毕业设计_三坐标测量机原理及应用

三坐标测量机原理及应用

摘 要

三坐标测量机是近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业领域中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相 互位置的检测。如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、形体等空间型面的测量。此外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成电路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的 加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种。

关键词 三坐标测量机 传感器 三维 光栅尺

目 录

第一章 三坐标测量机简介

第一节 三坐标测量机的意义............................3

第二节 三坐标测量机的研究现状........................4

第二章 三坐标测量机的组成与结构

第一节 三坐标测量机的组成............................5

第二节 三坐标测量机的结构。。。........................6

第三章 三坐标测量机的分类及测量方法

第一节 三坐标测量机的分类 ...........................8

第二节 三坐标测量机的测量方法........................9

第四章 三坐标测量机的应用及发展

第一节 三坐标测量机的应用...........................10

第二节 三坐标测量机的发展...........................13

结束语 ...............................................15

参考文献 .............................................16

第一章 三坐标测量机简介

三坐标测量机指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三次元。三坐标测量机作为现代大型精密测量仪器已有40多年的历史，20世纪60年代以来，随着机床、机械，汽车、航空航天和电子工业的兴起，各种复杂零件的研制急需先进的检测仪器对其检测；同时，随着产品更新节奏的加快，对产品检测速度的要求也越来越高，三坐标测量机正是集合了这两个优点，得以在测量领域得到广泛的应用。随着计算机技术和计量软件技术的引入，三坐标测量机的应用领域愈加宽广，己经越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。

第一节 三坐标测量机的意义

三坐标测量机出现以前，空间三维尺寸的测量多采用高度尺和量规等通用量具进行测量；或者采用专用的量规、心轴、验棒等测量工具测量孔轴及其相互位置和精度，这些测量方法劳动强度大，效率低，精度上也不易保证。

20世纪60年代以来，随着工业生产的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业的兴起，研制的各种复杂零件急需先进的检测技术和仪器对其进行检测，因而体现三维测量的三坐标测量机应运而生，并得以迅速发展和广泛应用。三维测量正是基于以下客观需求而发展起来的[1]。

1) 越来越多的工件需要进行空间的测量，传统的测量方法不能满足生产需要。

2) 由于机械加工、数控机床加工及自动加工线的发展，生产节拍的加快，加工零件的时间越来越短，要求加快对复杂工件的检测。

3) 随着生产规模的扩大，加工精度不断提高，测量除了需要在计量室进行外，还需要在加工车间中进行，或将测量机直接串接到生产线；检测的零件数量大，需要各种精度的测量机，以满足生产的需要。

4) 反向工程的需要，随着模具生产的发展，往往按制好的工件模型去仿制模具，故需要三维扫描测量工件的轮廓曲线和数据。根据这些数据编制加工的程序。综上所述，三坐标测量机的出现是计量仪器从古典的手动方式向现代化的自动测试技术过渡的里程碑，三坐标测量机对三维测量起着重要的作用。

第二节 三坐标测量机的研究现状

世界上第一台测量机是在1959年由英国制造的。现在，国内外的应用已相当普遍。根据国际专业咨询公司统计，三坐标测量机的销售增长率在7%~25%。目前，国内外三坐标测量机正迅速发展，世界上生产测量机的厂商已超过50家，品种规格也已达300种以上。

（1）国外概况 国外三坐标测量机生产厂家较多，系列品种很多，大多数都有划线功能。著名的国外生产厂家有德国的蔡司（Zeiss ）和莱茨（Leitz ）、意大利的DEA 、美国的布朗-夏普（Brown&Sharpe）、日本的三丰（Mitutoyo ）等公司。

