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CREAFORM 形创科普台 | 什么是三坐标 (CMM)?

国际金属加工网 2021年09月22日

什么是坐标测量机?

坐标测量机,俗称三坐标(CMM),是一种测量物体几何形状的设备。坐标测量机使用探测系统来检测物体表面上的离散点。

第一台三坐标诞生于 60 年代初。最早苏格兰公司 Ferranti在 50 年代开发了一款两轴坐标测量机,它使用一个配备简单数字读数其的三维跟踪装置显示 XYZ 轴坐标。Ferranti 公司使用该坐标测量机来测量他们军事产品的精密部件。三轴模型是在 60 年代后期开发出来。

三坐标常用于测试部件或组件,以确定它们是否与最初的设计意图相符。三坐标集成到质量保证或质量控制工作流程中,用于检查所制造部件的尺寸,预防或处理质量问题。

与使用传统计量仪器(如千分尺和高度规)进行的手动检测或检查相比,使用三坐标的优势在于:它既精确又快速,并且减少了人为错误。

扫坐标有几种不同的类型。通常情况下,CMM 是根据其结构进行分类的。每种结构都有各自的优点和缺点。下面让我们来详细了解一下 CMM 有哪些不同的类型。

三坐标 (CMM) 有哪些不同的类型?

桥式三坐标 

桥式三坐标有一个沿三轴(X、Y 和 Z)移动的探测系统;这些轴在笛卡尔坐标系中是相互正交的。每个轴都有一个传感器,用于当测头沿着物体移动时监测测头的位置(以微米为单位),并探测物体表面的点。这些点形成了所谓的点云,“显示了”用户感兴趣的表面区域。桥式三坐标又可分为两种子类型:移动工作台式和移动桥式三坐标。

桥式三坐标的优点

  • 最精确的三坐标类型之一

  • 非常适合测量高公差的机加工零件

  • 非常适合中小型零部件

  • 支持多传感器测量,如探测和扫描

桥式三坐标的缺点

  • 价格不菲

  • 测量范围固定

  • 缺乏便携性:您需要将部件搬到系统设备处,或使用机器来移动该设备

  • 对振动很敏感,必须在计量实验室中使用

  • 要求对每个被测部件进行严格的设置

  • 操作复杂,需要专业技术人员对设备进行编程

龙门式三坐标 

龙门式三坐标有点像桥式三坐标;但是,它们通常要大得多。由于龙门式 三坐标无需将部件抬到工作台上,并具有与桥式三坐标相当的精度水平,因此经常被用于测量非常重或大的部件。龙门式三坐标必须直接安装在坚实的地面上。

龙门式三坐标的优点

  • 高精度

  • 测量范围广,便于检测大型/重型部件

  • 比桥式三坐标更容易装卸部件

龙门式三坐标的缺点

  • 价格不菲

  • 测量范围固定

  • 缺乏便携性:您需要将部件搬到系统设备处,或执行大量的组装/拆卸工作来移动三坐标

  • 占用大量的地面空间

  • 对振动很敏感,必须在计量实验室中使用

  • 要求对每个被测部件进行严格的设置

  • 操作复杂,需要专业技术人员对设备进行编程

悬臂式三坐标 

悬臂式 CMM 与桥式 CMM 不同,因为它的测量头只连接在刚性底座的一侧。悬臂式 CMM 为检测技术人员提供了三面开放的通道,便于操作。

悬臂式三坐标的优点

  • 高精度

  • 适用于较小的部件

  • 三面开放的通道使手动或自动装卸部件都变得相当容易

悬臂式三坐标的缺点

  • 价格不菲

  • 测量范围固定

  • 缺乏便携性:您需要将部件搬到系统设备处

  • 对振动很敏感,必须在计量实验室中使用

  • 要求对每个被测部件进行严格的设置

  • 操作复杂,需要专业技术人员对设备进行编程

水平悬臂式三坐标

水平悬臂式三坐标,顾名思义,其测头是安装在水平方向上的,而不是像其他 三坐标那样安装在垂直方向上。它们用来测量垂直式三坐标无法检测的长而薄的物体,如金属板。水平悬臂式三坐标还经常用于检测难以触及的几何形状。水平悬臂式三坐标有两种类型:板安装式和滑道安装式。

水平悬臂式三坐标的优点

  • 测量范围长(长而薄的部件)

