PAGEPAGE25三坐標(biāo)的理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用研究目錄1引言………………52三坐標(biāo)的理論…………………52.1三坐標(biāo)的概述………………52.2三坐標(biāo)的分類…………………52.3三坐標(biāo)的構(gòu)成及其工作原理…………………83三坐標(biāo)的應(yīng)用現(xiàn)狀………………94測(cè)量?jī)?nèi)容的分析………………114.1基準(zhǔn)元素……………………114.2常見元素的測(cè)量……………125三坐標(biāo)的測(cè)量精度及其誤差…………………135.1精度分級(jí)……………………135.2主要精度指標(biāo)…………………145.3誤差來源………………………166三坐標(biāo)的應(yīng)用實(shí)踐……………17結(jié)論………………20參考文獻(xiàn)…………221引言現(xiàn)在人們生活水平不斷提高，各行各業(yè)發(fā)展也十分迅速。在機(jī)械、機(jī)床、汽車、航空、摸具、航天和電子工業(yè)等制造行業(yè)，零件的生產(chǎn)需要先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)的支持,三坐標(biāo)的出現(xiàn)解決了許多傳統(tǒng)儀器測(cè)量上的難題?，F(xiàn)在的測(cè)量?jī)x器種類非常多，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是用游標(biāo)卡尺、千分尺、高度尺等進(jìn)行測(cè)量，相對(duì)精度在微米單位的三坐標(biāo)，傳統(tǒng)儀器測(cè)量工具精度不高，形狀受限，而三坐標(biāo)恰好彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，對(duì)于各種高精度要求及復(fù)雜零件的測(cè)量，其有著相當(dāng)出色的測(cè)量能力，在測(cè)量領(lǐng)域里備受認(rèn)可。本研究主要通過分析三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器的構(gòu)造組成及原理，以及使用時(shí)應(yīng)對(duì)復(fù)雜多樣的元素時(shí)的測(cè)量方法，進(jìn)一步應(yīng)對(duì)各種誤差等測(cè)量問題做出的判斷，從而更好的實(shí)踐中應(yīng)用。2三坐標(biāo)的理論2.1三坐標(biāo)的概述三坐標(biāo)即三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，英文Coordinate

Measuring

Machine，縮寫CMM，它是指在可測(cè)的三維空間范圍內(nèi)，能夠通過測(cè)頭系統(tǒng)返回的點(diǎn)數(shù)據(jù)，最后通過三坐標(biāo)的軟件系統(tǒng)計(jì)算被測(cè)物體幾何形狀、尺寸等，它又稱為三次元、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。其可定義為一種具有可以作為三個(gè)方向移動(dòng)的探測(cè)器，并在三個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌上移動(dòng)，這個(gè)探測(cè)器通過接觸或非接觸等方式傳送訊號(hào)，最后通過三個(gè)軸的位移測(cè)量系統(tǒng)(如光學(xué)尺)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)等計(jì)算得出工件的各點(diǎn)坐標(biāo)(X、Y、Z)及其各項(xiàng)功能測(cè)量的儀器。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量功能包括尺寸精度測(cè)量、定位精度測(cè)量、幾何精度測(cè)量及輪廓精度測(cè)量等。任何形狀都是由三維空間點(diǎn)組成的，所有的幾何量測(cè)量都可以歸納總結(jié)為三維空間點(diǎn)的測(cè)量，因此使用三坐標(biāo)需要精確地進(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集，這是評(píng)定任何幾何形狀的基本操作。2.2三坐標(biāo)的分類2.2.1按操作方式分類(1)手動(dòng)機(jī)器:這種機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無機(jī)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),全部由操作者控制動(dòng)作。(2)機(jī)動(dòng)機(jī)器:有3套傳動(dòng)系統(tǒng),由電機(jī)、堿速器、驅(qū)動(dòng)器、控制器、電源、操作桿等組成。