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摘 要：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，在现代制造中有重要的一席之地，智能化发展必将成为一种趋势。
关键词：三坐标测量机；现状；应用
1 三坐标测量机简介
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。测量机是以精密机械为基础，综合应用光学、电子技术、计算机技术等先进技术的测量仪器。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。这与所有的手动测量设备有很大的区别。坐标测量机是近 几十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。
2 三坐标测量机的应用
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。
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。
3三坐标测量的核心技术是测量软件的开发和CNC系统的发展
坐标测量系统包括：1）测量机；2）数据处理及控制系统；3）测头和4）软件等四部分。
测量软件和CNC控制系统是三坐标测量机功能强弱的主要标指，也是当今坐标机生产厂争取用户的技术焦点。软件能够使测量机满足对于速度和精度的潜在需要。当今的测量软件，能够达到这种程度，即使是最复杂的程序也不需要计算机编程的知识。今天的测量软件是菜单驱动的，也就是说，它提醒操作者他需要做什么，甚至会推荐最有可能的选项。
软件程序还具有统计过程分析和控制功能。对于薄壁件测量的应用软件简化了包含台阶边缘、通过螺帽和螺栓连接的工件的定位与测量。功能完备的轮廓测量使得测量机能够快速、准确地确定复杂的、非几何形状的、没有直边的工件，如涡轮叶片、螺旋压缩器转子、齿轮、活塞、凸轮和曲轴。
软量规工作包能够图形化地构造量规，通过数学的方法插入零件的特征，从而校正几何尺寸。一些程序提供了这样的模块，用来测量非规则形状的零件，如薄壁件和塑料装配件，挡风玻璃和排气装置。这样就减少了对于昂贵固定量仪的需要。其他的模块可执行2-D和3-D最优化流程，并可完成轮廓比较。
数据传输标准是由行业渐渐发展起来并得到广泛接受，如尺寸测量接口标准（DMIS），是用来完成从CAD系统到测量机的通讯的；初始化图形交换标准（IGES）是为了完成从CAD系统到CAD系统的数据交换。这样的功能，使得测量机能够用在逆向工程等场合下。这时，产品的数据来自于模块或部分零件的测量中。数据的传输还能够直接从CAD数据开发测量程序，在合适的情况下，甚至是脱机进行，从而减轻了生产中测量机的负担。
3.1测量软件通常包括通用软件和专用软件。通用软件指基本几何元素及形位公差的测量、计算和输出等，还必须包括完成测量所需的一切功能。即：
①测量头校正和建立坐标系，可以即时建立机器坐标系、工件坐标系、坐标系转换，对所建坐标系可以平移或旋转。
②几何元素的测量：点、直线、平面、回、球、圆柱、圆锥、椭圆、台阶圆柱、圆环等。
③几何元素的组合：交点、交线、距离、角度、连接直线、连接平面、截圆、对称点、对称直线、对称平面、垂线、平行线等。
④形位公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同轴度、径向跳动、端面跳动等。
专用软件一般包括：葉片测量、非圆曲线曲面测量、齿轮测量、螺纹测量、凸轮测量以及统计分析、成组测量和脱机编程等。用户特殊要求的软件也属于专用软件。另外，还有诊断坐标机故障的诊断软件。为了与CAD/CAM联网，还可以有DMIS数据联网软件。该软件是几何测量通讯标准，可以将测量命令按标准数据格式从CAD/CAM传送到坐标测量机，或进行各种不同的测量机之间的相互通讯。所建立的DMIS文件是一个包含各种命令和参数的ASC亚文件，它可以控制整个测量过程和数据的输出。DMIS软件可以通过DMIS文件产生一个测量程序。
3.2.cNC数控系统
由于电子技术特别是计算机技术的飞速发展，数控系统有了巨大的变化。首先是从集中式控制发展为分布式控制，即由高度集成化的单片机为核心，对测量作适时控制，主计算机只作单一的数据管理和程序管理，从而可使数据通讯口由并行口转化为串行口，利于提高波特率和远程控制，并可以选用流行的微机如386、486、586等替代小型机。主控系统也由过去需要几十块板才能完成的功能现在只需几块板即可完成，控制框的体积大大缩小，而系统的可靠性大大提高了，故障率降低了。现在有少数坐标机生产厂所采用的新式控制系统可实现连续轨迹运行，操纵杆可直接走工件坐标系，运行速度达500mm/s，加速度可达9800mm/ss。真正具备了高速测量机所需的速度和加速度。
4 三坐标测量机的智能化发展趋势
当前智能数据采集还处于刚开始阶段，但它是三坐标测量机所追求的目标。它包括样件自动定位、自动元素识别、自动采集规划和自动数据采集。有了这些数据。就可以再使用三坐标测量机对生产出来的工件进行检测，保证产品的质量。
生产中把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE软件、CNC机床能有机而又高效地结合在一起，成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。但这还是一个不成熟的过程，各个环节仍有待于进一步完善、探索和研究。
5 结语
三坐标测量机作为生产中数据源的采集器，有待于朝着超大型和超微型2个方向发展：其测头有待于朝着高效、快捷、多用途方向发展；软件要求功能强大且操作简便。总之，三坐标测量机在生产应用中将朝着智能化的方向发展。■
参考文献
[1] 吴文炳.三坐标测量机发展现状和趋势，航空精密制造技术，1991（5）.11～ 15.
[2] 张国雄.三坐标测量机.天津：天津大学出版社，1999 507～523.