总的来说，国外机器有以下特点：1. 绝大多数机器总体布局为悬臂式，空间敞开性好，便于安装大的零件或整车；2. 采用AutoCAD 和有限元法进行优化设计，结构较合理，造型优美；3. 专项开发力量强，专用软件和附件较多，能满足更多用户的特殊需要；4. 移动构件多数用合金铝材，移动件质量尽可能小，做到高刚性、低惯性；5. 配有21项误差补偿软件，可以廉价地提高机器精度；6. 配有32位DSP 连续轨迹控制系统，它是一种性能优于CPU 的数据信号处理器，是超大规模集成电路。它除了有较高的运算和控制功能外，还有内部存储的许多可供开发的高级语言程序；7. 绝大多数机器采用Renishaw 公司（英国）的电测头，功能齐全，质量可靠；8. 配有功能齐全的控制测量软件、专用和误差修正软件；9. 机器的性能高度稳定可靠，使用寿命长；10. 三坐标测量机与计算机工作站和数控机床联网；11. 三坐标测量及技术近十多年来突飞猛进发展，特别是数控系统和测量软件每二三年便更新一代；12. 系列品种齐全，“三化”（即标准化、通用化、系列化）程度高。

（2）国内概况 我国自20世纪70年代开始引进、研制三坐标测量机以来，也有了很大发展。国内引进较多的是Zeiss 、Brown&Sharpe、Leitz 、EDA 等公司的产品。而国内的生产单位也已经有了很大的发展，主要的生产厂家中有中国航空精密机械研究所、青岛前哨英柯发测量设备有限公司、上海机床厂、北京机床研究所、哈尔滨量具刃具厂、昆明机床厂和新天光仪器厂等。现在，我国具有年产几百台各种型号三坐标测量机的能力。 国内三坐标测量及近十年来发展也较快，但同国外相比还有一定差距，主要有以下几方面：系列品种较少，“三化”程度低；新产品开发周期长，主要原因是原件和材料配套难；机加工周期长等；产品的稳定性较差，特别是电控系统，可靠性较差，故障率较高，寿命相对低，此外软件功能相对少些，特别是专用软件更少，与计算机工作站和数控机床联网问题，仅有极少数测量机刚刚起步，多数机器还没开始这项工作，有待进一步开发研究。

第二章 三坐标测量机的组成与结构

第一节 三坐标测量机的组成

三坐标测量机的主要组成：

1， 主机机械系统（X 、Y 、Z 三轴或其它）；

2， 测头系统；

3， 电气控制硬件系统；

4， 数据处理软件系统（测量软件）；

1—工作台 2—移动桥架 3—中央滑架 4—Z 轴 5—测头 6—电子系统 7—辅助气源 一 主机结构分为：

1、框架，是指测量机的主体机械结构架子。它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体；

2、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。该系统还应包括数显电气装置。

3、导轨，是测量机实现三维运动的重要部件。测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装置。

4、驱动装置，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功

能。在测量机上一般采用的驱动装置有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。直线马达驱动正在增多。

5、平衡部件，主要用于Z 轴框架结构中。它的功能是平衡Z 轴的重量，以使Z 轴上下运动时无偏得干扰，使检测时Z 向测力稳定。如更换Z 轴上所装的测头时，应重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。Z 轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。

6、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台等。用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。

二 三维测头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。测量的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。测头有接触式和非接触式之分。按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。

三 电气系统分为：

1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。

2、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC 机和工作站等。

3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可用于基本几何元素及其相互关系的测量，形状与位置误差测量，齿轮，螺纹与凸轮的测量，曲线与曲面的测量等。具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。

4、打印与绘图装置，此装置可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。

第二节 三坐标测量机的结构

三坐标测量机的结构材料对其测量精度、性能有很大影响，随着各种新型材料的研究、开发和应用，三坐标测量机的结构材料也越来越多，性能也越来越好。常见的结构材料主要有以下几种：

1 铸铁

铸铁是应用较为普遍的一种材料，主要用于底座、滑动与滚动导轨、立柱、支架、床身等。它的优点是：变形小、耐磨性好、易于加工、成本较低、线膨胀

系数与多数被测件（钢件）接近，是早期三坐标测量机广泛使用的材料。至今在有些测量机上仍主要用铸铁材料。 但铸铁也有缺点：易受腐蚀，耐磨性低于花岗石，强度不高。目前铸铁主要用在划线机等测量机上。现在越来越多地为其它材料（如钢板焊件、花岗石）代替。 2钢