工作時(shí),操作者通過操作桿控制機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方向和速度。(3)自動(dòng)機(jī)器,即CNC控制的機(jī)器,全部運(yùn)動(dòng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，它的伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同機(jī)動(dòng)機(jī)器--樣,只是控制方式是通過軟件實(shí)現(xiàn)。批量測(cè)件時(shí),第一件用機(jī)動(dòng)方式操作,編出自學(xué)習(xí)程序,存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里,以后再測(cè)量時(shí),動(dòng)作全部自動(dòng)進(jìn)行。2.2.2按總體布局分類(1)懸臂式如下圖2-1所示,(a)為工作臺(tái)固定的，(b)為工作臺(tái)移動(dòng)的(c)為立柱固定的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工作臺(tái)開闊,裝卸工件方便,且可放置底面積大于臺(tái)面的零件;缺點(diǎn)是剛性稍差,精度受影響,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意補(bǔ)償變形誤差。（a）（b）（c）圖2-1懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(2)龍門式如圖2-2所示,(a)為龍門固定式;(b)為龍門移動(dòng)式。（a）（b）圖2-2龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),龍門固定式的優(yōu)點(diǎn)為剛性好,保證連接剛度，由此提高測(cè)量機(jī)的精度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和光柵尺可放在工作臺(tái)中央,阿貝誤差和偏擺小,X和Y向的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，互不影響;缺點(diǎn)為工作臺(tái)承載能力較小。龍門移動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)是裝卸工件時(shí),龍門可移到一端,操作方便。承載能力強(qiáng);缺點(diǎn)是單邊驅(qū)動(dòng)扭擺大;光柵偏置阿貝誤差大。(3)橋式如圖2-3所示,(a)為L(zhǎng)形橋式;(b)為交叉橋式。（a）（b）圖2-3橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這種結(jié)構(gòu)形式剛性較好,制造精度相對(duì)容易達(dá)到,適合于大尺寸機(jī)器;意大利DEA公司生產(chǎn)的橋式機(jī)器達(dá)16m.其檢測(cè)系統(tǒng)在帶型光柵和磁尺未出現(xiàn)之前,采用分段反射光柵尺和兩個(gè)讀數(shù)頭,一米裝光柵尺;另一米不裝,兩個(gè)讀數(shù)頭反復(fù)交替讀數(shù),從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)讀數(shù)?，F(xiàn)在帶型光柵尺和帶型磁尺已廣泛用于大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上,一般不需要搭接。(4)水平臂式如圖2-4所示，(a)為水平臂移動(dòng)式;(b)為工作臺(tái)移動(dòng)式;(c)為工作臺(tái)固定式。（a）（b）（c）圖2-4水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)這種機(jī)器的結(jié)構(gòu)較特殊,底座的長(zhǎng)度是寬度的2~3倍。其目的是為了適應(yīng)大型的自動(dòng)化生產(chǎn)線的需要。這種機(jī)器的共同缺點(diǎn)是Y軸的剛度難以提高,由自重產(chǎn)生彎曲變形,影響測(cè)量精度。2.3三坐標(biāo)的構(gòu)成及工作原理2.3.1三坐標(biāo)的組成（1）機(jī)械部分該機(jī)由工作臺(tái),立柱,橫臂,縱向,橫向和垂直方向的傳動(dòng)系統(tǒng)和滑板、導(dǎo)軌、檢測(cè)系統(tǒng)、微調(diào)和鎖緊機(jī)構(gòu),平衡機(jī)構(gòu)及附件等23個(gè)部件組成。（2）電控系統(tǒng)部分①3個(gè)直流伺服電機(jī)(帶測(cè)速發(fā)電機(jī))。3個(gè)軸的檢測(cè)元件,微機(jī),電測(cè)頭，打印機(jī)。②多軸數(shù)控系統(tǒng)控制卡(在微機(jī)擴(kuò)展槽中)。③電控箱及相配的電源。④手操盒及兩個(gè)搖桿。⑤全套自動(dòng)測(cè)量程序。