新型旋转把手：关节臂肘部和前臂处的无限旋转把手提供了两个低摩擦把手，使得动态性能更好。旋转把手允许测量机能够方便的在操作者手中舞动，使得精度达到最大化，同时使得操作者付出的体力最小。
 

新型六轴符合人体工程设计的手腕：更小、更便于把握并使用新型触觉式按键。该按键进行了编程，并具有定制的功能，并在关节臂处于鼠标状态下功能相当于一个三键鼠标。该新型设计还包括了一个整合数码相机，以便进行工作初始设置的记录，并具有一个LED照明灯。
 

新型测头存储支架提供了方便的碳纤维测头的拿取和存储功能。包括三个测头工位，能够方便的进行测头的取用。由于测头存储支架跟随关节臂基座进行转动，测头将始终与关节臂的移动关节呈反方向，从而不会在运动中形成妨碍。

增强的Wi-Fi无线连接 – 关节臂与电脑之间的Wi-Fi无线连接，允许操作人员将电脑放置在最方便的位置，而无需担心计算机电缆(或者任何其他电缆，由于具有锂电池功能)。INFINITE关节臂符合WIFI 802.11g无线通讯连接标准，能够提供高达54 Mbps的连接速度，覆盖范围达到200英尺，即使是需要穿墙而过。这种速度和范围相对蓝牙或其他技术更加快速和更长，在利用计算机技术时灵活性更强。一些ROMER的GridLOK用户将应用电脑放置在另外一个房间使用，配备大尺寸等离子屏幕进行操作。

增强的Zero-G平衡技术 – 一体化的Zero-G气动平衡技术，实现关节臂和测头重量的平衡，从而减轻了操作者的疲劳并允许在任何位置的单手操作。平衡装置提供了在操作空间任意位置完美平衡，在使用在中线位置的高低时不会引起关节臂的跌落。该平衡装置能够帮助保护关节臂避免无意识的与桌面和工件的碰撞。

增强的七轴激光扫描功能 – 配备激光扫描头，Infinite 2.0提供了七轴的版本。新型把手设计，具有符合人体工程的外形，和"软触发"塑料材料的触发装置，为操作者提供了舒适性。能够提供两个不同的激光头，ScanShark V4ix (如图)，能够以23,000点/秒的速度进行扫描。采用TESA动态关节，ScanShark V4ix is能够使用在Brown & Sharpe的Global测量机上。这样，客户可以买一套激光扫描头就可以使用在两套不同类型的测量装置上(需要额外的附件和软件选项)。优选的V5扫描头能够以458,000点/秒的速度对大尺寸区域进行快速数字化。

无线旋转 – INFINITE系列关节臂具有ROMER获得专利的无限三轴旋转技术，允许检测难以到达的区域并避免对关节臂的损害。

 

一体化锂电池和密封外罩 – 整合的锂电池是现场使用，没有交流电源或者电缆连接有问题时的理想选择。可以支持连续工作数个小时，获得专利的密封外罩保护电池不受污染，同时避免电池的移动。

 

长度校准标准 - ROMER为每个关节臂提供了符合NIST标准的长度标准量规，便于操作人员根据ISO标准和客户的要求进行精度验证和归档。
 

碳纤维臂身- 所有ROMER的关节臂臂身采用碳纤维材料。相对铝，碳纤维的热稳定性更好，保证了在实际工作场合下的温度稳定性。在正常使用情况下，碳纤维臂身可以终生使用。
 

快速连接座 – 快速更换、无需任何工具的连接座，允许进行快速的工作准备同时占地面积小。关节臂可以同任意底座相连，包括固定式、磁力式和真空式。三角架与Brunson支架同时也可以配备。从而提供了最大限度的灵活性。

Heidenhain编码器 – Heidenhain，世界领先的高精度旋转编码器制造商，为INFINITE 2.0提供了定制的"宽轨迹"编码方法。

 

