三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine, CMM) 是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。

1.三坐标厂家介绍

2.产品介绍(（1）主要特征 （2）机型案例 产品特点 技术参数 应用领域 使用方法 注意事项 相关维护及保养)

1.三坐标厂家介绍

目前在国内宣传能制造三坐标测量机的企业很多，不过多数为贴牌的低端机（低精度、低稳定性）或者是主要厂家的代理商。这类产品的主要特点是：

a.测量精度MPEe<2.5+L/300um MPEp<2.5um

b.Y轴为类三角形，光栅尺裸露

c.外表精美，但内部花岗岩用的是建筑花岗岩，直接表现是花色较白、纹路粗糙、甚至部分材质异样。

d.推荐自家研发的尚未成熟的测头、控制系统或软件，直接把用户当作小白鼠做实验。

根据以上特点，不难发现，能真正具有三坐标测量机的技术能力的企业就很有限了。海克斯康当然是市场占有率的老大，但是由于自身收购了众多杂牌厂家，机器也就有高端和低端了，用户需谨慎辨别。蔡司是业内公认的技术老大，德国测量技术的典型代表，但是服务傲慢，用户非议颇多。

生产中高端机器的厂家有：海克斯康（国外生产）、蔡司、尼康（英国LK）、EUROTONE（欧潼）、爱德华、温泽、天准。

性价比较高的有：尼康、EUROTONE（欧潼）、爱德华、海克斯康，

2.产品介绍

（1）主要特征

a.三轴采用天然高精密花岗岩导轨，保证了整体具有相同的热力学性能，避免由于三轴材质不同热膨胀系数不同所造成的机器精度误差。

花岗岩与航空铝合金的比较：　1）铝合金材料热膨胀系数大（参数见下表）。一般使用航空铝合金材料的横梁和Z轴在使用几年之后，三坐标的测量基准——光栅尺就会受损，精度改变。

材料　比重
（kg/dm&sup3；）　热膨胀系数
（1/K）　截面导热率
（W/mK）

钢　7.80　10.4X10　42-63

航空铝合金　2.90　23.8X10　210

陶瓷材料　3.40　8.0X10　28

花岗岩　2.77　6.5X10　3.52）由于三坐标的平台是花岗岩结构，这样三坐标的主轴也是花岗岩材质。主轴采用花岗岩而横梁和Z轴采用铝合金等其他材质，在温度变化时会因为三轴的热膨胀系数不均同而引起测量精度的失真和稳定。

b. 三轴导轨上海欧潼采用全天然花岗岩四面全环抱式矩形结构，配上高精度自洁式预应力气浮轴承，是确保机器精度长期稳定的基础，同时轴承受力沿轴向方向，受力稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。

c. 采用上海欧潼小孔出气专利技术，耗气量为30L/Min，在轴承间隙形成冷凝区域，抵消轴承运动摩擦带来的热量，增加设备整体热稳定性。仔细研究各厂家的技术指标，会发现：欧潼精密的耗气量为30L/Min，而其他的厂家在50-150L/MIN之间. 按照物理学理论，当气体以一定的压力通过圆孔的时候，会因为气体摩擦产生热量，在高精密测量中，微小的热量也会影响精度的稳定性，而当出气孔的孔径小于一定的直径的时候，却会相反的会在出气孔的周围形成冷凝效应！ 正是利用这一物理学原理，采用欧潼小孔出气的技术，使得冷凝效应恰恰抵消测量中因为空气摩擦产生的微弱热量，使得设备保持长时间的温度稳定性，从而保证精度稳定性！

各大供应商CMM轴承对比

　上海欧潼　合资其它公司　其它公司

气浮轴承　欧潼的四面环抱轴承技术，保证驱动平顺稳定　三面气浮轴承　两面或三面环抱

每分钟
耗气量　30L/MIN　150L/MIN　70L/MIN

主支撑　主支撑高于台面，中心低，比较粗短，运行稳定，最大程度减少阿贝误差　主支撑和台面相平，细长，重心高，运行时候阿贝误差较大　
d. 三轴均采用英国RENISHAW原装镀金光栅尺，分辨率为0.1um；同时采用一端固定，一端自由伸缩的方式安装，减少了光栅尺的变形。

e.传动系统采用国际先进的设计，无任何导轨受力变形，最大程度保证机器精度和稳定性。采用钢丝增强同步带传动结构，有效减少高速运动（增加）时的震动，具有高强度，高速度及无磨损特点。