2.3.2三坐標(biāo)的原理三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本原理是對(duì)被測(cè)零件在其允許的測(cè)量空間范圍內(nèi)，精確地測(cè)出被測(cè)零件表面的多個(gè)點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)（即x，y，z軸）位置的數(shù)值，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理這些點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)，擬合形成各類測(cè)量元素，如圓、球、平面、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法得出其形狀大小、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在歷史上是由單坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和兩坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展而來的。例如測(cè)長(zhǎng)機(jī),它被用來測(cè)量單方向的長(zhǎng)度,實(shí)際上是單坐標(biāo)測(cè)量機(jī);萬能工具顯微鏡具有X和Y兩個(gè)方向移動(dòng)的工作臺(tái),用于測(cè)量平面上各點(diǎn)的坐標(biāo)位置，即兩坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由相互垂直的三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸X,Y,Z建立起一個(gè)直角坐標(biāo)系，測(cè)頭的所有運(yùn)動(dòng)都在這個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行;測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)軌跡通過測(cè)球中心點(diǎn)來表示。測(cè)量時(shí),一般會(huì)把被測(cè)零件放在工作臺(tái)上,測(cè)頭與零件表面接觸,三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)可以隨時(shí)給出測(cè)球的中心點(diǎn)在坐標(biāo)系中的精確位置。當(dāng)測(cè)球沿著零件的幾何型面移動(dòng)時(shí),就可以得出被測(cè)幾何型面上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。將測(cè)出數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī),并通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行處理,由此精確地計(jì)算出被測(cè)工件的幾何尺寸和形位公差等。如圖2-5所示.測(cè)量孔1和2的中心距,首先在孔1和2各測(cè)至少3個(gè)點(diǎn),并計(jì)算出各自的圓心坐標(biāo)值,然后計(jì)算兩點(diǎn)間的距離,同時(shí)可以測(cè)量外形尺寸、孔的圓度、孔徑和圓柱度、兩孔軸線的平行度、基面的垂直度、軸線、工件表面的平面度等。圖2-5測(cè)量孔3三坐標(biāo)測(cè)量的應(yīng)用現(xiàn)狀三坐標(biāo)主要用于汽車、機(jī)械、軍工、航空、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等行業(yè)中的箱體、齒輪、機(jī)架、凸輪、葉片、蝸桿、渦輪、曲線、曲面等的測(cè)量，還可用于電子、塑膠、五金等行業(yè)中，可以對(duì)工件的尺寸、形狀和形位公差進(jìn)行精密檢測(cè)，從而完成外形測(cè)量、零件檢測(cè)、過程控制等任務(wù)。在很多制造業(yè)中，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是用于齒輪測(cè)量不可缺少的儀器。隨著三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的技術(shù)不斷創(chuàng)新，作為高精度的測(cè)量設(shè)備的三坐標(biāo)在許多行業(yè)已不可或缺，下面介紹的是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用。