超轻并且便携 – 基于碳纤维和铝材料结构，INFINITE关节臂重量轻，一般少于20磅，从而适合于在车间进行操作、测量和逆向工程应用。关节臂加上包装箱的重量在50磅左右，使得设备非常方便的从一个地方移动到另外一个地方。同时，包装箱还能够放置在一般的货车或SUV的后备箱。

磁力表座 – INFINITE关节臂包括一个磁力表座作为标准配置。设计上提供了非同寻常的刚性和万能性。

 

PC-DMIS Portable – Hexagon计量产业集团旗舰型的软件，具有专为ROMER关节臂开发的特殊版本，适用于便携使用，具有“全合一”的外观，能够进行自动特征的识别，具有脱机版本，允许操作一个人现场进行操作，而另外一个人在另外一台电脑上进行测量的编程(使用CAD模型)或从之前的检测工作产生报告和分析数据。同时还为Infinite 2.0提供所有现有的软件选项。

基于CAD的编程。提供了快速程序编制功能，能够自动对工件的关键几何特征进行评价，进行工件找正并计算加工和刀具的偏置。对于这一类在线测量工作，软件允许导入机床和工件的模型，从而将测量工作实现在加工空间的模拟，并且自动产生零件的检测程序。另外，用户可以在脱机情况下执行编程任务，节省了占用加工中心进行检测程序开发的时间。

精确的测头处理方法。许多数控加工中心的探测系统校准程序只能提供单轴的探测系统校准方法，这样就增加了测头的误差，难于在三维状态下进行快速而准确的工件检测。真正的计量软件，利用一个标准球进行测头的校正，能够更精确的完成测量任务。同时，计量软件还能够分度测座，能够在三维空间的任意位置进行测量。

参数编程。利用真正的计量软件，用户能够从现有测量程序上编制新的程序。这对于进行成组的工件检测程序编制尤其有效，只需在一个参数表中进行数值的更换就可以了。这样，程序一次写定，可以用最小的精力为类似的工件产生检测程序。

整合统计与报告功能。真正的计量软件包能够提供统计和报告功能，功能强大、灵活性强、便于理解和分发。在线测量软件的用户，通过定义获得这些功能。这样，给予用户即时的、具有指导意义的反馈，用来指导生产过程并提供统计分析的工具进行监控并提升制造流程的性能。然后，可以利用这个功能凭借测量结果进行加工程序的调整。

数据历史。用户可以利用检测程序进行测量数据的存储。这意味着用户可以利用这些数据进行工件或工件特征的问题分析。例如，如果如何有重复问题的发生，用户可通过历史数据进行查询，而不需要重新测量任何东西。这种历史数据的分析功能能够显著缩短在解决问题上所用的时间。

经过验证的算法。测量算法能够保证测量机精确的进行数据采集和分析。

两种在线测量的方法
基于特定最终用户的需要，测量软件的开发商可以采用两者之一的方法进行在加工中心上的测量。第一种是基于批量，在不影响加工的同时，利用计算机进行评价和分析。用户通过脱机编程，产生测量程序，然后，加工中心特定的后置处理器将这些程序转换成为G和M代码，实现测头的驱动和数据的获取。在探测过程中，测量数据被送回到一个评价引擎进行分析和报告。鉴于这种结构，基于server的计量系统能够利用单一网络从多种数控加工中心上进行数据的采集与分析。

另外一种方法是在独立于数控加工中心的控制器之外的计算机上运行在线计量软件(一旦在脱机情况下开发)。利用这个方法，计算机承担了测量中的全部控制、数据采集和分析任务。这种方法下，操作者能够利用加工中心上的测头完成类同于在坐标测量机上的测量任务。缺点是，在计量软件运行过程中，加工中心不能进行切削操作。

这两种在线测量方法的代表是Wilcox Associates的PC-DMIS NC Server或PC-DMIS NCi (交互式)软件。PC-DMIS NC Server首先提供，把软件放在服务器上能够使得机床加工的时间最大化，这种情况下，测量不占据显要位置，并为最终用户提供了在多台加工中心上采用一套软件的便利性。
Wilcox在两年之后推出了交互式软件，以满足那些需要根据在线测量结果能够进行快速自动调整的用户 (利用工件或者夹具的找正，合理的程序分支、相关测量等等)。在任何情况下，用户能够获得快速同时完善的测量结果，相对传统的方法，能够节省大量的时间和金钱。

