三坐标测量机的论述及发展前景

刘晓青

摘 要：三坐标测量机的问世，不仅解决了复杂零件研制急需先进检测仪器和检测技术的难题，而且还迎合了产品更新节奏的加快，对产品检测速度的要求，因此三坐标在测量领域得到广泛的应用，体现出它的重要性和广阔的发展前景。

关键词：三坐标；现状；趋势；不足；前景

目前三坐标测量仪主要用于机械、航空航天、汽车零部件、五金、模具等行业的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面测量，也可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。在实际的生产、加工、检验方面起着举足轻重的作用。世界上第一台三坐标测量机是在1959年英国诞生的。如今据统计三坐标测量机的年销售增长率在7%-10%。目前，国内外三坐标测量机正迅速发展，品种规格已达300种以上。而三坐标测量机的意义在于针对工件需求进行空间测量，弥补传统测量方法以满足生产需要；顺应自动加工线优势，加快了对复杂工件的检测；方便快捷的对大批量工件进行高精度，低误差，高效率的检测，并且可反向工程，为加工工件提供了准确快捷的数据。

三坐标测量机 可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 （ 如光学尺 ） 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标（X、Y、Z）及各項功能测量的仪器”。 三坐标测量机 的探测头可以在空间沿X、Y、Z三个轴向移动，其它位置以直角标或极坐标表示，测量工件时立方体的五个面皆可测量，无需变换工件位置，如果加装了适当夹具和特殊测头，则第六面也可进行测量。它可以在工件的任何位置，设定工作坐标系原点，并且以间接主算法计算出测量结果， 三坐标的测量方式是以电脑数据处理机，快速准确的计算出测量值，配合教导程式使坐标测量机的测理工作自动化，它取代了传统测量方式，不仅提高了检验准确度，而且对于高精度产品可以百分之百检验，可以胜任检测困难度高的复杂工件的测量，保证精确的数值，大幅度减小了检验的时间、费用和人力，增加了测量效率。

三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。我国是20世纪70年代才开始引进、研制三坐标测量机的，现如今国内主要的生产厂家中有西安爱德华测量设备股份有限公司、青岛海克斯康测量技术有限公司、北京303所、智泰集团等，但是同国外相比还是有一定差距，主要体现在：三坐标系列品种较少，新产品开发周期长，原件和材料配套难，生产成本高；电控系统和传动系统可靠性较差；多数厂家没有独立自主的技术，大多数高精度零件全凭进口；软件创新开发和更新力度不够等问题。

对于三坐标的成本及保养问题也是一些企业望而远之的原因。例如：第一个是测量机用于确定尺寸的光栅尺，为了确保较好的导电性与稳定的化学性质，其材质选用了纯度为99.9%的黄金作为光栅尺，在日常的操作与保养时不能对其有一点伤害，否则就要更换整条光栅尺；第二便是侧头部位的测针，通常我们选用针头为红宝石材质的测针，测针的规格有多种，以直径为例，越小测量精度越高价格也就随之增加，在对一些未知工件进行测量时极易撞弯撞断。又加上三坐标测量机对环境的要求也很苛刻，温度和湿度必须在一定的范围内才可测量出最精确值，日常的保养也很繁琐。生产与使用成本如此之高，对于多数私有制经济的企业来说是不小的开支。由于先进的制造技术与各种工程项目对三坐标测量机不断提出新的、更高的要求，从目前国内外三坐标测量机发展情况来看，在今后一段时期内，它的主要发展趋势包括：快速的普及和高速测量；对新材料和新技术以对具体应用；加强对控制系统的改进；致力于测量机测头与高科技进行融合，研发出多功能高精度低成本的测量机；进一步增强创新意识与软件技术的革新，使三坐标测量机可以摆脱环境等因素的制约，达到随到随用的效果。还有这些诸如：仅适合体积在一定范围内的工件测量，还需要人工手动操作进行编程，难以用于现场直接测量，电气系统还需进一步完善、提高效率和安全可靠性等一系列问题。

虽然三坐标存在一些小问题，但是这不足以影响到它的使用价值和潜在的市场前景。对于三坐标的发展前景，最为要紧的便是一些高精度的零件完全依赖于进口，使得我们的生产力和技术水平都受到了国外的制约。随着社会的不断发展，对于高精度水平的产品越来越受青睐，然而保证高精度产品的质量尺寸必须需要高精度的检验测量仪器进行测量，所以三坐标的应用前景非常广阔，如果我们可以在现有的水平上开拓创新，生产出正真属于我们自己的仪器，并且又完善了三坐标测量仪不足的地方，再创造出更多更实用更便捷的功能，那么必将是中国技术水平和测量史上的又一次全新革命，也是众多私有制企业可以大规模装配三坐标测量机的福音！

三坐标作为目前世界上最为先进和高精度的测量仪器，不仅满足了生产上的需求，同时还促进了这一行业的发展。通过实际走访调查我们了解到，大中型企业为保证产品精度与订单数量必然会购买三坐标测量仪，如此大的市场缺口必定造成了操作与维修服务人才的紧缺。所以说不管是企业的操作岗位还是市场上销售岗位或者是维修服务岗位都将成为新生的蓬勃发展的行业！

一个生产力与技术不独立的国家是会被制约被淘汰的，所以在此我由衷希望可以有越来越多的人加入到这个领域里，用自己的智慧和力量为我国三坐标测量机的发展史添上浓墨重彩的一笔，为我国实现生产与检测技术全面自主独立，不再受他国的制约，为社会生产力迈向更高更好的未来而努力！

参考文献：

[1]刘祚时、倪潇娟.三坐标测量机（CMM）的现状和发展趋势[D].

[2]徐康民、蒋平.三坐标测量机综述[D].

[3]坐标测量机 优点介绍.上海冉超光电科技有限公司.

[4]三坐标测量机.好搜百科.