首先，從一開始，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x就是一種高精度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量?jī)x器，但現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)，特別是在高精度要求的行業(yè)，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x經(jīng)常被使用，如汽車制造業(yè)或機(jī)械加工裝配業(yè)等。由于齒輪測(cè)量精度的操作需要三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。第二，除測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn)外，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x還具有調(diào)節(jié)設(shè)備狀態(tài)的功能。例如，測(cè)量結(jié)果表明，所加工的零件偏向公差區(qū)，這意味著設(shè)備沒有很好地進(jìn)行調(diào)試，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試或?qū)庸A具進(jìn)行調(diào)整，以確定測(cè)量數(shù)據(jù)符合要求。第三，在機(jī)械加工制造業(yè)中，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可以幫助檢測(cè)產(chǎn)品和設(shè)備的狀態(tài)。固定頻率用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，它可以知道設(shè)備是否需要維護(hù)，是否有問題。例如，刀具的老化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的精度，這也是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x一個(gè)常見應(yīng)用。第四，提供認(rèn)證數(shù)據(jù)，大型制造業(yè)和加工業(yè)需要質(zhì)量認(rèn)證，認(rèn)證自然需要參考數(shù)據(jù)。通常，參考數(shù)據(jù)是指在生產(chǎn)操作中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)量的數(shù)據(jù)，因此必須使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，因?yàn)樗姆奖阈允沟迷S多制造業(yè)都會(huì)看到三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的激烈和對(duì)產(chǎn)品精度要求的不斷提高，齒輪測(cè)量不僅需要使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，而且很多地方都會(huì)使用這種高精度的測(cè)量?jī)x，因此對(duì)制造業(yè)從業(yè)人員來說，了解三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是非常必要的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是測(cè)量并獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一，因?yàn)樗梢源娑喾N表面測(cè)量工具甚至昂貴的組合量規(guī)，并把復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)所需時(shí)間從小時(shí)減短到分鐘，通過快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)尺寸數(shù)據(jù)得出結(jié)果，為操作者提供關(guān)于生產(chǎn)過程狀況的精確信息。現(xiàn)在的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具備的測(cè)量功能已包括了幾何精度、定位精度、尺寸精度及輪廓精度的測(cè)量等。相比較傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有的優(yōu)勢(shì)如下：（1）探測(cè)頭可以在空間沿著X、Y、Z三個(gè)軸向移動(dòng)，其位置通常以直角標(biāo)或極坐標(biāo)表示。（2）工件立方體的五個(gè)面都可以測(cè)量，不需要變換工件位置，若加裝合適的夾具及特殊測(cè)頭，第六面也可以測(cè)量。（3）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的操作和測(cè)量工作難度不高，不需要特殊的技術(shù)也可勝任（4）自由度高，在任何的位置，都可以設(shè)定工作坐標(biāo)系原點(diǎn)，并通過間接主算法計(jì)算出測(cè)量結(jié)果，增加測(cè)量的功能和使用彈性。