在全球领域被广泛采纳
在全球范围内，PC-DMIS NC两种类型的测量方法在全球内为用户广泛采用，涵盖的行业包括航空制造业、航空发动机部件、汽车、叶片制造、模具等行业。

PC-DMIS NC安装的最大驱动力还在于航空领域的大尺寸工件的加工和测量任务。该软件能够显著提升加工的效率，并能实现加工的精确定位。实时提供测量数据能够减轻超高精密的测量机完成大批量测量任务的负担，从而提升的整体企业的效率而不会对零件的品质有所影响。

今天，扫描技术在新一代的Global系列测量机上得到进一步发扬，无论是确定复杂形状的形状误差，还是进行自由形状曲面的验证，以及完成箱体类零件尺寸和位置的测量与分析，通过扫描技术所获得的更多数据点，为工件的准确测量和快速分析提供了依据。

先进的运动控制技术

先进的运动控制技术是精确扫描测量的基础。Global 控制系统所提供的先进算法与 LSP 系列扫描测头的完美配合，使得Global 测量机具备了优异的高精度扫描功能。

可变高速扫描技术 (VHSS)

该运动控制的算法是 Global 扫描性能的基础。VHSS 技术通过不断监控输入量的变化，如优化的曲率等来动态管理探测的速度与加速度，从而保证了快速、平滑的扫描轨迹。另外，VHSS 技术允许在单一扫描路径时数据采集密度可变，这样在曲率大的情况下采集点密度要高，而在曲面变化少的情况下，采集的点数就要少，避免了在曲面变化不大的情况下采集大量不必要的数据点。

控制系统的 Observer 技术

Observer 技术不断动态更新实际的扫描路径以计算实际曲面与名义曲面的微小偏差，从而实时监控测头的偏转。该技术还保证了测头始终与工件表面保持接触状态，以提升检测效率。

行业领先的计量软件

将扫描技术成功的应用于测量的实践，需要将先进的硬件技术与高性能的测量软件相结合Global 测量机，配备业界知名的测量软件 - PC-DMIS， 具有强大而全面的扫描功能，并可柔性支持各种扫描探测系统。

根据被扫描特征或者扫描工件的不同，PC-DMIS 提供高达 15 种内置扫描方法。对于实现已知几何特征的扫描，PC-DMIS支持圆、线、中心及圆柱等的快速扫描方法，并对于更复杂的自由形状曲面或非规则路径测量提供了周边、开线、闭线、曲面、旋转等扫描方法。

PC-DMIS 的数据处理和 GD&T 评价分析功能一直是业界的领先者。其强大的构造筛选功能能够完美处理点云数据；GD&T 轮廓分析处理功能尤其强大，既能够相对 CAD 理论值做出点云的色差图分析，也可以提供三维或二维的曲线/曲面轮廓度统计分析，全面而且直观，并可产生定制的图形化用户报告。

LSP系列扫描测头 形状的真实再现

LSP 系列扫描测头，为高精度和高效率的三坐标测量机提供了专业的扫描解决方案。快速而又精确，即使在携带超长加长杆的情况下。这些高精度扫描测头是检验精密加工件和复杂几何形状的理想工具。

• 真正的三维探测
• 无电机＝无热源
• 结构坚固＝维护容易
• 支持超长探针
• 具备自动更换探针功能
• 具备碰撞保护功能

LSP 系列扫描测头，秉承 Leitz 经过广泛验证的扫描技术之精华，提供了真正的三维探测技术。

采用高分辨率的线性可变微分传感器 (LVDT) 进行测量，LSP 系列扫描测头可实时测量和修正探针的挠度，消除了余弦误差。这对于加长探针或扫描复杂形状工件，如齿轮、转子、叶片时尤其重要，确保了更高的测量精度和效率。