  • 适合低公差部件

  • 不需要坚实的地基系统

  • 安装快捷方便

  • 占地面积小

  • 与其他类型的三坐标相比,所需的吊顶高度更低

  • 成本效益高

水平悬臂式三坐标的缺点

  • 不如其他三坐标精确

  • 测量范围固定

  • 缺乏便携性:您需要将部件搬到系统设备处

  • 对振动很敏感,必须在计量实验室中使用

  • 要求对每个被测部件进行严格的设置

  • 操作复杂,需要专业技术人员对设备进行编程

便携式测量臂三坐标 

便携式测量臂三坐标是可以在车间内直接对部件进行测量的坐标测量机,可以快速得到结果并进行实时分析。与检测人员将部件带到实验室进行测量不同,技术人员使用带有六轴或七轴系统的铰接臂,在任何需要的地方对部件进行测量;这对于分析仍集成在其固定装置或总成中的部件特别有用。

便携式测量臂三坐标的优点

  • 携带方便,重量轻:您可以把 CMM 带到部件所在位置

  • 测量范围可扩展(蛙跳)

  • 支持多传感器测量,如探测和扫描

  • 价格相对便宜

  • 操作简单(无需编程)


便携式测量臂三坐标的缺点

  • 与其他类型的三坐标相比,精度略低

  • 对环境振动很敏感

  • 需要严格的设置

光学三坐标 

光学三坐标是一种便携式非接触设备。该三坐标使用无臂系统与光学三角测量方法来扫描和采集物体的三维数据。由于采用了先进的图像处理技术,光学三坐标高速测量的同时能保证计量级的精度。光学三坐标扫描仪特别有利于工业 4.0 制造。

虽然光学三坐标的精度相对略低,但其精度还是满足大量应用的。事实上,光学三坐标与传统三坐标配合使用,可以解决生产瓶颈问题。也就是说,精度要求高的部件可用传统三坐标来检测,而其他部件都可以使用成本效益更高的光学三坐标进行检测,其精度符合要求,且便携、灵活、高速。

光学三坐标的优点

  • 携带方便,重量轻:您可以把光学三坐标带到部件所在位置

  • 测量范围可扩展(蛙跳)

  • 支持多传感器测量,如探测和扫描

  • 采集过程非常快速

  • 价格相对较低

  • 操作简单(无需编程)

  • 无需严格的设置

光学三坐标的缺点

  • 与传统三坐标相比,根据应用不同,精度略低些

 为什么我们一直在聊三坐标的速度?

今天,制造商面临着更大的压力,他们需要提高产量,提供及时交货计划,加快产品上市进程,同时将成本大幅降至底线。当使用传统三坐标出现的瓶颈,检测步骤延长周转时间,并最终导致增加无附加值的质量成本。因此,三坐标的速度和效率非常关键。

如前所述,传统三坐标的局限性往往是,为数不多的几名合格的计量专家不得不完成大量的工作。三坐标的编程时间也大大延长了检测时间,因为三坐标必须根据每一种要评估的部件或子配件进行配置。

配备有三坐标测头的传统三坐标速度慢,不适合高效地测量复杂形状。其他拥有三坐标传感器的三坐标,往往能加快检测过程;但是,它们仍然需要由专家来操作。

因此,越来越多的制造商正在寻求诸如创新的光学三坐标之类的检测技术,希望借助它们来应对严苛的生产环境,满足严格的质量保证和质量控制标准,并跟上飞速发展的时代步伐。

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关于 CREAFORM

Creaform 形创开发、制造并销售 3D 便携式及自动化测量技术产品,专门从事工程服务。公司提供创新应用解决方案,如三维扫描、逆向工程、质量控制、无损检测、产品开发和数值模拟 (FEA/CFD)。公司的产品和服务面向各大行业,例如汽车航空航天、消费品、重工业、医疗保健、制造业、石油与天然气、发电业以及研究与教育。

Creaform 形创的总部和制造运营地位于加拿大魁北克省莱维斯 (Lévis),在莱维斯和法国的格勒诺布尔 (Grenoble) 都设有创新中心,在加拿大、美国、墨西哥、巴西、法国、德国、意大利、西班牙、中国、日本、韩国、泰国和新加坡都拥有直接业务运营团队。Creaform 形创是 AMETEK 阿美特克公司旗下部门 AMETEK Ultra Precision Technologies 的一员,AMETEK 系全球领先的电子仪器和机电设备制造商,年销售额达 50 亿美元。

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