（5）使用電腦數(shù)據(jù)處理機(jī)，能夠快速準(zhǔn)確的計(jì)算出測(cè)量值，配合教導(dǎo)程式使得坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)理工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（6）取代傳統(tǒng)測(cè)量方式，提高檢驗(yàn)準(zhǔn)確度，因此對(duì)于高精度產(chǎn)品，可以輕松勝任并檢驗(yàn)。（7）復(fù)雜的工件與測(cè)量困難度高的工件，皆可以作精確的測(cè)量。（8）大幅減小檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)費(fèi)用、檢驗(yàn)人力，增加測(cè)量效率。在面對(duì)復(fù)雜器件時(shí)，相比傳統(tǒng)儀器，三坐標(biāo)具備其無法完成的測(cè)量功能以及更高的效率，精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)儀器甚至達(dá)到1微米。4測(cè)量?jī)?nèi)容的分析4.1基準(zhǔn)元素基準(zhǔn)是一個(gè)使被測(cè)要素與之相關(guān)的幾何組件。簡(jiǎn)單來說，基準(zhǔn)元素就是用于建立測(cè)量坐標(biāo)系的元素。這些元素與被測(cè)元素有固定的空間位置關(guān)系。測(cè)量開始之前，提出的測(cè)量需求里就要明確基準(zhǔn)元素及坐標(biāo)系建立的方式。常見基準(zhǔn)元素的測(cè)量包括了:球、平面、圓、長(zhǎng)圓、方槽、線、圓柱、幾何點(diǎn)、曲面點(diǎn)等元素的測(cè)量。從回避測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)的角度考慮，建立參考系的基準(zhǔn)元素優(yōu)先使用球、平面、圓、長(zhǎng)圓、方槽、平面上的點(diǎn)等。4.2常見元素的測(cè)量4.2.1球的測(cè)量球通常作為基準(zhǔn)元素、或者附件引出元素，實(shí)際零件上使用較少。測(cè)量一個(gè)球最少需要在球上測(cè)量4個(gè)點(diǎn)。形狀公差至少5點(diǎn)才能計(jì)算。球的測(cè)量可以完全回避3種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)(測(cè)頭補(bǔ)償、測(cè)點(diǎn)位置、料厚)。4.2.2平面的測(cè)量平面通常作為也被用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件上很常見。測(cè)量一個(gè)平面最少需要在平面.上測(cè)量3個(gè)點(diǎn)。形狀公差(平面度)至少4點(diǎn)才能計(jì)算。平面的測(cè)量可以回避2種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn):測(cè)頭補(bǔ)償、測(cè)點(diǎn)位置。如用平面做基準(zhǔn)元素，盡量選擇不須料厚補(bǔ)償?shù)哪敲妗?.2.3圓的測(cè)量圓也可用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件上很常見。測(cè)量一個(gè)圓最少需要在圓上測(cè)量3個(gè)點(diǎn)。形狀公差(圓跳動(dòng)度)至少4點(diǎn)才能計(jì)算。圓需要投影平面，投影平面可以測(cè)量，也可以選擇理論平面。圓的測(cè)量可以回避1種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn):測(cè)頭補(bǔ)償。如用圓做基準(zhǔn)元素，請(qǐng)測(cè)量投影平面，避免料厚補(bǔ)償，至少測(cè)4點(diǎn)。4.2.4長(zhǎng)圓、方槽的測(cè)量長(zhǎng)圓、方槽也可用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件上比較常見。測(cè)量一個(gè)長(zhǎng)圓或方槽最少需要測(cè)量5個(gè)點(diǎn)。形狀公差至少6點(diǎn)才能計(jì)算。長(zhǎng)圓、方槽需要投影平面，投影平面可以測(cè)量，也可以選擇理論平面。長(zhǎng)圓、方槽的測(cè)量可以回避1種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn):測(cè)頭補(bǔ)償。如用做基準(zhǔn)元素，請(qǐng)測(cè)量投影平面，避免料厚補(bǔ)償。4.2.5直線的測(cè)量直線也可用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件.上不多見。測(cè)量直線需要測(cè)量2個(gè)點(diǎn)。形狀公差(直線度)至少3點(diǎn)才能計(jì)算。直線需要投影平面，投影平面可以測(cè)量，也可以選擇理論平面。