LSP系列扫描测头能够支持所有的探测模式，如：单点探测、自定心测量以及连续高速扫描，以完成快速精确的轮廓和外形测量任务。

应用于 Global 测量机上的 LSP 系列主要包括具备四种型号：LSP-X5、LSP-X3、LSP-X1和 LSP-X1c。

LSP-X5 与 LSP-X3 高性能固定式扫描测头：

分别能够携带长达 500mm 和 360mm 以及重量达 500g 和 150g 的探针和加长杆，是完成高精度机械类零件和复杂几何形状测量的理想工具。

LSP-X1可旋转扫描测头：

集触发与扫描测量功能为一身，为测量系统提供了足够的灵活性。可利用模拟扫描技术，完成特征形状的扫描，利用触发技术，实现了对特征尺寸和位置的快速测量。LSP-X1测头，配备 TESASTAR-m 或 TESASTAR-sm 自动分度测座，为高速扫描测量提供了足够的灵活性。

LSP-X1c 固定式扫描测头：

源于 LSP-X1 的设计技术，采用主轴固定安装的方法，为扫描测量提供了更实用的选择。

TESA REFLEX 的开发理念，在于为现场的各种测量任务提供一套简单易行的方案。通过基于同一理念的测量软件包，为各种三维几何量测量设备提供了一种以任务为导向的通用、简易、高效测量方法。对操作员来说，仅需花费很少的时间就可以进行熟练操作和测量。

TESA REFLEX 包括六个专门的模块，模块之间有着诸多共性，分别应用于三坐标测量机、影像测量仪、关节臂测量机、轴类扫描测量仪等多类测量设备，配合 TESA 先进实用的高性价比测量设备，TESA REFLEX 为用户带来了简易、通畅和便捷的质量检测体验！

TESA REFLEX mh 3d

此软件使用在三坐标测量机上已经拥有多年的历史，在全球共安装数以千套，能够自动识别工件特征，完成几何形状分析，易于使用。基于 Windows EC 技术，TESA REFLEX拥有友好的界面并且可传输测量数据到任何的外部设备。

TESA REFLEX recorder

TESA REFLEX Recorder 模块使用在手动机器上，同时通过附加功能也可控制 3轴电机运动，控制机器执行手动操作盒编辑过的程序。

TESA REFLEX multi-gage

使用该模块配备在 TESA Multi-Gage 上，可满足各种现场的测量需求。通过该软件模块，TESA Multi-Gage 的使用者能够快速轻松的实现检测，获得最佳的测量效果。

TESA REFLEX vista

Vista 软件可使用在所有的 TESA VISIO 手动机上，可满足操作者的几乎所有的测量需求。

最新的测量功能中增加了 CAD 数模比对功能，如果操作者之前使用过轮廓投影仪再使用该仪器，会发现该软件及其方便并且非常实用。

TESA REFLEX vision

TESA-REFLEX Vision 模块安装在所有的TESA VISIO 自动机上。秉承 TESA －REFLEX 设计理念，该模块易于操作，同时在整个测量过程中，软件提供相应的操作辅助帮助。

TESA REFLEX scan

该模块应用于专门测量回转体类零件的情况，配备在TESA-SCAN 52 REFLEX CLICK这一具有创新概念的测量仪上。通过该软件不仅能自动测量新的零件，对于以前测量过的工件，机器也能自动识别并调出已经存档过的测量程序。

TESA-REFLEX Scan 软件使得 TESA SCAN 52 具有无与伦比的性能，能够快速简单的实现零件大批量高效检测。

本文通过对不同材料在温度特性、运动特性以及工艺特性三个方面进行分析的基础上，提出针对不同精度、使用环境、测量效率要求的测量机适合的材料，从而为正确的选用提供科学依据。

一、与测量机材料选择相关的参数：

1. 温度特性：

测量机做为一种高精度的计量设备，为保持其持续的高精度，需要针对安装环境的温度变化进行适当的应对或补偿，这其中，构成测量机各主要部件材料的温度特性就成为一项非常重要的指标。

