坐標(biāo)測量機(jī)是一種高效且精準(zhǔn)的測量工具，其性能優(yōu)于標(biāo)尺、千分尺和游標(biāo)卡尺等替代品。這些多功能機(jī)器可測量 3D 尺寸、GD&T 特征，并與醫(yī)療保健、汽車、航空航天等行業(yè)的 CAD 進(jìn)行比較。

然而，并非所有三坐標(biāo)測量都是一樣的——但這是個好消息！三坐標(biāo)測量機(jī)具有不同的測量區(qū)域、軟件和精度。在為您的檢查或測量需求選擇合適的三坐標(biāo)測量機(jī)時，應(yīng)考慮這些因素中的每一個。

話雖如此，如果您想知道如何選擇三坐標(biāo)測量機(jī)，以下文章會有所幫助。

三坐標(biāo)測量機(jī)的類型

三坐標(biāo)測量機(jī) 有很多種類型。類型基于用于分類的特征。

一般來說，坐標(biāo)測量機(jī)有兩種分類：

l l根據(jù)坐標(biāo)測量機(jī)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)分類

l l根據(jù)坐標(biāo)測量機(jī)與零件表面的相互作用分類

笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)分為四個子類別：移動橋式、固定橋式、懸臂式、龍門式。

各種類型的笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)。

圖 1 中所示的各種類型的笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)解釋如下：

移動橋式

這種類型的坐標(biāo)測量機(jī)是工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中最常見的類型。這種類型的坐標(biāo)測量機(jī)之所以受歡迎，是因?yàn)檫@種類型的坐標(biāo)測量機(jī)在幾個方面取得了平衡，其中包括高測量精度、相對較高的測量速度（與其他類型的笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)相比）以及測量各種形狀和尺寸的零件的能力。

這種類型的坐標(biāo)測量機(jī)有兩條腿，它們一起沿一個方向或一個軸移動。另外兩個軸來自橋的運(yùn)動及其垂直軸（z 方向運(yùn)動）。

移動橋具有“行走”現(xiàn)象（微米或更小的尺度），其中兩個腿并不完全同時移動。這種“行走”現(xiàn)象會引入此類 三坐標(biāo)測量機(jī) 特有的誤差。

對于五軸移動橋式 三坐標(biāo)測量機(jī)，其他兩個旋轉(zhuǎn)軸主要來自觸針系統(tǒng)，可以沿兩個不同的軸旋轉(zhuǎn)。

固定橋式

這種類型的笛卡爾 三坐標(biāo)測量機(jī) 是所有其他笛卡爾 三坐標(biāo)測量機(jī) 中精度出色款式的。

截至 2017 年，這種類型的三坐標(biāo)測量機(jī) 的精度水平可以達(dá)到±(0.3+L1000)μm，其中 L 以毫米為單位。

但是，與任何其他笛卡爾三坐標(biāo)測量機(jī) 相比，這種機(jī)型的測量速度較低。

這種類型的三坐標(biāo)測量機(jī) 有兩個固定支腿（固定橋），因此 三坐標(biāo)測量機(jī) 工作臺移動以提供由移動支腿提供的單向軸，就像移動橋式 三坐標(biāo)測量機(jī) 的情況一樣。

因此，固定橋式 三坐標(biāo)測量機(jī) 不會出現(xiàn)移動橋式 三坐標(biāo)測量機(jī)中發(fā)現(xiàn)的“行走”現(xiàn)象。這是固定橋式三坐標(biāo)測量機(jī)比移動橋式機(jī)具有更高精度的原因之一。

懸臂式

懸臂式三坐標(biāo)測量機(jī)經(jīng)常用于汽車行業(yè)。這種類型的 三坐標(biāo)主要用于測量組裝汽車的車身。

帶水平臂的懸臂式三坐標(biāo)測量機(jī)具有較長的測量臂，可以接觸帶有空腔的大型部件的表面，例如汽車車身。

但是，與移動橋式和固定橋式三坐標(biāo)測量機(jī)相比，懸臂式三坐標(biāo)測量機(jī)的精度較低。因?yàn)?，?dāng)懸臂處于最遠(yuǎn)位置時，懸臂會產(chǎn)生彎曲效應(yīng)。這種彎曲效應(yīng)會導(dǎo)致測量誤差并降低三坐標(biāo)測量機(jī)的精度。