钢主要用于外壳、支架等结构，有的测量机底座也采用钢。一般采用低碳钢，而且必须要进行热处理。钢的优点是刚性和强度好。它的缺点是容易变形，这是因为钢在加工之后，内部的残余应力释放导致变形。钢材料的又一优点是可用焊接件。在80年代初期焊接件成功地应用于测量机及机器人。与铸铁件相比较，焊接件有以下优点：

（1）焊接构件经过充分地人工时效后可获得较高的稳定性。 （2）能获得较高刚度，设计的灵活性比铸件要好，钢构件比铸铁轻

（3）、焊接件的尺寸可以得到很好的控制。成批生产条件下，靠夹具保证焊接件的尺寸；在单件或小批量生产时则靠工人的技术掌握

3 花岗岩

花岗石比钢轻，比铝重，是目前应用较为普遍的一种材料。花岗岩的主要优点是变形小、稳定性好、不生锈，易于作平面加工，易于达到比铸铁更高的平面度，适合制作高精度的平台与导轨。花岗石也存在不少缺点，主要是：虽然可以用粘贴的方法制成空心结构，但较麻烦；实心结构质量大，不易加工，特别是螺钉孔和光孔难以加工，不能将磁力表架吸附到其上，造价高于铸铁；花岗石材质较脆，粗加工时容易崩边；遇水会产生微量变形。使用中应注意防水防潮，禁止用混水的清洗剂擦拭花岗石表面，也应防止静压气体中的水分对导轨的影响。 4铝

三坐标测量机主要是使用高强度铝合金。这是近几年发展最快的新型材料。 铝材料的优点是质量轻、强度高、变形小、导热性能好，并且能进行焊接，适合作测量机上的许多部件。应用高强度铝合金是目前的主要趋势

第三章 三坐标测量机的类型及测量方法

第一节 三坐标测量机的类型

常见三坐标测量机的类型有复合式，便携式。

一，复合式三坐标测量机的特点：

1. 具有所有传统三坐标测量机的接触式探头点测功能和非接触式光学三维扫描功能；

2. 微型三维扫描仪质量不超过500克，可以很方便的安装在三坐标测量机的先端，和测头平行 使用；

3. 微型三维扫描仪精度高，单次扫描精度为0.01-0.02mm ；

4. 无需标志点，数据全自动拼接；可测量范围大，可扫描大型物体, 如汽车的模型；

5. 复合式三坐标测量机既具有点测功能，又具备面扫描能力；

6. 非接触式扫描物体，单次扫描可得到130万个点的数据信息，数据质量高； 二，便携式三坐标测量机的特点：

1. 获得专利的主轴无限旋转技术，允许检测难以到达的区域。

2. 利用配备桥式测量机的TESA 动态多线式测头，帮助你获得无以超越的测量性能。碳纤维测头可以进行测头的自动识别。

3. 新型、更小尺寸、更便于把握的把手，具备LED 工作灯和一个整合的数码相机，允许操作人员对测量的初始化进行图形化建档。

4. 新型无限旋转把手 – 可在肘部和前臂进行把手的旋转，提供了两个低摩擦的把手位置，更加符合人体工程设计。旋转把手允许测量系统在操作者手中“游动”，能够达到最好的精度并减少操作人员的疲劳。

5. Heidenhain 编码器，根据我们的特定要求定制，提供了“宽轨迹”轴承支撑，提高了系统的性能。

6. 先进的碳纤维臂身，坚固、重量轻、温度稳定性好，并提供了贯穿整个产品使用周期的长久保证。

7. 提升性能、小尺寸的Zero-G 平衡系统，减少了操作人员的疲劳，提供了在所有位置毫不费力的控制，包括中心线上下。

8. 经过改进的802.11g WIFI连接 — 相对兰牙技术，信息传送可以6倍更广、50倍更快 — 允许操作人员把电脑放置在最方便的位置。

9. 锂电池允许现场检测，不需要交流电源或者电缆。采用密封电池罩避免电池箱进灰尘，以及意外的电池移动。

10. 快速固定型测头保护套，用于存放系统三个备用测头，并使得测头更

换安全与快速。

第二节 三坐标测量机的测量方法.

