三坐标测量机及其精密检测应用

　　0 引 言

　　三 坐 标 测 量 机 ( Coordinate MeasuringMachining，简称 CMM)是一种具有几十年发展历史的新型高效精密测量仪器。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。现代 CMM 不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且还可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还能够根据测量数据，实现逆向工程。目前，CMM 已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。

　　在高精度测量领域，著名的厂商德国卡尔 蔡司(Carl Zeiss)公司的 CONTURA G2 产品(如图 1 所示)以其在硬件和软件配置上具有的优势，使得连续扫描测量和逆向工程测量完全满足精密测量的要求。

　　1 三坐标测量机的基本工作原理

　　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。三坐标测量机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。

　　2 CONTURA G2 RDS 三坐标测量机的组成和特性

　　1)测头系统：测头系统包括探头、吸盘、探针、读数头、光栅尺。

　　2)硬件控制系统：C99 控制柜，具备计算机辅助误差修正功能，可对 CMM 和传感器做实时的动态修正，确保得到精确的结果。电气驱动系统，包括电机、摩擦滚、钢带、皮带、气垫(气浮轴承)、气管、过滤器、气压表、调压阀。

　　3) 其它机械部件，包括花岗岩台面、三轴导轨、减震垫、支撑基架、Z 轴平衡气缸、电磁阀等[1]。

　　数据处理软件系统(CALYPSO 测量软件)，利用该软件，可把 CAD 数据转变成测量程序，从而获得准确无误的检测方案。

　　3 三坐标测量机在精密检测中的应用

　　目前利用 CONTURA G2 RDS 三坐标测量机，对图2 所示工件的开有多条狭缝的表面进行了平面度的几何测量。

　　测量程序的编制利用了Calypso测量软件强大的开放式脱机编程功能，这种编程方法的好处一是只要将设计人员设计的CAD图纸文件直接输入到测量软件中，就可以进行编程。不必等工件加工完成后才可以进行程序测量，可大大提高工作效率。第二是在程序编制完成之后，可以在CAD环境中直接调用程序进行模拟测量，对程序进行验证，找出运行过程中出现的错误测量路径和采点，同时对程序进行修正，将实际测量中可能出现的问题降到最低，最大程度的保证了测量过程中的安全性[2]。