如何正确选择与使用三坐标测量机 五征集团计量检测中心主任 周玉升
北京航空精密机械研究所高级经理 崔勇
2008-12-10
自1956年世界公认的第一台坐标测量机问世以来，三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、高精密的测量系统在先进制造技术与科学研究中有着极其广泛的应用。特别是近几年，在发达国家的飞机、船舶、汽车制造以及机械加工业兴起的无图纸加工技术，更加显示了三坐标测量机的重要作用。
三坐标测量机的测量过程是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。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。这种工作原理，使三坐标测量机具有很大的通用性。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。
坐标测量机能实现许多传统测量器具所不能完成的测量工作，其效率比传统的测量器具高出十几倍及至几十倍。坐标测量机很容易与CAD连接，把测量结果实时反馈给设计及生产部门，借以改进产品设计或生产流程。因此，坐标测量机已经并且将继续取代许多传统的长度测量仪器。随着需求的日益扩大，坐标测量机正在从原来的计量室使用逐步转入生产现场使用。
那么，如何正确选择一台适合你要求的三坐标测量机呢？
1．首先要根据被测工件的尺寸，以初步确定购买那一种运动方式的
三坐标测量机。有四种基本类型：水平臂式、桥式、龙门式和便携式。
水平臂式测量机，是把测头安装在水平臂轴上。分单臂和双臂式两种，都可以测量到工件的各个方向。水平臂配置比较容易实现装卸工件，小型的、车间型的水平臂测量机适于高速生产应用过程中。它们一般应用于检测大工件，如汽车的车身，以中等水平的精度检测。缺点是精度低，一般均在10微米以上。
桥式坐标测量机，是在垂直臂上安装测头。这种测量机的精度比水平臂式测量机要高很多，因为桥式结构比较稳固而且移动部件较少，使得它们具有更好的刚性和稳定性。桥式三坐标测量机可以测量宽度在2米以内尺寸，精度在微米级。可以测量从小齿轮到发动机箱体等各类工件。是目前市场上主流测量机形式。
工作台移动式测量机，是唯一能测量1微米内精度的计量型测量机工作形式，缺点是由于依靠工作台带动被测工件运动测量，测量速度因而较低。
便携式测量机简化了那些不能移到测量机上的工件和装配件的测量，便携式测量机可以安装在工件或装配件上面甚至是里面，这便允许了对于内部空间的测量，允许用户在装配现场测量，从而节省了了移动、运输和测量单个工件的时间。缺点是精度太低，一般均在30微米以上。
龙门式测量机，在机械方面采用了坚固的开敞式龙门结构；三坐标测量机能够有效的完成大型零件的测量工作和复杂形状与自由曲面的扫描，是测量大型、超大型零件的理想选择。具有精度高，测量方便的特点。唯一缺点是价位较高，对地基有较高要求。
2．然后，要确定坐标测量机是手动型还是自动型。如果您只需要检测几何量和公差都比较简单的工件，或测量各种小批量的不尽相同的工件，手动机器是最佳选择。如果需要检测大批量相同的工件，或要求较高的精度，要选择直接用计算机控制，驱动电机带动测量机运动的自动型。
3．要比较测量机的一些关键的指标，以便从诸多生产厂家中进行考察、选择。这些关键指标主要是看测量不确定度。测量不确定度在国际标准ISO 10360－2中有相关规定性描述。如： 长度测量最大允许示值误差 MPEE (ISO 10 360-2 )、最大允许探测误差 MPEP (ISO 10 360-2)、最大允许扫描探测误差这三项指标。
4．最后，要选择适合的测量软件。
不同的厂家，大多有自己不同的测量软件，基本都可以使测量机满足对于速度和精度的潜在需要。但是要根据被测工件的种类，选择相应的测量功能软件，以便高效完成任务。如：
测量软件应该是菜单驱动的，它提醒操作者它需要做什么，甚至会推荐最有可能的选项。 软件程序应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，应该有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。
涡轮叶片、螺旋压缩器转子、齿轮、活塞、凸轮和曲轴等具有特殊曲线曲面的测量，要求具有功能完备的轮廓测量功能，可以使测量机能够快速、准确地确定复杂的、非几何形状的、没有直边的工件。
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，需要软件最好具有读入零件数模的功能。就可以执行2-D和3-D最优化流程，并完成轮廓比较、比对功能。
要有符合国际10360－2的数据传输标准，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。
要保证软件可实现升级，并且新旧版本可以兼容。测量软件必须能够同CAD/CAM程序和系统进行通讯。
5．在满足以上使用条件的基础上，要充分考虑到测量机供应商的技术实力和应用、技术服务能力，是否具有本地化的技术和长久综合发展实力，并拥有众多的客户群和广泛的认知度。
这是售后服务的可靠保证。
6．测量机购置以后，还必须掌握正确的使用保养方法。
三坐标测量机是先进的精密测量设备，为了确保测量机的正常工作，必须正确使用和认真地维护、保养好测量机。主要应注意以下几点：
1）经常保持气源、泵房和测量机工作室的清洁卫生。
每天工作前，必须使用干净的无纺布或绸布沾少量无水乙醇（酒精）擦净暴露的运动导轨面和工作台面，以防散落的灰尘颗粒划伤空气轴承的工作面、导轨面和工作台面而造成精度损失。
2）每周检查一次测量机的过滤器，及时放掉过滤器中的水分。工作前应检查总进气压力，空气轴承的工作气压（两个气压表都安装在底座后侧的气源板上）；平衡气缸的工作气压（该气压表安装在横梁后罩的左方）。
3）光栅尺面不允许有灰尘或油污，应经常保持其周边环境的清洁。当发现光栅尺不干净以致影响工作时，可以用长纤维脱脂棉沾少量无水乙醇或乙醚轻轻擦拭，注意绝不允许碰动光栅尺的正确位置。
4）刮尘片如有损坏应及时更换新的刮尘片（胶片）。
5）应经常检查Z轴的平衡气缸的密封件、活塞及活塞杆、进气接头等处有无明显漏气、损坏等不安全因素存在，若有应及时排故和更换密封件。
6）随时注意气源、气路有无漏气或异常噪音，若有异常情况应及时分析、判断并给予检修、排除。
7） 地基必须满足如下防振要求：应经常检查Z轴的平衡气缸的密封件、活塞及活塞杆、进气接头等处有无明显漏气、损坏等不安全因素存在，若有应及时排故和更换密封件。
8） 随时注意气源、气路有无漏气或异常噪音，若有异常情况应及时分析、判断并给予检修、排除。
9） 用户要尽量采用中央空调，如无条件，也可使用立式恒温恒湿处理机。送风采用天花板孔板送风，墙壁下回风方式。立式恒温恒湿处理机，送风口处空气不能直吹向测量机，必要时可加装挡风板。为了测量机能够顺利检定验收和正常使用，机房环境应达到如下指标：用户尽量采用独立的气源为测量机供气。压缩空气必须经过过滤器过滤，含杂质量应符合精密测量条件要求。
总之，按照以上6步采购使用测量机，一定能够使您可以高效快捷的完成测量工作，并获得满意的使用效果。