龍門式

這種類型的三坐標(biāo)測量機(jī)具有較大的測量范圍。這種類型的三坐標(biāo)測量機(jī)通常用于測量尺寸 > 10 m 的零件。

但是，與其他笛卡爾三坐標(biāo)測量機(jī)相比，這種類型的三坐標(biāo)測量 的測量精度較低。因?yàn)辇堥T三坐標(biāo)測量機(jī)的測量范圍非常大，所以它的幾何誤差（體積誤差）會導(dǎo)致測量精度低。

基于 三坐標(biāo)測量機(jī) 和零件表面之間相互作用的分類

基于 三坐標(biāo)測量機(jī) 與零件表面相互作用方式的 三坐標(biāo)測量機(jī) 類型包括：

觸覺（接觸）

觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī) 是一種機(jī)械接觸被測零件表面的 三坐標(biāo)測量機(jī)。例如，觸覺式笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)（例如移動橋式、龍門式和固定橋式坐標(biāo)測量機(jī)）和觸覺式非笛卡爾坐標(biāo)測量機(jī)（例如關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)）。

觸覺（接觸式）坐標(biāo)測量機(jī)的基本優(yōu)勢在于，這種類型的坐標(biāo)測量機(jī)使用物理探頭（例如紅寶石球的觸針針端）物理接觸零件的表面。

這種使用物理探頭物理接觸表面的過程可以通過分析建模。也就是說，可以建立在表面上滾動的球體的模型。

因此，可以使用分析模型預(yù)測觸覺坐標(biāo)測量機(jī)的測量結(jié)果，并且可以自信地評估和驗(yàn)證誤差。

這就是為什么觸覺坐標(biāo)測量機(jī)總是用于驗(yàn)證光學(xué)（非接觸式）坐標(biāo)測量機(jī)的測量結(jié)果的原因。

觸覺坐標(biāo)測量機(jī)的一些缺點(diǎn)是存在損壞零件的風(fēng)險，由于小觸針針端的壓力，測量部件的表面會受到很大的壓力。觸針針端直徑越小，測量表面受到的壓力（赫茲力）就越大。

另一個缺點(diǎn)是，與光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 相比，觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī) 的測量速度相對較慢。此外，與光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 相比，觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī) 從表面測量的數(shù)據(jù)點(diǎn)的吞吐量較小。

例如，使用觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī)，可能需要數(shù)小時的測量時間才能從測量表面產(chǎn)生數(shù)千個數(shù)據(jù)點(diǎn)。而對于相同數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 可能只需要幾分鐘的測量時間。

觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī) 的另一個明顯缺點(diǎn)是，由于針端尺寸有限，觸覺 三坐標(biāo)測量機(jī) 對測量部件特征的訪問有限。例如，具有 1 毫米觸針針端直徑的 三坐標(biāo)測量機(jī)，三坐標(biāo)測量機(jī) 無法測量直徑小于 1 毫米的孔。

光學(xué)（非接觸式）

光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)是一種不與被測部件表面物理接觸的坐標(biāo)測量機(jī)。這種類型的坐標(biāo)測量機(jī)使用光學(xué)方法探測表面。光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)的一些常見示例是攝影測量和條紋投影系統(tǒng)。

光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是它可以在相對較短的測量時間內(nèi)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)點(diǎn)，例如在不到一分鐘或幾分鐘的時間內(nèi)，它可以訪問部件上的小特征，并且不會損壞被測部件的表面。

同時，光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)的缺點(diǎn)如下。根本的缺點(diǎn)是光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)將光照射到表面并將反射光捕獲到傳感器或光電探測器，然后通過一定的算法和分析，從傳感器上檢測到的反射光重建表面。

問題是，光和表面之間的相互作用非常復(fù)雜，難以建模。這種困難導(dǎo)致光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 測量的表面無法進(jìn)行分析驗(yàn)證，并且對光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 重建表面的真實(shí)性存在一定程度的懷疑，并且難以評估測量的不確定度。

下一個缺點(diǎn)是光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 受測量部件材料類型的顯著影響。通常，透明或光亮的拋光表面很難用光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 測量。因?yàn)楣鈱W(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 的傳感器很難檢測到這些表面的反射光（由于飽和）。

另一個缺點(diǎn)是，由于光學(xué) 三坐標(biāo)測量機(jī) 的數(shù)值孔徑 (NA)，通常很難測量表面坡度約為 90 度的表面。