作者简介：
安天恒（1964-），男，西北农林科技大学毕业，工学学士，单位：陕西关中工具制造有限公司，质检部部长。
关键词：三坐标测量机；现状；应用
1 三坐标测量机简介
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。测量机是以精密机械为基础，综合应用光学、电子技术、计算机技术等先进技术的测量仪器。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。这与所有的手动测量设备有很大的区别。坐标测量机是近 几十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。
2 三坐标测量机的应用
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。
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。
3三坐标测量的核心技术是测量软件的开发和CNC系统的发展
坐标测量系统包括：1）测量机；2）数据处理及控制系统；3）测头和4）软件等四部分。
测量软件和CNC控制系统是三坐标测量机功能强弱的主要标指，也是当今坐标机生产厂争取用户的技术焦点。软件能够使测量机满足对于速度和精度的潜在需要。当今的测量软件，能够达到这种程度，即使是最复杂的程序也不需要计算机编程的知识。今天的测量软件是菜单驱动的，也就是说，它提醒操作者他需要做什么，甚至会推荐最有可能的选项。
软件程序还具有统计过程分析和控制功能。对于薄壁件测量的应用软件简化了包含台阶边缘、通过螺帽和螺栓连接的工件的定位与测量。功能完备的轮廓测量使得测量机能够快速、准确地确定复杂的、非几何形状的、没有直边的工件，如涡轮叶片、螺旋压缩器转子、齿轮、活塞、凸轮和曲轴。
软量规工作包能够图形化地构造量规，通过数学的方法插入零件的特征，从而校正几何尺寸。一些程序提供了这样的模块，用来测量非规则形状的零件，如薄壁件和塑料装配件，挡风玻璃和排气装置。这样就减少了对于昂贵固定量仪的需要。其他的模块可执行2-D和3-D最优化流程，并可完成轮廓比较。
数据传输标准是由行业渐渐发展起来并得到广泛接受，如尺寸测量接口标准（DMIS），是用来完成从CAD系统到测量机的通讯的；初始化图形交换标准（IGES）是为了完成从CAD系统到CAD系统的数据交换。这样的功能，使得测量机能够用在逆向工程等场合下。这时，产品的数据来自于模块或部分零件的测量中。数据的传输还能够直接从CAD数据开发测量程序，在合适的情况下，甚至是脱机进行，从而减轻了生产中测量机的负担。
3.1测量软件通常包括通用软件和专用软件。通用软件指基本几何元素及形位公差的测量、计算和输出等，还必须包括完成测量所需的一切功能。即：
①测量头校正和建立坐标系，可以即时建立机器坐标系、工件坐标系、坐标系转换，对所建坐标系可以平移或旋转。
②几何元素的测量：点、直线、平面、回、球、圆柱、圆锥、椭圆、台阶圆柱、圆环等。
③几何元素的组合：交点、交线、距离、角度、连接直线、连接平面、截圆、对称点、对称直线、对称平面、垂线、平行线等。
④形位公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同轴度、径向跳动、端面跳动等。
专用软件一般包括：葉片测量、非圆曲线曲面测量、齿轮测量、螺纹测量、凸轮测量以及统计分析、成组测量和脱机编程等。用户特殊要求的软件也属于专用软件。另外，还有诊断坐标机故障的诊断软件。为了与CAD/CAM联网，还可以有DMIS数据联网软件。该软件是几何测量通讯标准，可以将测量命令按标准数据格式从CAD/CAM传送到坐标测量机，或进行各种不同的测量机之间的相互通讯。所建立的DMIS文件是一个包含各种命令和参数的ASC亚文件，它可以控制整个测量过程和数据的输出。DMIS软件可以通过DMIS文件产生一个测量程序。
3.2.cNC数控系统
由于电子技术特别是计算机技术的飞速发展，数控系统有了巨大的变化。首先是从集中式控制发展为分布式控制，即由高度集成化的单片机为核心，对测量作适时控制，主计算机只作单一的数据管理和程序管理，从而可使数据通讯口由并行口转化为串行口，利于提高波特率和远程控制，并可以选用流行的微机如386、486、586等替代小型机。主控系统也由过去需要几十块板才能完成的功能现在只需几块板即可完成，控制框的体积大大缩小，而系统的可靠性大大提高了，故障率降低了。现在有少数坐标机生产厂所采用的新式控制系统可实现连续轨迹运行，操纵杆可直接走工件坐标系，运行速度达500mm/s，加速度可达9800mm/ss。真正具备了高速测量机所需的速度和加速度。
4 三坐标测量机的智能化发展趋势
当前智能数据采集还处于刚开始阶段，但它是三坐标测量机所追求的目标。它包括样件自动定位、自动元素识别、自动采集规划和自动数据采集。有了这些数据。就可以再使用三坐标测量机对生产出来的工件进行检测，保证产品的质量。
生产中把三坐标测量机、CAD/CAM/CAE软件、CNC机床能有机而又高效地结合在一起，成为产品研发和生产的一个高效、便捷的途径。但这还是一个不成熟的过程，各个环节仍有待于进一步完善、探索和研究。
5 结语
三坐标测量机作为生产中数据源的采集器，有待于朝着超大型和超微型2个方向发展：其测头有待于朝着高效、快捷、多用途方向发展；软件要求功能强大且操作简便。总之，三坐标测量机在生产应用中将朝着智能化的方向发展。■
参考文献
[1] 吴文炳.三坐标测量机发展现状和趋势，航空精密制造技术，1991（5）.11～ 15.
[2] 张国雄.三坐标测量机.天津：天津大学出版社，1999 507～523.
作者简介：
安天恒（1964-），男，西北农林科技大学毕业，工学学士，单位：陕西关中工具制造有限公司，质检部部长。