什么是三坐标测量仪

三坐标测量仪，也叫做CMM（Coordinate Measuring Machine），是一种基于空间三维坐标测量原理的高精度测量设备。其主要由主机、测头系统、计算机控制系统等组成。通过在三个坐标方向（X、Y、Z）上移动测头，实时获取目标物体的三维坐标信息，并通过计算机软件进行数据处理，*终得到目标物体的尺寸、位置和形状误差等数据。

三坐标测量仪采用了光电跟踪和计算机处理的技术，可以实现对物体表面的非接触式测量。其原理是利用可见光或激光等光源照射到被测物体表面后，测量传感器接收反射回来的光，并根据光源和传感器之间的距离变化计算出被测物体在三维空间内的坐标。

1.三坐标测量仪的优点

高精度

*高精度可以达到1微米，甚至更高。为了保证三坐标如此的高精度，某些型号的三坐标测量机使用的进口光栅尺的精度更是达到了纳米级别。

高效

可实现自动化、连续化和快速化的测量。

灵活

测量范围大，可测量较大（几米）和微小（几微米）范围的空间位置。
测量的特征多，通过构造特征，更是可以对平面度，圆度，同心度等等进行检测。例如思瑞全自动三坐标测量仪使用的测量行业标杆软件PC-DMIS软件，还可以导入CAD数模进行脱机检测。

自动化程度高

三坐标测量仪配备电脑程序控制系统，能够使测量过程自动化，减少人工干预，降低操作难度。

2.三坐标测量仪的缺点

针对微小，易变形的工件，难以进行测量，是三坐标测量仪的缺点。因为三坐标测量机使用的是测头探针进行接触式的测量，如果工件太细小，探针无法进行探测，或者工件为软薄等材质，接触时会发生变形等等情况，都无法使用三坐标测量机进行测量。
不过随着三坐标测量机的发展，这一缺点已基本被修补，目前高精度的三坐标测量仪会采用光电跟踪和计算机处理的技术，将非接触测量和接触式测量进行结合。

四、三坐标测量仪的应用

可以应用于测量详细空间位置和测量空间几何形状：

机械加工

三坐标测量仪在制造业中广泛应用。它可以对加工出来的零件进行检查，并根据测量结果调整加工机床的运行参数，以保证零件的尺寸和形状误差符合要求。

航空航天

三坐标测量仪在航空航天领域也有着重要的应用。例如在飞机发动机叶片制造中，需要对叶片进行高精度测量，以确保其性能符合要求，这时三坐标测量仪就是一个必不可少的工具。

汽车制造

在汽车制造业中，三坐标测量仪也有着广泛的应用。例如可以对汽车发动机的缸体、缸盖等进行测量，以确保其尺寸和形状误差符合要求。

其它应用

1.三坐标仪可以应用于自动驾驶、使用VR时的动作追踪、AR、MR等需要实时测量位置信息的领域；

2.相近的原理还可以测量晶体和电子元件（ 基恩士中国官方网站）；

3.可以三维扫描实现几何结构的数字化；

4.三坐标仪可以测量光学元件的光心，便于依照数字化的流程来调整光路（简单流程如下）。

1.建立光路的三维模型
2.根据三维模型，在现实中利用三坐标测量仪摆放和修正元件位置
（1）使用三坐标测量仪测量并调整激光的光路: 通过测量激光光路上两点的距离信息确定光路，调整光源或 光学仪器来调整光路。
（2）调整光学仪器的镜面和光心位置：通过三坐标测量仪并结合软件里的数字化模型(只需要测量几个点)就可以得到镜面位置和光心位置。将光心调整到光路上，调整镜面水平旋转的角度，使得现实中的光路与虚拟模型中的光路重合。
（3）调整终端的位置，保证终端接收到正确取向和位置的光。
3.在现实世界摆放光路时，首先从光源出发，一段一段调整光路，保证从光源发出的光的每一段光路都与提前 设计好的光路模型重合(可以不要求现实与模型中的光路完全等长（因为每一段光路的具体长度不好确定），但要求现实中每一段光路的上的一部分线段与模型中的光路重合。具体操作需要结合实践检验)。
4.根据实际效果确认光路是否调整完成，满足实验需求即可停止调整。

五、三坐标测量仪的选择方法

选择三坐标测量仪是需要考虑的性能：

准确度

首先要满足测量所需的精度。

稳定性

稳定性是指设备的长期性能表现一致。选择稳定性好的三坐标测量仪，可以保证测量数据的可靠性和重复性，从而提高工作效率并降低成本。

灵活性

灵活性是指设备适用于不同的测量任务和应用场景。选择灵活性好的三坐标测量仪，可以使其更加适用于多种测量任务，并能够满足不断变化的制造需求。

可维护性

选择易于维护和修理的三坐标测量仪，可以减少设备故障引起的停机时间，提高设备的运行效率和稳定性。

六、三坐标测量仪的使用方法

在使用三坐标测量仪时，需要注意以下几点：（三坐标测量仪构成及原理简介 - 21ic电子网）

1.根据设备说明书正确操作设备，掌握基本测量原理和方法。

2.在使用前做好设备的校准工作，以保证测量结果准确。

三坐标测量仪的校准
由于三坐标测量仪是一种高精度的测量设备，因此其校准工作尤为重要。一般来说，三坐标测量仪的校准工作可分为以下几个步骤：
1）环境校准：首先需要对测量环境进行校准，包括调整机床主体的水平度和垂直度、消除周围干扰等。
2）传感器校准：接下来，需要对测量传感器进行校准，以保证其测量精度。
校准方法包括静态校准和动态校准两种，其中静态校准通常采用球棒法或平面法进行，动态校准则需要通过运动平台进行。
3）系统校准：*后，需要对整个三坐标测量仪系统进行校准。
这包括了机床主体和测量传感器之间的误差补偿、运动平台的**控制以及计算机控制系统的数据处理等方 面。
4）维护保养
定期检查加油情况：三坐标测量仪需要经常涂抹润滑油，以保证各个部件的灵活性和稳定性。
预防尘土污染：三坐标测量仪需要在干燥、洁净的环境下使用，以避免灰尘和杂物对其精度产生影响。
合理操作使用：三坐标测量仪使用时需要按照说明书上的操作规范进行，避免过度用力或不当操作导致设备损坏。
及时维修更换：如果发现三坐标测量仪出现故障或异常，应及时联系专业售后服务人员进行维修更换。

3.保持良好的维护状态，及时清理设备积灰和定期检查设备各部件的磨损情况。

4.避免过度使用设备，避免设备过载和磨损，减少设备故障率。

5.在使用设备过程中要注意**，防止设备出现故障或意外事故。

七、结语

三坐标测量仪是获得三维空间中点的位置和几何形状的重要仪器，适合较大范围的空间测量（量级从米到微米）。也有较大的灵活性（操作简捷、测量效率较高、可应用的场景广泛）。因此，在需要确定空间位置时，三坐标测量仪是重要的可选项，且三坐标测量仪数字化程度较高，可以和三维建模软件结合进行测量。

综上所述，三坐标测量仪是测量领域的重要仪器。使用各种各样的三坐标测量仪进行测量是信息时代获得空间信息的重要手段，也是各种信息化，自动化流程中不可缺少的一环。

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