直線的測(cè)量可以回避1種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn):測(cè)頭補(bǔ)償。如用做基準(zhǔn)元素，請(qǐng)測(cè)量投影平面，避免料厚補(bǔ)償4.2.6圓柱的測(cè)量圓柱可以當(dāng)作直線使用，因此也可用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件上比較常見。測(cè)量圓柱需要測(cè)量6個(gè)點(diǎn)。形狀公差至少7點(diǎn)才能計(jì)算。圓柱的測(cè)量可以回避3種主要的測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)。如用做基準(zhǔn)元素，請(qǐng)確保加工精度足夠。4.2.7幾何點(diǎn)、曲面點(diǎn)的測(cè)量幾何點(diǎn)(平面上點(diǎn)除外)、曲面點(diǎn)不推薦用作基準(zhǔn)元素，實(shí)際零件上比較常見。測(cè)量幾何點(diǎn)需要測(cè)量1個(gè)點(diǎn)。無形狀公差。點(diǎn)的測(cè)量無法回避測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)。測(cè)量幾何點(diǎn)需選取補(bǔ)償投影方向，常用參考平面、理論矢量、參考系軸向等。測(cè)量曲面點(diǎn)時(shí)，補(bǔ)償方向是理論矢量，因此沒有數(shù)模不能測(cè)量。幾何點(diǎn)測(cè)量時(shí)，為保證投影方向正確(回避第一種風(fēng)險(xiǎn))，可使用3點(diǎn)擬合或參考實(shí)測(cè)平面來測(cè)量幾何點(diǎn)。5三坐標(biāo)的測(cè)量精度及誤差5.1精度分級(jí)目前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度分級(jí)尚無統(tǒng)一規(guī)定,按國(guó)內(nèi)外三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度狀況,大體可分為三級(jí)。（1）高精度系指三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)單軸示值精度,在1m的測(cè)量范圍內(nèi)誤差值在±5μm以下。（2）中等精度系指三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)單軸示值精度,在1m的測(cè)量范圍內(nèi)的誤差值在±(5~15)μm以內(nèi)。（3）低精度系指三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)單軸示值精度,在1m的測(cè)量范圍之內(nèi)的誤差值大于±15μm。5.2主要精度指標(biāo)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度主要由以下4部分組成。（1）幾何精度幾何精度對(duì)測(cè)量機(jī)總精度起著主要影響作用,所以應(yīng)予以重視。幾何精度有以下幾項(xiàng):1)工作臺(tái)面與X,Y移動(dòng)平面的平行度;2)X,Y,Z向移動(dòng)的直線度,每個(gè)坐標(biāo)軸都有兩個(gè)方向的直線度;3)X,Y,Z方向移動(dòng)的角度變化;每個(gè)坐標(biāo)軸有3個(gè)方向的角度變化;4)X,Y,Z方向移動(dòng)的相互垂直度,總共有3個(gè)垂直度。（2）示值精度示值精度是沿各坐標(biāo)軸測(cè)得的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)位置讀數(shù)與基準(zhǔn)長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)讀數(shù)的差值,有3個(gè)測(cè)量參數(shù),即X,Y,Z各軸的位置精度。示值誤差主要為坐標(biāo)位置的點(diǎn)位精度。它不包括測(cè)頭和被測(cè)工件表面狀況及溫度的影響等。一般用激光干涉儀或刻線尺的讀數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的示值精度按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IsO10360——02和國(guó)GB/T16857.2——1997以及JJF1064——2000的規(guī)定,其表達(dá)式為:E=A+L/K≤B或E=A+L/K或E≤B式中:A——常數(shù)(μm),由三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)制造廠家提供;K——無量綱常數(shù),由三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)制造廠家提供；L——被測(cè)長(zhǎng)度(mm);B——E的最大值(μm),由三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)廠家提供。