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坐标测量机(CMM)简介

坐标测量机(CMM)简介

三坐标测量机(CMM)是一种三维空间测量的长度测量仪器,其基本原理是将被测物体固定于测量空间内,测量出被测零件的若干基本点(或特征点)的坐标值(x,y,z),通过测量软件的计算处理,得出被测零件的几何尺寸、形位公差或其它所需要的数据。
   目前,测量机已发展为集机电、材料、光学、控制技术和计算机软硬件、CAD/CAM为一体的高精度、多用途、高效率的自动化计量仪器,是现代制造业不可缺少的检测和质量控制设备
   用途
   CMM主要特点是:精度高(分辨率可达0.1um或更高,测量精度um级或更高),效率高(从采点、计算处理、结果报告等均可编程自动完成),用途广(可取代多种长度和专用计量仪器),因此,CMM主要用于几何形位公差检测,曲线曲面等复杂形状零件检测,工装夹具、检具、模具检测,产品研制过程测量,逆向工程应用,生产线上在线测量等。目前,CMM被广泛应用于汽车、摩托车、轮船、航空、航天等几乎所有制造业。
   分类
   按照机械结构分类,常见可分为:龙门式、桥式、悬臂式:
龙门式: 最常见的CMM类型,一般测量范围300mm~3000mm,广泛用于零部件质量检测、产品开发等,其刚性结构好,精度高,通常为气浮道轨式。
   1. 桥式: 通常也采用气浮道轨,一般测量范围在2000mm以上,主要适用于大型机械零部件或产品测量,如    大型模具、检具、汽车车体、飞机、轮船等零部件的检测。
   2.悬臂式: 有气浮和轴承两种,气浮式比轴承道轨性能更稳定。主要用于车间划线、测量。由于运动过程 中立柱、横梁等受力形变,测量精度比上述两种低。主要用于汽车、飞机、轮船、机车等大型零件的车间检测。
   按照驱动和测量方式可分为:手动型、机动型、自动型:
   1.手动型: 由操作员手工使其三轴运动来实现采点,其结构简单,无电机驱动,价格低廉。缺点是测量精   度在一定程度上受人的操作影响,多用于小尺寸或测量精度不很高的零件检测。
   2.机动型: 与手动型相似,只是运动采点通过电机驱动来实现,这种测量机不能实现编程自动测量。
   3.自动型: 也称CNC型或DCC型,由计算机控制测量机自动采点(当然也可象上述两种一样操作),通过编    程实现零件自动测量。
  按照测量精度可分为计量型、生产形、车间型:
   1.计量型: 测量范围一般在2000mm以内,测量精度在全程范围内一般不超过2um,对测量环境要求较高,   一般用于实验室。生产型:是最常见的CMM,主要用于工业生产的质量控制,新产品研制等,测量范围由   300mm~数米,精度一般根据实际需要而定。
   2. 车间型: 一般用于生产车间或生产线上,对环境无特殊要求,测量范围和测量精度根据实际需要而定.
   精度CMM测量精度主要由四个方面的因素:CMM本身精度,采点设备(测头)精度,测量误差,测量环境影响
   CMM本身精度: CMM均由可独立运动的三个机械轴构成,机床的结构和各轴运动道轨的加工精度是有限的,加  上机械安装也会有一定的误差,CMM的这些误差综合起来统称为几何误差,一般有21项,即通常所说的21项几何误差(悬臂式测量机还有几项运动过程中的形变误差,这里不加考虑)。早期的CMM测量软件没有21项几何误差补偿功能,测量精度完全依赖机械加工和安装调试,因而成本很高。目前,几乎所有CMM测量软件均有误差补偿功能,安装调试后,通过检测各项几何误差并补偿,对提高CMM精度非常有效,这项工作也是CMM售后服务的核心工作。采点设备(测头)也有一定的精度误差,即测头的不确定度(或重复精度),测头的不确定度分为一维、二维、三维,可分别用不同的方法来测定。测量机均使用三维不确定度,其精度一般应比CMM精度高一个数量级。测量误差:该误差是由不同测量方法导致的。一般在测量过程中,测量设备使用不当或测量方法不合理,会带来一定的误差,这是CMM在使用中最常见的问题,这里不一一介绍,欢迎来函讨论。测量环境:由于材料的伸缩性与环境有关,测量环境会影响测量精度,CMM的测量精度均有环境条件要求。目前一些厂商的CMM增加了温度补偿功能,对环境条件有所放宽,但其有效性和完备性有待实践。一般应在要求的环境下测量。
精度检测标准
  随着CMM的发展和广泛使用,CMM的精度检测标准也一直在发展,但其检测原理和方法基本相同,只是程序和检测量的变化。国际上通用的检测标准主要有:CMMA标准、VDI/VDE标准、B89标准、ISO10360-2标准。各标准的细则可查找具体标准或与我们联系。
测量及处理软件
  测量软件是测量机的主要组成部分,它将机床部分、控制系统等连接起来实现所有测量功能,是操作员与CMM的接口界面。

  测量软件的主要功能:
执行测量机的运动控制和计算,实现采点并获得采点结果;
对采点结果进行计算处理,提交所需要的测量结果;
提供用户所需要的各种功能及操作接口界面。
随着IT技术的发展,测量软件日新月异,在测量机中的作用越来越重要。特别是与CAD/CAM接合,实现无图纸制造,已成为测量软件发展的方向。实际上,测量软件决定了测量机的测量功能:能测什么?怎样测量?怎样提交测量报告?……其实,判断测量机的新旧,就看测量软件。

测头
CMM最主要的附件就是采样(点)设备----测头,选择合适测头设备是实现测量的必要条件。
   按工作方式可分为结触式和非接触式(如照相、红外、激光)。常见的是接触式测头。除少数公司外,大部分公司均采用RENISHAW公司生产的测头。
   按用途可分为触发测头和扫描测头,触发测头是最常用测头,主要用于各种测量;扫描测头主要用于连续形状扫描。
环境要求
   不同的CMM对环境的要求不同,为了保证CMM正常工作和测量精度可靠,环境条件非常重要。一般对温度、湿度、地基防振、压缩空气、电源等都有具体的要求。
维护保养
   CMM在日常使用维护方面要做到:干净、干燥、常开机、定期校正精度,就可大大降低故障率,延长使用寿命,保证精度准确。
  干净: 经常保持测量房间干净,机床工作台及外露的道轨干净(一般用汽油、无水乙醇或专用清洁剂擦拭);
   干燥: 潮湿容易引起金属物锈蚀,电气部分老化等,应使用除湿设备来保证;
   常开机: CMM与其它设备一样,均应经常加电开机,使之处于运行状态,即使没有检测任务,也应每天开机一段时间。常期不开机,系统很容易发生故障;
   定期校正: 与其它计量仪器一样,CMM测量精度应定期检测、校正,这样才能保证测量精度准确、有效。

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