三坐标测量机按测量方法分类有： 1、接触式探针测量三坐标测量仪（最常用使用最普遍）；

2、影像复合式三坐标测量仪；

3、激光复合式三坐标测量仪（主要应用于产品测量与逆向抄数扫描）。

其中，接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。为了分析工件加工数据，或为逆向工程提供工件原始信息，经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。三坐标测量机的扫描操作是应用DMIS 程序在被测物体表面的特定区域内进行数据点采集，该区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线等。将被测物体置于三坐标测量空间，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，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。基本原理就是通过探测传感器（探头）与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。

正确使用三坐标测量机应注意以下几点：

（1） 工件吊装前，要将探针退回坐标原点，为吊装位置预留较大的空间；工件

吊装要平稳，不可撞击三坐标测量机任何构件。

（2） 正确安装零件，安装前确保符合零件与测量机的等温要求。

（3） 建立正确的坐标系，保证所建的坐标系符合图纸的要求，才能确保所测数

据准确。

（4） 当编好程序自动运行时，要防止探针与工件的干涉，故需注意要增加拐点。

第四章 三坐标测量机的应用及发展

第一节 三坐标测量机的应用

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。

三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表面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从小时减到分钟，并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。

(一) 三坐标测量机在模具行业中的应用

三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式与非接触式两种，目前Metris LK 的测量机在两项技术上位居世界前列。

模具的型芯型腔与导柱导套的匹配如果出现偏差，可以通过三坐标测量机找出偏差值以便纠正。在模具的型芯型腔轮廓加工成型后，很多镶件和局部的曲面要通过电极在电脉冲上加工成形，从而电极加工的质量和非标准的曲面质量成为模具质量的关键。因此，用三坐标测量机测量电极的形状必不可少。 三坐标测量机可以应用3D 数模的输入，将成品模具与数模上的定位、尺寸、相关的形位公差、曲线、曲面进行测量比较，输出图形化报告，直观清晰的反映模具质量，从而形成完整的模具成品检测报告。 在某些模具使用了一段时间出现磨损要进行修正，但又无原始设计数据(即数模) 的情况下，可以用截面法采集点云，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，从而达到完好如初的修复效果。

当一些曲面轮廓既非圆弧，又非抛物线，而是一些不规则的曲面时，可用油泥或石膏手工做出曲面作为底胚。然后用三坐标测量机测出各个截面上的截线、特征线和分型线，用规定格式输出，探针半径补偿后造型，在造型过程中圆滑曲线，从而设计制造出全新的模具。 三坐标测量机以其高精度高柔性以及优异的数字化能力，成为现代制造业尤其是模具工业设计、开发、加工制造和质量保证的重要手段。我侧重谈一下测量

机对于模具工业的两个重要作用。

第一、测量机能够为模具工业提供质量保证，是模具制造企业测量和检测的最好选择。测量机在处理不同工作方面的灵活性以及自身的高精度，使其成为一个仲裁者。在为过程控制提供尺寸数据的同时，测量机可提供入厂产品检验、机床的校验、客户质量认证、量规检验、加工试验以及优化机床设置等附加性能。高度柔性的三坐标测量机可以配置在车间环境，并直接参与到模具加工、装配、试模、修模的各个阶段，提供必要的检测反馈，减少返工的次数并缩短模具开发周期，从而最终降低模具的制造成本并将生产纳入控制。

