三坐标测量仪的设计（电子专业毕业设计）
20世纪60年代 以来 ，工业生产有了很大的发展 ，特别是机床 、机械 、汽车 、航空航天和电子工业兴起后 ，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐 标测量机应运而生。作为近30年发展起来的一种高效率的新型精密 测量仪器 ，三坐标测量机已广泛地用于机械制造 、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 。由于它的通用性强 、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 。三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑 。
三坐标测量机按功能划分可分为测量型和划线型两类。按照操作方式又可分为手动型、机动型和CNC自动型。
(1)国外概况当今世界上三坐标测量机在质量方面首推德国ZEISS公司(即原西德OPTON公司)。1973年ZEISS公司成功地制造了世界上第一台CNC三坐标测量机!JNflN500，以后每年都有新的专业技术开发出来，如用于安装探针的电磁吸盘、用于超精密测量机的CARAT主轴、用于精密测量机的对温度不敏感的零膨胀系数ZERODUR光栅尺等。ZEISS公司独自开发的具有独特技术的探头更是处于领先位置:双触发原理的ST3探头、两个相互垂直的轴均可以旋转的RDS/RST旋转探头、用于扫描式测量机的主动式高速扫描VAST万能扫描探头、非接触式的光学测量探头VISCAN，激光扫描探头AutoSCAN等等。另外ZEISS更具有独特的旋转铣削头能直接在三坐标测量机上加工出各种模型。到目前为止ZEISS己有多项专利技术，从而使ZEISS公司在坐标测量技术上远远领先于其它公司。目前ZEISS的三坐标测量机有:VISTA系列、SPECTRUM系列、CONTRA系列、PRISMO系列、UPMC系列、STIEFELMAYER系列、CARMET系列等多个系列，每个系列有多种型号规格。既有桥式测量机，也有龙门式、悬臂式测量机;既有生产型测量机，也有计量型测量机。目前在国内ZEISS三坐标测量机在航空、航天、汽车、电子、机械等多个行业中得到广泛地使用。
在高精度测量领域，德国LEITZ公司凭借其在高精度测量领域积累的世界级测量技术以及丰富的应用理论知识，通过高性能、高精确度的Pblht-C三坐标测量机与功能强大的工业级计量软件QUINDOS的结合，不断解决来自工业各个领域的高精度和复杂几何形状的计量需求。LEITZ在公司的发展历史上，主要从事研制、开发、制造超高精度坐标测量机，包括在世界高精度三坐标测量机的发展历史上具有里程碑意义的PIIIm机型，由于Phil机型在测量能力上具有超高精度，同时使用性能上具备长期运行的稳定性。因此PmNI型坐标测量机能够在全球安装总数超过1,000台，其中有近百台服务于中国各大精密加工企业，例如航空航大部件生产企业、汽车部件生产企业以及高精度齿轮加工企业。LEITZ公司为了提高高精度坐标测量机的检测效率，降低单件工件检测的测量成本，于2001年成功地推出了目前世界性能最好的Pmm-C型坐标测量机，其动态指标分别为最大测量加速度3000mm/s2，最大测量速度400mm/s,平均触测频率40点/秒。
意大利DEA公司也是世界著名的三坐标测量机的生产商之一。该公司生产的三坐标测量机，主要使用对象大多数是与汽车产品相关的生产厂家。国内许多大型企业都订购了该公司的三坐标测量机。目前，世界上为汽车行业车身检测提供专业检测方案的最知名厂家当属意大利DEA公司，并在推动汽车车身研究和“白车身”的尺寸检测方面作出了突出贡献。针对汽车车身检测的应用特点，DEA开发了适应汽车检测每个环节的各种设计，加之以针对饭金件特征而设定的软件功能，能够为车身的开发、试制、部件份总成/总成检测、在线检测以及质量控制提供保障。三坐标测量机产品主要有水平臂测量机、活动桥式测量机和固定龙门型测量机。其中水平臂测量机又分双水平臂和单水平臂两种，主要用于对车身和大型饭金件的测量，也可测中小件。活动桥式测量机精度较高，主要用于对形状复杂的薄壁工件，特别适用于在生产现场对中小型冲压件和焊接件进行在线测量。固定龙门型测量机的精度高于水平臂测量机，主要用于如航空、汽车等细长件的测量。
三丰公司也是著名的测量机生产厂家，目前，已累计向世界提供了33000台三坐标测量浙江大学硕士学位论文基于USB总线的三坐标测量机控制系统研究机，占世界测量机市场份额的35%，雄踞三坐标测量机世界第一供应商的位置。二丰公司产品在日本国内市场所占份额约为60%。无论国内外，三丰公司的产品都得到用户十分良好的评价。三丰公司最早开发的三坐标测量机是，968年问市的游标式X丫万能测量机，随后又相继开发出光学读数式、回转编码式、线性编码式、手动式三维测量等测量机品种。近年来，该公司投入巨大力量开发CNC三坐标测量机，早在1976年便生产出首台CNA774型测量机，随后又开发出H422、日N, FN, KN型测量机，经过不断改进和发展，己开发出现在的高速高精度三坐标测量机，如Crysta-Apex系列和MACH, LEGEX等新型机种。图1-1所示的是国外三坐标测量机的几种典型产品。其他世界上较有名的坐标测量机制造厂商有Brown-Sharp公司、英国的ZK公司、LK公司等。
