基于三坐标测量机实验教学的探索与实践

0 引 言

随着现代科学技术的发展，工业生产自动化程度的日益提高，对产品的可靠性及质量的要求越来越高，要求有测量效率高、精度高的检测手段与之相匹配。作为近 30 年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，三坐标测量机( CMM) 已广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中［1］。它可以进行零件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮、叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描［2-5］。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好，能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，有“测量中心”之称［6-8］。随着计算机辅助和先进制造技术的发展，CMM 几乎成为 FMS、CIMS 等先进制造业生产线上的主要检测工作单元［9-11］。

使用三坐标测量机为机械制造及其自动化专业的本科生开设测量技术实验有利于学生巩固测量技术的理论知识，掌握最先进的测量技术。对于拓展学生的知识结构，提高学生的工程实践能力，培养学生对现代设计与制造技术的应用能力起到积极作用［12-14］。

1 实验设计

采用意大利 COORD3 公司生产的 ARES 7-7-5 三坐标测量机( 见图 1) 对有 CAD 数模的零件进行测量实验。测量系统配备的软件 PC-DIMS 是一种基于最新版本 DMIS 语言的交互式测量软件，既适合于规则特征元素的检测，也适用于自由曲面的检测。三坐标测量机具有两种测量方式: 手动测量、自动测量。手动测量是利用手控盒手动控制测头的运动进行测量。自动测量是在 CNC 测量模式下，执行预先编写好的测量程序控制测量机自动检测。实验中将工件的 CAD 数模导入到 PC-DIMS 软件中，在数模上直接编程，在自动测量模式下完成工件检测，输出检测报告。

2 实验步骤

三坐标测量机测量流程如图 2 所示，在使用测量机前要先选择测头及进行校准，再进行工件的装夹。用三坐标测量机在实物零件上建立坐标系，使工件坐标系和 CAD 数模坐标系对齐，然后对工件进行手动测量或编程自动测量，输出测量结果。以图 3 所示的工件为例进行实验。

2． 1 测头的选择与校准

根据测量对象的形状特点选择合适的测头。在对测头的使用上，应注意以下几点:

( 1) 测头长度尽可能短。测头弯曲或偏斜越大，精度将越低。因此在测量时，尽可能采用短测头。

( 2) 连接点最少。每次将测头与加长杆连接在一起时，就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。