f. 软件为PTB全面认证的业界标杆RATIONAL-DMIS，功能强大，简单易学，让你更专注于产品测量而不是学习软件。

（2）机型案例

EUROTONE（欧潼）X152510

测量行程：X轴 2500 mm

Y轴 1500 mm

Z轴 1000 mm

结构型式：三轴花岗岩、四面全环抱的德式活动桥式结构

传动方式：直流伺服系统 + 预载荷高精度空气轴承

长度测量系统：RENISHAW开放式光栅尺，分辨率为0.1μm

测头系统：雷尼绍控制器、雷尼绍测头、雷尼绍测针

机 台：高精度（00级）花岗岩平台

使用环境：温度（20±2）℃，湿度40%-70% ，温度梯度1℃/m，温度变化 1℃/h

空气压力：0.4 MPa - 0.6 Mpa

空气流量：30 L/min – 50 L/min

整机尺寸（LWH）：3.7m X 2.7 m X 3.3 m

机台承重：3500 kg ，整机重量：9000 Kg

长度精度MPEe：≤2.1+L/350 （μm)

探测球精度MPEp：≤2.1μm

3DFAMILY-CMF系列三坐标测量仪是智泰集团最新一代高性能活动桥式测量机。高稳定性的测量系统，能够快速有效第完成通用的检测需要，并大大提高检测效率。外形设计精美，补缺现现代测量技术上的不足。

产品特点

1、单边活动桥式结构，显著提高运动性能，确保测量精度及稳定性。

2、三轴导轨均采用高精密天然花岗岩，具有相同的温度特性及刚性。

3、三轴导轨均采用自洁式预载荷高精度空气轴承，运动更平稳，导轨永不受磨损。

4、RENISHAW自粘开放式金属光栅尺，更接近花岗岩基本的热膨胀系数，提高了设备的稳定性。

5、采用公司自主研发的软件，使仪器测量更加精准。

技术参数

主要型号　CMF594

测量行程（mm)　500×900×400

全机尺寸（mm)　1670×1050×2240

机台厚度（mm)　230

机台承重（kg)　600

机台重量（kg)　1200

测量精度（μm)　3+L/300

软件　3D-DMIS

控制系统　双计算机式集成控制系统

驱动系统　DC直流伺服电机，齿形带传动

使用环境　电源供给：110V～220V±10% 50/60HZ 温度：20±5℃ 湿度：45%-75%

保修期　1年

应用领域

广泛应用于汽车、电子、五金、塑胶、模具等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。

使用方法

三坐标测量仪简称CMM，自六十年代中期第一台三坐标测量仪问世以来，随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展，为测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。

CMM按测量方式可分为接触测量和非接触测量以及接触和非接触并用式测量，接触测量常于测量机械加工产品以及压制成型品、金属膜等。本文以接触式测量机为例来说明几种扫描物体表面，以获取数据点的几种方法，数据点结果可用于加工数据分析，也可为逆向工程技术提供原始信息。扫描指借助测量机应用PC-DMIS软件在被测物体表面特定区域内进行数据点采集。此区域可以是一条线、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。扫描类型与测量模式、测头类型及是否有CAD文件等有关，状态按纽（手动/DCC）决定了屏幕上可选用的“扫描”（SCAN）选项。若用DCC方式测量，又具有CAD文件，那么扫描方式有“开线”（OPEN LINEAR）、“闭线”（CLOSED LINEAR）、“面片”（PATCH）、“截面”（SECTION）及“周线”（PERIMETER）扫描。若用DCC方式测量，而只有线框型CAD文件，那么可选用 “开线”（OPEN LINEAR）、“闭线”（CLOSED LINEAR）和“面片”（PATCH）扫描方式。若用手动测量模式，那么只能用基本的“手动触发扫描”（MANUL TTP SCAN）方式。若在手动测量方式，测头为刚性测头，那么可用选项为“固定间隔”（FIXED DELTA）、“变化间隔”（VARIABLE DELTA）、“时间间隔”（TIME DELTA）和“主体轴向扫描”（BODY AXIS SCAN）方式。

注意事项

正确使用三坐标测量仪对其使用寿命、精度起到关键作用，应注意以下几个问题：

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仪的任何构件。

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。

5、对于一些大型较重的模具、检具，测量结束后应及时吊下工作台，以避免工作台长时间处于承载状态。

相关维护及保养

由于压缩空气对三坐标测量仪的正常工作起着非常重要的作用，所以对气源的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：