目前國(guó)內(nèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的示值精度按JJG799-1992三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢定規(guī)程考核,按精度高低分A,B,C3類。具體指標(biāo)如表5.1。表中L為測(cè)量長(zhǎng)度(mm)。表5.1三坐標(biāo)示值精度分類類別示值誤差（um）A0.8+L/500B1.6+L/250C4+L/125（3）總機(jī)測(cè)精度(綜合誤差)總機(jī)測(cè)量精度有以下兩項(xiàng)組成。1)單軸長(zhǎng)度測(cè)量精度單軸長(zhǎng)度測(cè)量精度是基準(zhǔn)量塊長(zhǎng)度與相應(yīng)的測(cè)量機(jī)測(cè)長(zhǎng)讀數(shù)之差,分別對(duì)X,Y,Z3個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行測(cè)量。受檢長(zhǎng)度為坐標(biāo)量程的1/3,1/2和3/4。將量塊借助支架固定在平行于坐標(biāo)軸線的任意方向上，而且在被檢坐標(biāo)工作行程的中間部位。移動(dòng)滑架或工作臺(tái),使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭與量塊一工作面接觸測(cè)量5點(diǎn),以此確定基準(zhǔn)面及其軸線;然后移動(dòng)滑架或工作臺(tái),使測(cè)頭與量塊另一工作面中心位置接觸測(cè)量,經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理求出測(cè)得值;讀出值與量塊的實(shí)際尺寸之差為單軸綜合誤差。2)空間長(zhǎng)度測(cè)量精度空間長(zhǎng)度測(cè)量精度是量塊中心長(zhǎng)度與測(cè)量機(jī)相應(yīng)讀數(shù)的差值.量塊安放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量空間的中央位置上,與其對(duì)角線找正,分別在4個(gè)對(duì)角線方位進(jìn)行。在每個(gè)位置上用3種長(zhǎng)度的量塊進(jìn)行測(cè)量,其長(zhǎng)度分別為被測(cè)軸滿量程的1/3,.1/2和3/4,最大長(zhǎng)度可達(dá)1000mm。按上述方法同樣進(jìn)行測(cè)量,每一條對(duì)角線方位的每一尺寸至少檢定兩次,兩次測(cè)得的空間誤差均應(yīng)符合要求。按JJG799-1992的要求,綜合誤差應(yīng)不超過表5-2的規(guī)定。表5-2三坐標(biāo)綜合精度分類類別空間綜合誤差（um）單軸綜合誤差（um）A1.5+L/3001+L/400B1.5+L/2002+L/200C1.5+L/1504.5+L/125（4）長(zhǎng)度測(cè)量重復(fù)性長(zhǎng)度測(cè)量重復(fù)性的定義為:各量塊在每個(gè)位置上重復(fù)測(cè)量時(shí),三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)讀數(shù)的最小和最大數(shù)值之差。對(duì)每塊量塊在每個(gè)位置上可測(cè)得10個(gè)測(cè)量值,其最大差值即為長(zhǎng)度測(cè)量重復(fù)性。按JJG799--1992檢定規(guī)程的規(guī)定,測(cè)量的重復(fù)性應(yīng)不超過表5-3中數(shù)值。表5-3三坐標(biāo)重復(fù)精度分類類別測(cè)量的重復(fù)性（um）A0.7B1.4C3.5（5）探測(cè)系統(tǒng)的精度按國(guó)標(biāo)GB/T16857.2——1997(相當(dāng)于ISO10360——2:1994)的規(guī)定,探測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)是通過測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)球上徑向距離r值的變化范圍,驗(yàn)證三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探測(cè)系統(tǒng)是否符合制造廠給出的R值。用測(cè)頭檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)球,球的安裝應(yīng)牢固,以免產(chǎn)生偏移誤差.測(cè)頭的方位可任選,按制造廠規(guī)定的程序設(shè)置并標(biāo)定測(cè)頭系統(tǒng)。在標(biāo)準(zhǔn)球上隨機(jī)取25個(gè)典型點(diǎn),測(cè)量并記錄各點(diǎn)的坐標(biāo)值。