评定材料的温度特性，我们主要从热膨胀系数、热导率、热膨胀系数/热导率三个主要参数进行分析，下表通过测量机常用的几种材料，包括铝合金、陶瓷、花岗岩与钢说明各参数之间的相互关系：

通过以上材料温度特性和相关的说明，我们不难看出：

• 对于通用型测量机，机器需要在相对宽松的温度条件下保持较高的精度（基本要求在正负2度，但很多机器可以工作在更宽的温度环境中）。这种情况下，往往温度的变化和不均匀性带来的影响（通过局部和累积变形）远大于材料均匀膨胀所带来的影响。材料热膨胀系数带来的简单膨胀可以被温度补偿技术很有效地补偿掉，但局部和累积的材料变形的补偿是非常困难并难以精确补偿的。因此对通用型测量机，在确保膨胀系数/热导比的前提下，应当更侧重于材料的热导率，加之后面我们要讨论到的运行特性和工艺特性，铝合金是目前业界所能经济使用的最好的材料。
• 对于坐落于非常良好的温度环境内的高精度机器，机器更强调精度，并为达到超高精度而采用较为昂贵的手段保证很高的温度环境要求（如要求保证0.5度左右）和尽量小的单位膨胀率。因此在材料的选择上应当在采用较低的膨胀系数/热导比材料的前提下，更多地侧重于材料的热膨胀系数（较好的材料如花岗岩，陶瓷）。

2. 运动特性：

不断致力于提高效率是现代制造业的一个最为显著的特征，同时测量系统被广泛应用在车间现场，要求更快的为制造流程提供实时的测量反馈，因此，测量系统的运动性能不仅能够通过提供更加平稳顺畅的运动特性而提升测量的精度和重复性，同时还可以提供更高的测量速度和效率。测量系统的运动特性是在精度之外另外一项需要关注的指标。材料密度和刚性(弹性模量MPa)是反映测量系统运动特性的两项重要指标)，下表列出了测量机使用的主要材料相关指标与分析：

根据上述分析，我们可以得出以下结论：

• 在补偿技术被坐标测量机普遍应用以后，刚性就已经不在是参考材料特性的最重要指标，因为材料的静态变形和低速度/加速度情况下的变形补偿已经成为各主流坐标测量机厂商的标准手段。最为复杂的刚性-变形情况来自与机器以较高速度/加速度运行时产生的变形和运动控制误差（由机器，传动，控制系统等构成的运动位置环）。这种情况下运动部分的重量（反映在材料密度特性）显得极为重要，它对系统精度的影响不是简单倍数而是级数关系。
• 对于通用型测量机，在用户利益最大化的设计思路指导下，机器需要在保证较高精度的同时追求更高效率。因此在材料的选择上应当在较高刚性/密度比的前提下，更多地侧重于材料的轻密度，并通过优化结构设计来减小运动部分的质量。在这种情况下，铝合金的优势又更明显地体现出来。这也是为什么同样精度的机器，一些公司的机器可以更高效率运行，另一些公司却只能缓慢测量。效率低意味着要投入更多的资金购买测量设备并付出更多的人工和更长的资源占用时间。
• 对于高精度测量机（精度要求1微米以内），机器更强调更多的是精度而不是速度。因此在材料选择上往往在较高的刚性/密度比的前提下，更多地侧重于材料本身的刚性，或通过增加材料的尺寸来提高整体刚性。两种都是业界采用的有效方法。

3. 材料的制造工艺性和弹性：

随着坐标测量机的需求量的日益扩大，要求测量机的制造和生产从原来的单件生产模式转化为更具效率的批量生产，从而产品的品质更加稳定、制造效率更高，从而为客户提供具有更好性价比的测量产品。在这种背景下，测量机主要部件材料的制造工艺性成为测量机厂商需要重点考虑的指标。