第二、测量机具备强大的逆向工程能力，是一个理想的数字化工具。通过不同类型测头和不同结构形式测量机的组合，能够快速、精确的获取工件表面的三维数据和几何特征，这对于模具的设计、样品的复制、损坏模具的修复特别有用。此外，测量机还可以配备接触式和非接触式扫描测头，并利用PC-DMIS 测量软件提供的强大的扫描功能，完成具备自由曲面形状特征的复杂工件CAD 模型的复制。无需经过任何转换，可以被各种CAD 软件直接识别和编程，从而大大提高了模具设计的效率。

具体来说，在模具制造企业中应用测量机完成设计和检测任务时，要密切关注测量基准的选择、测头的标定和选择、测点数及测量位置的规划、坐标系的建立、环境的影响、局部几何特征的影响、CNC 控制参数等多方面的因素。这当中的每一个因素，都足以影响测量结果的精确和效率。

(二) 三坐标测量机在汽车行业的应用

坐标测量机是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。通过将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，利用接触或非接触探测系统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。因此，坐标测量机具备高精度、高效率和万能性的特点，是完成各种汽车零部件几何量测量与品质控制的理想解决方案。

汽车零部件具有品质要求高、批量大、形状各异的特点。根据不同的零部件测量类型，主要分为箱体、复杂形状和曲线曲面三类，每一类相对测量系统的配置是不尽相同的，需要从测量系统的主机、探测系统和软件方面进行相互的配套与选择。

测量系统的主机： 桥式测量机是实现汽车零部件测量的主力军。这其中，在全球安装超过7500台的GLOBAL 系列测量机汽车零部件领域发挥着重要作用

探测系统： 测量机是探测工件表面点三维坐标的测量系统，因此能够以适当的方式进行空间点坐标的采集，是坐标测量系统完成被测工件测量与分析的关键。目前，除了应用最多的触发式测头完成箱体类零部件的测量任务外，各种接触式扫描测头、非接触光学测头和激光扫描测头也在更多的被汽车零部件业界的用户所采用，完成复杂形状零部件的测量，功能更强，效率更高。

软件系统：软件正成为反映测量系统忧劣的重要指标，软件的易用性、对于尺寸和形状的评价能力、以及强大的CAD 功能、可定制的报告输出和系统的扩充性能，能够大大提升对汽车零部件供应商的产品质量，以及作为优秀供应商的能力，需要重点了解和考虑。

(三) 三坐标测量机在发动机制造中的应用

在现代制造业中，高精度的综合测量机越来越多的应用于生产过程中，使产品质量的目标和关键渐渐由最终检验转化为对制造流程进行控制，通过信息反馈对加工设备的参数进行及时的调整，从而保证产品质量和稳定生产过程，提高生产效率。

发动机是由许多各种形状的零部件组成，这些零部件的制造质量直接关系到发动机的性能和寿命。因此，需要在这些零部件生产中进行非常精密的检测，以保证产品的精度及公差配合。在现代制造业中，高精度的综合测量机越来越多的应用于生产过程中，使产品质量的目标和关键渐渐由最终检验转化为对制造流程进行控制，通过信息反馈对加工设备的参数进行及时的调整，从而保证产品质量和稳定生产过程，提高生产效率。

在传统测量方法选择上，人们主要依靠两种测量手段完成对箱体类工件和复杂几何形状工件的测量，即：通过三坐标测量机执行箱体类工件的检测；通过专用测量设备，例如专用齿轮检测仪、专用凸轮检测设备等完成具有复杂几何形状工件的测量。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。这样往往导致企业的计量部门需要配置多类型的计量设备和从事计量操作的专业检测人员，计量设备使用率较低，同时企业负担较高的计量人员的培训费用和计量设备使用和维护费用；企业无法实现柔性、通用计量检测。因此，降低企业的测量成本，计量人员的培训费用，测量设备的使用和维修费用，达到提高测量检测效率的目的，使企业具备生产过程的实时质量控制能力，这将关系到企业在市场活动中的应变能力，对帮助企业建立并维护良好的市场信誉，具有重要的决定作用。