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、专用的误差修正软件;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
(2)国内概况我国坐标测量机发展过程可分为三个阶段:第一阶段自上世纪70年代开
始至80年代初。由于该技术密集度高，特别受我国计算机技术落后的严重影响，致使研究和生产总是处于样机试制阶段。第二阶段自上世纪80年代开始至80年代末，随着改革开放的政策实施，我国三坐标测量机的研制工作一改过去封闭状况，走上了引进国外先进技术，结合自身特点进行开发生产，加快我国三坐标测量机生产的步伐，初步形成了国产测量机的生产能力。第三阶段为进入上世纪90年代至今。目前我国已具备了从生产精密型测量机到生产型测量机各种型号的三坐标测量机的能力，开始占领国内市场。
1982年北京机床研究所研制出第一台CLW63型万能测量机。同年国内率先研制出带气浮导轨的CLZ864型手动三坐标测量机。北京航空精密机械研究所(原航空部第三0三研究所)从1972年开始研制三坐标测量机，1978年三坐标测量机商品化，是国内第一家生产测量机的企业，至今已有十种不同系列品种的测量机。如CIOTA桥移动式测量机、SZC-J8“桥固定式高精度测量机、XB654手动悬臂式测量机、TS654手动式数控测量机、LZ立柱式测量机、LM龙门式测量机、CENTURY世纪型测量机、ORIENT东方型测量机、PEARL珍珠型测量机、FUTURE未来型测量机等。
近几年来，随着数据检测技术研究的深入，国内测量机得到了进一步的发展。目前，在国内测量机厂家中，海克斯康测量技术(青岛)有限公司拥有产品系列最多，测量精度较高。
海克斯康测量技术(青岛)有限公司是世界级数控三坐标测量机专业制造厂商，是瑞典高科技制造业集团HEXAGON与中国航空工业第二集团公司下属青岛前哨精密机械公司共同投资在中国组建的国际化合资公司。海克斯康公司的前身是青岛前哨朗普测量技术有限公司 (Brown&Sharpe前哨)。其与享誉全球的坐标测量机制造公司:Brown & Sharpe公司、意大利DEA公司、德国LEITZ公司、瑞典CE JOHANSSAN公司并列，同属HEXAGON集团计量产业的核心成员和五大测量机制造基地之一。2003年，海克斯康销售合同额超过3亿元人民币，国内市场占有率达55%。海克斯康所提供的测量机产品在汽车工业、航空航天、机床工具、国防军工、电子和模具等领域得以广泛应用，产品系列包括:
1.活动桥式测量机:GLOBAL IMAGE三坐标测量机、GLOBAL REFERENCE三坐标测量机、GLOBAL STATUS三坐标测量机;
2.固定桥式测量机:PMM-C三坐标测量机、ZC系列三坐标测量机;
3.龙门测量机:ALPHA STATUS龙门式测量机、DELTA HA大型龙门式测量机、 PMM GANTRY坐标测量机、ALPHA IMAGE龙门测量机、LAMBDA SP三坐标测量机;
4.水平臂式测量机:PRIMA C1水平臂式三坐标测量机、VENTO RUNWAY数控水平臂测量机、BROVA NT在线测量机器人;
5.测量软件:EZ-DMIS通用测量软件、TUTOR通用测量软件、REFLEX通用测量软件、PC-DMIS通用测量软件、QUINDOS通用测量软件、CHORUS CAD通用测量软件、CHORUS-NT通用测量软件;
6.测头系统:NC100光学视频测头、TP200高精度触发测头、TP20触发式测头、SP25M扫描式测头、LC系列光学扫描测头;
7.悬臂式测量机:RUBY桌面式悬臂数控三坐标测量机;
其中以1997年推出的2003系列活动桥式测量机为典范。该种测量机系中小型测量机系列，属于高速度、高精度生产型测量机，测量速度是固定桥式测量机的两倍。这种测量机在生产在线测量应用最为广泛。该种测量机的技术水平达到国际同类中小型测量机的水平与国外测量机厂家的发展相比，国内的发展就显得很慢，远远不能适应国家重点行业技术改造和市场发展的需要。无论从技术实力还是市场开拓方面均大大落后于国外测量机厂家。图1-2所示的是前哨2003/1077型和ZC8645型，以及航空303所CIOTA型测量机。
三坐标测量机的发展趋势
目前从国内外三坐标测量发展情况和科学技术对三坐标测量的要求来看，它的主要发展
趋势可以概括为:
1.提高测量精度。目前精密级的三坐标测量精度虽可以达到微米级甚至亚微米级，但是
超精加工、科学研究往往提出纳米级的测量要求。为适应高精度测量和科学技术发展的要求，
应该对三坐标测量机的精度提出进一步的要求。
2.发展探测技术，设计和应用新型测头。目前非接触测头和模拟扫描测头有很大的发展
前景。新型测头的应用，对实现自由曲面的扫描测量、提高测量的精度等起到很重要的作用。
3.提高测量效率。生产节奏不断加快，要求在保证测量精度的情况下，提高测量效率。
提高测量效率涉及多方面的问题，如改善测量机的结构、提高控制系统的稳定性、采用飞测，
实现扫描测量、动态误差的补偿等等。
4.控制系统更开放，使其具有更大的柔性。三坐标测量机己经越来越多地成为现代制造
体系的一个有机组成部分，控制系统要求与其它生产机器联网、通讯、完成计算机辅助设计、
制造、工艺规划。从这一要求出发，必须要求测量机具有开放式控制系统，具有更大的柔性
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