點(diǎn)在半球上的分布應(yīng)盡量均勻,用25個(gè)值計(jì)算出最小二乘球的中心坐標(biāo)值,并對(duì)25個(gè)值分別計(jì)算出徑向距離r.然后算出25個(gè)徑向距離的變化范圍(rmx——rmin)。如果未超出制造廠規(guī)定的R值,則探測(cè)系統(tǒng)的性能為合格。否則，應(yīng)對(duì)探測(cè)系統(tǒng)作徹底檢查,重新標(biāo)定測(cè)頭系統(tǒng),再測(cè)--次;如果復(fù)測(cè)的r值變化范圍小于R值,則探測(cè)系統(tǒng)性能屬合格。5.3誤差來源三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誤差一般由下列幾方面產(chǎn)生:(1)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差。由于加工誤差,調(diào)整精度及使用中磨損等原因,引起導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度和垂直度等誤差。(2)機(jī)構(gòu)的剛度變形誤差。由于動(dòng)載和工件重量的變化引起機(jī)構(gòu)變形,從而產(chǎn)生誤差。(3)測(cè)量系統(tǒng)的誤差。測(cè)量系統(tǒng)的誤差是由基準(zhǔn)尺誤差、電子系統(tǒng)誤差和量化誤差等組成。(4)工作臺(tái)面的平面度及X,Y軸運(yùn)動(dòng)的直線度和垂直度誤差。(5)溫度誤差。(6)測(cè)頭的誤差。6三坐標(biāo)的應(yīng)用實(shí)踐實(shí)習(xí)期間，我在一家制造企業(yè)擔(dān)任過質(zhì)檢員的職位，期間應(yīng)用了三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x這個(gè)儀器。當(dāng)時(shí)我們用三坐標(biāo)對(duì)三寸瓦片對(duì)應(yīng)圖紙的各個(gè)尺寸進(jìn)行了多次檢驗(yàn)，測(cè)量的尺寸包括三寸瓦片的高度，倒角，內(nèi)徑，外徑，平行度等。下面敘述一下時(shí)間的大致流程。三坐標(biāo)開機(jī)前，需例行檢查三點(diǎn)，即開機(jī)前及開機(jī)的操作。1)用高支紗棉布蘸無水酒精，擦拭三軸導(dǎo)軌氣浮面，導(dǎo)軌氣浮面保持干燥后，便可運(yùn)行機(jī)器。注意導(dǎo)軌氣浮面，不需要涂抹任何潤(rùn)滑防護(hù)類物質(zhì)。2)鑒于開機(jī)后測(cè)量機(jī)要自動(dòng)歸零，所以要確保在開機(jī)前測(cè)量機(jī)各部件在回零行進(jìn)的路徑上，不能有任何障礙物，避免碰撞。3)按照以下順序開機(jī),打開氣源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，開控制柜，等待計(jì)算機(jī)進(jìn)入測(cè)量軟件界面后，按下操作盒上的伺服加電按鈕。以上步驟是開機(jī)前必須完成的操作，不可遺漏。下圖是我工作地點(diǎn)的的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。圖6-1接下來，創(chuàng)建新的測(cè)量例程，啟動(dòng)PC-DMIS。屏幕上將顯示打開對(duì)話框。若之前已創(chuàng)建測(cè)量例程，可從此對(duì)話框加載此例程。因?yàn)閯?chuàng)建的是新的測(cè)量例程，選擇取消關(guān)閉此對(duì)話框。選擇文件文件|新建，打開新建測(cè)量例程對(duì)話框。在零件名稱框中鍵入：TEST。在修訂號(hào)框中輸入修訂號(hào)并在“序列號(hào)”框中輸入序列號(hào)。在單位列表中選擇英寸。選擇界面列表中的聯(lián)機(jī)。若PC-DMIS未連接CMM，則選擇脫機(jī)。單擊確定確定。PC-DMIS創(chuàng)建新的測(cè)量例程。在側(cè)頭校零后，進(jìn)行測(cè)量，下圖公司的一個(gè)工件，需要用三坐標(biāo)測(cè)量許多尺寸，即元素。如測(cè)量平面，先在頂曲面上采三個(gè)測(cè)點(diǎn)。這三個(gè)測(cè)點(diǎn)的形狀應(yīng)為三角形，并且盡可能向外擴(kuò)展。在采第三個(gè)測(cè)點(diǎn)后按END鍵。PC-DMIS將顯示特征標(biāo)識(shí)和一個(gè)三角形，指示平面的測(cè)量。圖6-2為公司的一個(gè)工件。圖6-2建立坐標(biāo)系采用平面/直線/直線方法，第一基準(zhǔn)為頂部平面，第二基準(zhǔn)為前平面，第三基準(zhǔn)為左平面。平面（平面1）：測(cè)量頂平面。直線（直線1）：前平面由左向右。直線（直線2）：左平面由前至后。交點(diǎn)（點(diǎn)1）兩直線間“相交”構(gòu)造交點(diǎn)（菜單：插入——特征——構(gòu)造）。圖6-3為坐標(biāo)系在圖形窗口中的顯示，可以直觀的顯示已經(jīng)存在的特征的位置，以及利用這些特征所建立坐