第二节 三坐标测量机的发展

坐标测量机是近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，它广泛的应用于机械制造，电子，汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸，形状及相互位置的检测，例如箱体，导轨，涡轮和叶片，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及制备数控机床的加工程序等。由于它通用性强，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，故有" 测量中心”之称。

三坐标测量机作为现代大型精密仪器，已越来越显示出它的重要性和广阔发展前景。它可方便的进行空间三维尺寸的测量，可以实现在线检测及自动化测量. 它的优点是：1. 通用性强，可实现空间坐标点位的测量，方便的测出各种零件的三维轮廓尺寸和位置精度2. 测量精确可靠3. 可方便的进行数据处理与程序控制。

从目前国内外三坐标测量机发展情况和科技、生产对三坐标测量机提出的要求看，在今后一段时期内，它的主要发展趋势可以概括为以下几方面。

（1）普及高速测量

质量与效率一直是衡量各种机器性能、生产过程优劣的两项主要指标。传统的概念是为了保证测量精度，测量速度不宜过高。随着生产节奏不断加快，用户在要求测量机保证测量精度的同时，会对CMM 的测量速度提出越来越高的要求。而提高测量机测量速度这一目的，会为CMM 带来以下几个方面的革新。测量机的

结构设计改进及材料的变化，结构优化以提高刚性，减轻运动部件的质量；使用轻质材料来降低运动惯性，即由普通使用的花岗石等传统材料转变为密度与杨氏模数之比低的材料、薄壁空心结构等。铝、陶瓷、人工合成材料在测量机中获得了越来越多的应用；高速的动态性能要求提高动态补偿能力，动态误差与测量机的结构参数和运动规程有关。在研究这些特性的基础上，既可以改进测量机的结构设计，提高控制系统性能，又可以进行动态误差补偿，在实现高速测量的同时保证高精度；采用非接触式测头测量方式，在触测情况下，由于工件与测头的接触速度不能太大，这就给测量速度带来了很大的限制。扫描测量方式虽比点位测量方式效率高得多，但仍受触测的限制。采用非接触测头，可避免频繁加速、减速、碰撞等，大大提高测量速度。特别从对可靠性与安全保护提出更高要求看，非接触测头也有很大的优越性；脱机编程技术成为一种趋势，所谓脱机编程技术，就是在编程技术的辅助下，在不上测量机的情况下，在三维图形的环境下完成对测量程序的编制工作。这样不但能有效地提高测量机的实际使用效率，也提高了测量程序的编制效率。脱机编程技术的应用使我们能完全与生产准备及生产过程同步进行测量的准备工作，从而更可以节约宝贵的测量机时。

（2) 新材料和新技术的应用

为确保可靠高速的测量功能，国外十分重视研究机体原材料的选用，最近在传统的铸铁、铸钢基础上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料。世界上的主要三坐标测量机制造厂商，大都采用了重量轻、刚性好、导热性强的合金材料，来制造测量机上的运动机构部件。铝合金、陶瓷材料以及各种合成材料在三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。

（3）软件技术的革新

测量机的功能主要由软件决定。三坐标测量机的操作、使用的方便性，也首先取决于软件，测量机每一项新技术的发展，都必须有相应配套的软件技术跟上。为了将三坐标测量机纳入生产线，需要发展与网络通信、建模、CAD 、实现反向工程的软件；按样条函数、NURSB 等进行拟合、建模

以及各种仿真软件也在不断发展。此外，加快普及使用通用测量软件（CMIS ）以方便与.CAD/CAM的数据交换；同时完善应用于不同类型工件之专用测量软件的开发和使用，最终形成基于同一种平台开发的测量软件族也成为软件革新的一种必然趋势。

结束语：

三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、高精度测量系统在先进制造技术与科学研究中有极广泛的应用。它首先将各种几何元素的测量转化为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 ,再由软件按一定的评定准则算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等。这一工作原理 ,使三坐标测量机具有很大的通用性与柔性。从原理上说 ,它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。科技与生产的发展对三坐标测量机不断提出新的、更高的要求 。未来的世界，三坐标测量机有很深的发展潜力。

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