铝合金是通用型测量机极佳的材料：

• 一般来说，除非部分核心设计或制造技术无法突破或缺乏加工手段（在合理成本下），否则测量机的设计师应当在综合平衡其他材料特性后选用制造工艺性更好的材料。
• 铝合金是一种很好的综合性能材料并且具有非常好的制造工艺性，是通用性测量机的极佳材料。但一些实力比较弱或者技术相对落后的测量机厂商并没有掌握大尺寸铝合金横梁的材料成型与高精度加工技术，从而不得不放弃采用铝合金材料或只能局部使用。实际上，因为测量机使用铝合金材料具有显著优点，有许多声称使用其他材料的厂商实际上还是在自身技术能力所及的地方使用铝合金，如：Z轴，滑架，左右腿等（这些零件的制造加工技术比起横梁来相对容易）；技术落后的厂商甚至连铝合金Z轴的制造技术都无法突破。

二、如何选择适合的测量机材料：

在以上综合分析测量机上主要采用的材料(铝合金、陶瓷、花岗石、钢)在温度特性、动态特性以及工艺特性的方面的相关参数的基础上，考虑到测量机当今制造业中的使用特点、使用环境、精度以及效率要求，我们不难看出：

1. 通用型和车间型测量机：

此类测量机在保证较高精度的情况下，对测量的效率也有较高的要求，其所在的工作环境一般。综合而言，铝合金是设计此类测量机非常理想的材料。

具体说明如下：

1.1在环境温度变化的情况下，由于外界温度变化较大，在兼顾膨胀系数/热导比的情况下，需要采用热导率更好的材料, 在这方面，铝合金是最佳的材料。

1.2在确保材料的刚性/密度比的同时，铝合金密度小，在保证精度的情况下有助于提高测量机的动态性能，从而提高测量效率。尤其是铝合金材料配以高精密三角梁的设计，充分挖掘了铝合金这种理想材料的优良特性，是测量机设计的经典杰作。

1.3 铝合金材料易于实现材料的一致性，如Global即为全铝框架，这样的好处是温度变化时，各部分的变形一致，容易补偿。否则，如果机器的横梁、滑架和Z轴采用不同的材料，则温度变化时的膨胀量不同，导致机器膨胀变形扭曲，这种变形是非线性的，难以通过温度补偿解决。参见下图所示：

下图以海克斯康的Global测量机为例加以说明：

2. 高精度测量机

此类测量机对精度的要求是第一位的，而对速度要求一般；由于价值高，一般配备专用的工作环境，环境较好。其移动部件的选材，需要兼顾密度和刚性；而对于固定部件，则对密度/刚性比的要求比较宽松，一般通过加大截面尺寸提高刚性，故固定部件的材料可选择陶瓷或花岗石。

三、结论：

选定适合的测量机材料，需要综合考虑材料的温度特性、动态特性以及工艺特性，同时需要考虑测量机使用的场合、精度要求、效率要求等综合因素。技术的创新是无止境的，要求测量机厂商需要融合最新的材料技术、加工技术、补偿技术以及控制技术，采用适合客户具体应用需要的测量机材料。

与箱体类工件相对应的是复杂几何形状工件，这类工件主要由具有明确数学定义的复杂曲线曲面构成，例如各种类型的齿轮，齿轮加工刀具，凸轮轴，配对螺旋压缩机转子部件，蜗杆蜗轮以及步进齿轮等等。对于复杂几何形状工件，有许多特定的测量技术，如扫描测量机、多测头扫描测量机等。利用高精度的扫描技术，这些系统可检测工件的外形和轮廓，与原始的CAD模型进行比较和最优化以确定偏差。测量机专用的应用软件模块，通过精确的软件算法，能够完成对各种复杂形状的评价和分析。

由于CAD技术的广泛应用和五轴数控铣床的出现，尤其是汽车工业、模具工业的迅猛发展，轮廓形的、自由曲面形状的复杂工件的加工难题被克服，并伴以大量的设计、引用。这出现在各类冲模、模具、压铸件、塑料模具、以及一些家电：如电话、计算机键盘；或者是一些大型的自由曲面：如汽车车身、飞机的构件以及船体等等。