1、每天使用三坐标测量仪前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机或储气罐的水和油。

2、一般3个月要清洗随机过滤器和前置过滤器的滤芯。空气质量较差的周期要缩短。因为过滤器的滤芯在过滤油和水的同时本身也被油污染堵塞，时间稍长就会使测量机实际工作气压降低，影响三坐标测量仪正常工作。一定要定期清洗过滤器滤芯。

3、每天都要擦拭导轨油污和灰尘，保持气浮导轨的正常工作状态。

对三坐标测量机导轨的保护

三坐标测量仪的导轨是测量机的基准，只有保养好气浮块和导轨才能保证测量机的正常工作。三坐标测量仪导轨的保养除了要经常用酒精和脱脂棉擦拭外，还要注意不要直接在导轨上放置零件和工具。尤其是花岗石导轨，因其质地比较脆，任何小的磕碰会造成碰伤，如果未及时发现，碎渣就会伤害气浮块和导轨。要养成良好的工作习惯，用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。

工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。

三坐标测量仪 - 数据管理

一、数据转换

数据转换的任务和要求：

（1）将测量数据格式转化为CAD软件可识别的IGES格式，合并后以产品名称或用户指定的名称分类保存。

（2）不同产品、不同属性、不同定位、易于混淆的数据应存放在不同的文件中，并在IGES文件中分层分色。

数据转换使用《三坐标测量数据处理系统》完成，草作方法见软件用户手册。

二、重定位整合

1 、应用背景

在产品的测绘过程中，往往不能在同一坐标系将产品的几何数据一次测出。其原因一是产品尺寸超出测量机的行程，二是测量探头不能触及产品的反面，三是在工件拆下后发现数据缺失，需要补测。这时就需要在不同的定位状态（即不同的坐标系）下测量产品的各个部分，称为产品的重定位测量。而在造型时则应将这些不同坐标系下的重定位数据变换到同一坐标系中，这个过程称为重定位数据的整合。

对于复杂或较大的模型，测量过程中常需要多次定位测量，最终的测量数据就必需依据一定的转换路径进行多次重定位整合，把各次定位中测得的数据转换成一个公共定位基准下的测量数据。

2 、重定位整合原理

工件移动（重定位）后的测量数据与移动前的测量数据存在着移动错位，如果我们在工件上确定一个在重定位前后都能测到的形体（称为重定位基准），那么只要在测量结束后，通过一系列变换使重定位后对该形体的测量结果与重定位前的测量结果重合，即可将重定位后的测量数据整合到重合前的数据中。重定位基准在重定位整合中起到了纽带的作用.

PID控制是：比例，积分，微分控制的缩写。

P参数：决定系统对位置误差的整个响应过程。数值越低，系统越稳定，不产生振荡，但刚性差，到位误差大；数值越高，刚性越好，到位误差小，但系统可能产生振荡。

.I 参数：控制由于摩擦力和负载引起的静态到位误差。数值越低，到位时间越长；数值越高，可能在理论位置上下振荡。

.D参数：此参数通过阻止误差变化过冲给系统提供阻尼和稳定性。数值越低，使系统对位置误差响应快；数值越高，系统响应越慢。

三坐标测量仪 - 日常保养

三坐标测量机的组成比较复杂，主要有机械部件、电气控制部件、计算机系统组成。平时我们在使用三坐标测量机测量工件的同时，也要注意机器的保养，以延长机器的使用寿命。下面我们从三个方面说明三坐标测量机的基本保养。

机械部件

三坐标测量机的机械部件有多种，我们需要日常保养的是传动系统和气路系统的部件，保养的频率应该根据测量机所处的环境决定。一般在环境比较好的精测间中的测量机，我们推荐每三个月进行一次常规保养，而如果用户的使用环境中灰尘比较多，测量间的温度湿度不能完全满足测量机使用环境要求，那应该每月进行一次常规保养，对测量机的常规保养，应了解影响测量机的因素：

