨率的概念，如：将最间隔划分为100等份的话，其分辨率为：0.02mm/100=0.0002mm=0.2um再比如，我们公司某类产品可达到0.5um的精度，那么它是将最小间隔0.02mm划分成了40等份，即：0.2mm/40=0.0005mm=0.5um,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统(光栅尺结构),最亮点,最暗点,0.02
34、 mm,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统(标尺系统) 光栅测量系统：光栅测量系统由标尺光栅(即主光栅)和指示光栅(读数头)组成，它利用了莫尔条纹原理来检测移动的坐标值。长光栅一般安装在三坐标测量机的导轨上，指示光栅安装在与导轨作相对运动的部位。金属标尺光栅多是在表面镀金的金属基体上采用光刻的方法制成的每毫米50线的不锈钢光栅尺，即在20微米的长度上有一条明条纹和一条暗条纹。当标尺光栅与指示光栅相对运动为x(mm)时，光栅尺上的明暗条纹就要移过50x条，把光栅尺上移过的条纹数目用光电元件接收后转换成电
35、信号，送入电路，最后以数字的形式把移动的坐标值显示出来。光栅测量系统在三坐标测量机中应用较多，是因为光栅尺体积小，容易制造，安装比较方便，测量精度高，所得到的光电信号容易细分。但光栅尺怕油污和灰尘，需要一个清洁的工作环境。,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统 感应同步器测量系统,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 光栅系统 感应同步器测量系统：感应同步器式测量系统的检测元件是一对上面具有平面绕阻的定尺和动尺，当它们相对运动时，利用磁感应原理进行位移测量。使用时一般将定尺安装在固定不动的部件上将动尺安装在移动的部件上。定尺和动尺通常都用钢板做基体，用绝缘粘结剂把铜箔粘在钢板
36、做成的基体上，用照像腐蚀的方法，制成方齿形平面绕阻。其重要的优点是不怕灰尘和油污，因此对环境的适应性强，能在普通车间条件下进行工作。,测量机主机活动桥式测量机 3,测量系统（坐标测量读数标准器） 电类：感应同步器、磁栅式，编码器 光学类：激光干涉仪，精密光栅尺 机械类：刻线标尺，精密丝杠，精密齿条,测量机主机活动桥式测量机 3,构成及功能 驱动系统(直流伺服电机、减速器、传动带、带轮等):其状态会影响控制系统的参数，不能随便调整,测量机主机活动桥式测量机 4,构成及功能 空气轴承气路系统(过滤器、开关、传感器、气浮块、气管):空气轴承(气浮块)是测量机的重要部件，主要功能是保持测量机的各运动轴
37、相互无摩擦(由于气浮块的浮起高度有限且气孔很小，要求压缩空气压力稳定且其中不能含有杂质、油、水)。过滤器系统是气路中的最后一道关卡，包括了前置过滤器和管道。空气开关和空气传感器连接在气路中，具有保护功能，不能随意调整,测量机主机活动桥式测量机 4,构成及功能 空气轴承（Air bearing） 空气轴承一般用空气压缩机供气，气压一般在2 2.5kg.f/cm 之间。根据使用目的、功能、环境等的不同，可以对Air bearing进行大小、尺寸、形状等的设计。由于CMM型号的不同，所使用的Air bearing的尺寸也不同，从而所使用的气压大小也是不同的。一般，气压尽量控制在4kg.f/cm 以内
38、。 需要注意的是：空气轴承在通气后与底板滑道之间会形成一个35的气垫。特别注意：Air bearing与滑道的加工精度很高，充气后的间距非常的小，滑道对卫生要求非常高，所以一定要保持滑道部分的清洁。在每次用完CMM后最好用酒精擦一下滑道部分。还要注意，当酒精挥发完以后再使用CMM,测量机主机活动桥式测量机 4,构成及功能 空气轴承（Air bearing）,Air bearing,进空气,出空气,10,测量机主机活动桥式测量机 5,构成及功能 支承架、随动带:小型测量机采用支架支撑测量机工作台，中、大型测量机一般采用千斤顶，都采用三点支撑,三坐标测量机组成测量机主机2,按测量范围分类 小型：X
39、轴（短轴）500mm 中型：Y轴（长轴） 5002000mm 大型：Y轴（长轴） 2000mm以上,三坐标测量机组成测量机主机3,按精度分类 测量机的精度 最小尺寸分辨率：有1、2、10、50 微米几级。其分辨率愈高，测量精度也愈高 测量机精度的表示方法：测量机精度为测量机本身的精度，不包括测量头，被测工件本身定位表面的状况及温度等对误差的影响。重复精度为测量机重复测量其一尺寸时测量结果的变动范围。示值精度为测量机测量任何已知尺寸所得结果的误差范围。它反映了测量机精度和重复精度的综合效应,三坐标测量机组成测量机主机3,按精度分类 低精度：1x10-4L,空间最大测量不确定度(23)x10-4L
40、 中等精度：1x10-5L,空间最大测量不确定度(23)x10-5L 高精度： 1x10-6L,空间最大测量不确定度(23)x10-6L 精密型万能测量机（UMM）：是一种计量型三坐标测量机，其精度可以达到1.5 m+2L/1000，一般放在有恒温条件的计量室内，用于精密测量，分辨率为0.5m，1或2m，也有达0.2m或0.1m的 生产型测量机（CMM）：一般放在生产车间，用于生产过程的检测，并可进行末道工序的精加工，分辨率为5m或10m，小型生产型测量机也有1m或2m的,三坐标测量机组成测量机主机,组成 框架结构 标尺系统 精密丝杆加微分轮测量系统 精密齿条测量系统 滚轮直尺式测量系统光学读
41、数刻度尺式测量系统 刻度尺式测量系统 光栅测量系统 光电显微镜和金属刻度尺,三坐标测量机组成测量机主机,组成 导轨 滑动摩擦导轨 滚动导轨 气浮导轨 驱动结构 丝杆传动 齿轮齿条传动 钢带传动 齿形带传动 摩擦轮传动 气压传动 直线步进电机传动,三坐标测量机组成测量机主机,组成 电机 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 平衡部件 重锤平衡部件 弹簧平衡部件气压平衡部件,测量机主机类型,按自动化程度(技术水平)分类 数字显示及打印型：主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测量点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被陶汰 带有计算机进行数据处理型