与测量箱体类工件所不同的是，箱体类工件只需采集有限的能够定义起规则形状的点，就可以准确判断箱体类工件特征之间的形状、尺寸和位置；而自由曲面却需要采集大量表面点的数据以确定其形状。在测量自由曲面的情况下，扫描可称为是一种快速测量大量点并同时精确定义尺寸、形状和位置的好方法。

配备模拟扫描测头的测量机，能够进行连续扫描测量，并且不间断地将大量测量数据反馈到计算机进行处理。扫描一般分为两种模式：开环和闭环。开环扫描是对形状已经预知的工件而展开的，在这种情况下，测头能够始终接触工件，并沿着预定的路径进行测量，控制软件同时计算出大量采集点的数据与理论数据的偏差。“在制品”与“设计品”的结果比较可以各种图形格式进行便于理解的显示。开环扫描的特点是速度快。闭环扫描是一种高精度的技术，尤其是在对于复杂轮廓形状，如模具、和一些具有比较复杂、小特征以及三维自由曲面工件的数字化时非常有用。一些特定的扫描测量软件，能够允许客户在计算机屏幕上选定计划扫描的区域，并可根据预先的扫描策略自动产生完整的工件检测程序，扫描路径优化并避免障碍。产生数字化点云不仅能够下载到CAD/CAM工作站与名义值进行比较，还可以还可以通过测量机软件的强大CAD功能进行比较和分析。

钣金件是目前越来越多的一类被测工件，这主要使用在车身的制造。我们知道，汽车车身的构成是一个多级分类系统：首先由钣金件连接成为分总成，分总成然后又成为下一步装配的部件。最终的车身质量，将是由这每一级装配过程而累积的。通过测量机进行车身各装配阶段的质量控制，我们可以判断出出现超差的原因。测量机可以被安装在车身装配的各个环节，从而能够系统地发现并纠正偏差，从而提高了过程控制的质量。

水平臂测量机、检测机器人和特殊设计的桥式测量机代表了最为经济有效的对于这种大批量、高负载、薄壁件工件的解决方案，包括各种钣金件、分总成、塑料件和玻璃件。这些测量系统，具有便于整合、高效率、灵活性强、精度高、具有可扩展模块、高可靠性和高承载能力，从而能够适应自动化柔性制造流程。

功能强大的专用软件使得这种测量系统能够解决钣金件特征工件的测量应用。包括了特定的钣金件测量程序，能够自动测量薄壁件，快速显示被测特征，从而可以进行实时的检测和判断。

（2）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。X向导轨系统装在工作台上，移动桥架横梁是Y向导轨系统，Z向导轨系统装在中央滑架内。三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。
（二）三坐标测量机的工作原理
三坐标测量机是基于坐标测量计量的通用化数字测量设备。它首先将各被测几何元素的测量转化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。要测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测内孔壁上三个点（点1、2、3），则根据这三点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标OI；如果在该截面内触测更多的点（点1，2，…，n，n为测点数），则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个垂直于孔轴线的截面圆（I，II，…，m，m为测量的截面圆数）进行测量，则根据测得点的坐标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴线位置；如果再在孔端面A上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。由此可见，三坐标测量机的这一工作原理使得其具有很大的通用性与柔性。从原理上来说它可以测量计量任何工件的任何几何元素的任何参数。
（三）三坐标测量机的分类
（1）按三坐标测量机的技术水平分类
1．数字显示及打印型
这类三坐标测量机主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低，目前已基本被陶汰替换。
3．计算机数字控制型
这类三坐标测量机技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量。

2．带有计算机进行数据处理型
这类三坐标测量机技术水平略高，目前应用较多。其测量仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作。