1.压缩空气对测量机的影响

1）.要选择合适的空压机，最好另有储气罐，使空压机工作寿命长，压力稳定。

2）.空压机的启动压力一定要大于工作压力。

3）.开机时，要先打开空压机，然后接通电源。

2. 油和水对测量机的影响

由于压缩空气对测量机的正常工作起着非常重要的作用，所以对气路的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：

l每天使用测量机前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机或储气罐的水和油。

l一般3个月要清洗随机过滤器和前置过滤器的滤芯。空气质量较差的周期要缩短。因为过滤器的滤芯在过滤油和水的同时本身也被油污染堵塞，时间稍长就会使测量机实际工作气压降低，影响测量机正常工作。一定要定期清洗过滤器滤芯。

每天都要擦拭导轨油污和灰尘，保持气浮导轨的正常工作状态。

3. 对测量机导轨的保护要养成良好的工作习惯。

用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。

工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。

当我们在使用测量机时要尽量保持测量机房的环境温度与检定时一致。另外电气设备、计算机、人员都是热源。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离。测量机房加强管理不要有多余人员停留。高精度的测量机使用环境的管理更应该严格。

4. 空调的风向对测量机温度的影响

测量机房的空调应尽量选择变频空调。变频空调节能性能好，最主要的是控温能力强。在正常容量的情况下，控温可在±1℃范围内。

由于空调器吹出风的温度不是20℃，因此决不能让风直接吹到测量机上。有时为防止风吹到测量机上而把风向转向墙壁或一侧，结果出现机房内一边热一边凉，温差非常大的情况。

空调器的安装应有规划，应让风吹到室内的主要位置，风向向上形成大循环（不能吹到测量机），尽量使室内温度均衡。

有条件的，应安装风道将风送到房间顶部通过双层孔板送风，回风口在房间下部。这样使气流无规则的流动，可以使机房温度控制更加合理。

5. 空调的开关时间对机房温度的影响

许每天早晨上班时打开空调，晚上下班再关闭空调。待机房温度稳定大约4小时后，测量机精度才能稳定。

这种工作方式严重影响测量机的使用效率，在冬夏季节精度会很难保证。对测量机正常稳定也会有很大影响。

6. 机房结构对机房温度的影响

由于测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。机房的空调选择要与房间相当，机房过大或过小都会对温度控制造成困难。

在南方湿度较大的地区或北方的夏天或雨季，当正在制冷的空调突然被关闭后，空气中的水汽会很快凝结在温度相对比较低的测量机导轨和部件上，会使测量机的气浮块和某些部件严重锈蚀，影响测量机寿命。而计算机和控制系统的电路板会因湿度过大出现腐蚀或造成短路。如果湿度过小，会严重影响花岗石的吸水性，可能造成花岗石变形。灰尘和静电会对控制系统造成危害。所以机房的湿度并不是无关紧要的，要尽量控制在60%±5%的范围内。

空气湿度大、测量机房密封性不好是造成机房湿度大的主要原因。在湿度比较大地区机房的密封性要求好一些，必要时增加除湿机。

7. 改变管理方式防止”假期综合症”

解决的办法就是改变管理方式，将“放假前打扫卫生”改为“上班时打扫卫生”，而且要打开空调和除湿机清除水份。要定期清洁计算机和控制系统中的灰尘，减少或避免因此而造成的故障隐患。

使用标准件检查机器是非常好的，但是相对来说比较麻烦，只能是一段时间做一次。比较方便的办法是用一个典型零件，编好自动测量程序后，在机器精度校验好的情况下进行多次测量，将结果按照统计规律计算后得出一个合理的值及公差范围记录下来。操作员可以经常检查这个零件以确定机器的精度情况。

Z轴平衡的调整

测量机的Z轴平衡分为重锤和气动平衡，主要用来平衡Z轴的重量，使Z轴的驱动平稳。如果误动气压平衡开关，会使Z轴失去平衡。处理的方法：

1） 将测座的角度转到90，0，避免操作过程中碰测头。

2） 按下“紧急停”开关。

3） 一个人用双手托住Z轴，向上推、向下拉，感觉平衡的效果。

4） 一人调整气压平衡阀，每次调整量小一点，两人配合将Z轴平衡调整到向上和向 下的感觉一致即可。

行程终开关的保护及调整

行程终开关是用于机器行程终保护和HOME时使用。行程终开关一般使用接触式开关或光电式开关。开关式最容易在用手推动轴运动时改变位置，造成接触不良。可以适当调整开关位置保证接触良好。光电式开关要注意检查插片位置正常，经常清除灰尘，保证其工作正常。