42、： 其测量仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作 计算机数字控制型： 技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量,三坐标测量机组成控制系统,控制柜类型 控制系统的种类 控制系统的功能 控制系统的通信 测量进给控制,控制系统控制柜类型,B3C-LC 控制系统(50kg) FBII 控制系统(27kg) UMP 360 控制系统 IDC-I BxCS SF3 控制系统(400kg) B3CS SFB 控制系统 (180kg) B3CS SFB 控制系统(275kg),控制系统控制系统的种类 1,手动
43、控制系统 手动控制系统主要包括坐标测量系统、测头系统、状态监测系统等。坐标测量系统是将X，Y，Z 三个方向的光栅信号经过处理后，送入计数器，CPU读取计数器中的脉冲数，计算出相应的空间位移量。测头系统的作用是当手动移动测头去接触工件，测头发出的信号用作计数器的锁存信号和CPU的中断信号，锁存信号将X， 三轴的当前光栅数值记录下来，CPU在执行中断服务程序时，读取计数器中的锁存值，这样就完成了一个坐标点的采集。计算机通过这些坐标点数据分析计算出工件的形状误差和位置误差。随着半导体反唇相讥与计算机技术发发展，可将光栅信号接口单元，测头控制单元，状态监测单元等集成在一块PCI或ISA总线卡上，直接插
44、入计算机中，使得系统可靠性提高，成本降低，便于维护，易于开发。手动三坐标测量机结构简、成本低、适合于对精度和效率要求不是太高、而要求低体格的用户,控制系统控制系统的种类 2,机动控制系统 与手动型控制系统比较，机动型控制系统增加了电机、驱动器和操纵盒。测头的移动不再需要手动，而是用操纵盒通过电机来驱动。电机运转的速度和方向都通过操纵盒上手操杆偏摆的角度和方向来控制机动型控制系统主要是减轻了操作人员的体力劳动强度人，是一种过渡机型，随着CNC系统成本的降低，机动型测量机目前采用得很少,控制系统控制系统的种类 2,手动、机动控制系统共性,控制系统控制系统的种类 2,手动、机动控制系统共性 与结构简
45、单，操作方便，价格低廉，在车间中应用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过程是：每当触发式测头接触工件时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向CPU发出一个中断信号，CPU则执行相应的中断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计算出相应的空间长度，形成采样坐标值X、Y和Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续的数据处理使用,控制系统控制系统的种类 2,CNC控制系统,控制系统控制系统的种类 2,CNC控制系统 CNC系统的测量过程是由计算机控制的，它可以通过程序对测量机各轴的运动进行控制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。它不仅可以实现自动测
46、量，自学习测量，扫描测量，也可通过操纵杆进行机动测量。数控系统以控制器为核心，数控型三坐标测机除了在X，Y，Z三个方向装有三根光栅尺及电机、传动等装置外，还具有了以控制器和光栅组成的位置环；控制器不断地将计算机给出的理论位置与光栅反馈回来的实测位置进行比较，通过PID参数的控制，随时调整输出的驱动信号，努力使测量机的实际位置与计算机要求理论位置保持一致,控制系统控制系统的种类 2,CNC控制系统(可分为集中控制与分布控制两类) 集中控制:集中控制由一个主CPU实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动
47、控制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制CPU既要完成数字调节器的运算，又要进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于CPU的速度 分布控制,控制系统控制系统的种类 2,CNC控制系统(可分为集中控制与分布控制两类) 分布控制:分布式控制是指系统中使用多个CPU，每个CPU完成特定的控制，同时这些CPU协调工作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是多CPU并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系统中再扩充一个单轴控制单元
48、，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了,控制系统控制系统的结构1,上下位机式 上位机是标准的PC机,WINDOWS操作系统,安装并运行测量软件(RationalDMIS等测量软件),向下位机发送理论位置、运动及触测指令,下位机回复机器实际位置及触测结果,在上位机内由测量软件进行分析,计算等 下位机是一块控制卡为核心的简化计算机,DOS操作系统,控制卡插在下位机内.控制软件安装并运行在下们机内,负责控制机器的运动与状态监测等.由于下位机采用DOS操作系统,保证了控制逻辑的严谨和控制时序的准确,从而提高了控制系统的稳定性与可靠性.由于上下位机严格分开,用户无法对下位机进行操作,避免了病毒的干扰和误操作破坏控制程序等引起的控制混乱等 上下机之间一般是通过串口或网卡等方式通讯,控制系统控制系统的结构2,集成一体式 上位机采用标准的PC机或工业控制机等,WINDOWS操作系统,控制卡也插在上位机内,上位机不但安装并运行测量软件,也同时安装并运行控制软件,测量软件与控制软件之间通过DDE等方式通讯,利用WINDOWS的分时控制实现多任务的处理 对于一体式结构的数控系统 ,WINDOWS系统本身在不稳定因素严重影响了其稳定性与可靠性;由于用户可以随意对计算机进行操作,很容易碰到病毒的攻击,并可能因为误操作等破坏控制程序,所有这些都可能造成控制的混乱并引起飞车等严重事故.,