（2）按三坐标测量机的测量范围分类
1．小型坐标测量机
这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向（一般为X轴方向）上的测量范围小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。
2．中型坐标测量机
这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为500～2000mm，是应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。
3．大型坐标测量机
这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。
（4）按三坐标测量机的精度分类
1．精密型三坐标测量机
其单轴最大测量不确定度小于1×10－6L（L为最大量程，单位为mm），空间最大测量不确定度小于（2～3）×10－6L，一般放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。
2．中、低精度三坐标测量机
低精度三坐标测量机的单轴最大测量不确定度大体在1×10－4L左右，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－4L，中等精度CMM的单轴最大测量不确定度约为1×10－5L，空间最大测量不确定度为（2～3）×10－5L。这类CMM一般放在生产车间内，用于生产过程检测。
（5）按三坐标测量机的结构形式分类
按照结构形式，三坐标测量机可分为移动桥式、固定桥式、龙门式、悬臂式、立柱式等，见下节。

第二节 三坐标测量机的机械结构
一、结构形式
三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位置（即总体结构形式）对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。
二、工作台
早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。
三、导轨
导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，但常用的为滑动导轨和气浮导轨，滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差，刚度也较滑动导轨低。在早期的三坐标测量机中，许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨精度高，承载能力强，但摩擦阻力大，易磨损，低速运行时易产生爬行，也不易在高速下运行，有逐步被气浮导轨取代的趋势。目前，多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。
气浮技术的发展使三坐标测量机在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生产厂在寻找高强度轻型材料作为导轨材料，有些生产厂已选用陶瓷或高膜量型的碳素纤维作为移动桥架和横梁上运动部件的材料。另外，为了加速热传导，减少热变形，ZEISS公司采用带涂层的抗时效合金来制造导轨，使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致，从而使整机的测量精度得到了提高，而对环境温度的要求却又可以放宽些。
第三节 三坐标测量机的测量系统
三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着三坐标测量机测量精度的高低。
一、标尺系统
标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的，目前三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。根据对国内外生产三坐标测量机所使用的标尺系统的统计分析可知，使用最多的是光栅，其次是感应同步器和光学编码器。有些高精度三坐标测量机的标尺系统采用了激光干涉仪。
二、测头系统
（一）测头
三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三坐标测量机上使用的测头，按结构原理可分为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非接触式两类。
1．机械接触式测头
机械接触式测头为刚性测头，根据其触测部位的形状，可以分为圆锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V型块测头等（如图9-5所示）。这类测头的形状简单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技能，因此测量精度差、效率低。目前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数测量机已不再使用这类测头。
2．电气接触式测头
电气接触式测头目前已为绝大部分坐标测量机所采用，按其工作原理可分为动态测头和静态测头。
（1）动态测头
测杆安装在芯体上，而芯体则通过三个沿圆周1200分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没有受到测量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论受到X、Y、Z哪个方向的接触力，至少会引起一个钢球与触点脱离接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号，直接或通过计算机控制采样电路，将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据处理用。
测头是在触测工件表面的运动过程中，瞬间进行测量采样的，故称为动态测头，也称为触发式测头。动态测头结构简单、成本低，可用于高速测量，但精度稍低，而且动态测头不能以接触状态停留在工件表面，因而只能对工件表面作离散的逐点测量，不能作连续的扫描测量。目前，绝大多数生产厂选用英国雷尼绍公司生产的触发式测头。
（2）静态测头
静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外，还相当于一台超小型三坐标测量机。测头中有三维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在X、Y、Z三个方向均有相应的位移量输出，从而驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的位移量上，在测头接近静止的状态下采集三维坐标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表面移动时，可始终保持接触状态，进行扫描测量，因而也称为扫描测头。其主要特点是精度高，可以作连续扫描，但制造技术难度大，采样速度慢，价格昂贵，适合于高精度测量机使用。
目前由leitz、zeiss和kerry等厂家生产的静态测头均采用电感式位移传感器，此时也将静态测头称为三向电感测头。测头采用三层片簧导轨形式，三个方向共有三层，每层由两个片簧悬吊。转接座17借助两个X向片簧16构成的平行四边形机构可作X向运动。该平行四边形机构固定在由Y向片簧1构成的平行四边形机构的下方，借助片簧1，转接座可作Y向运动。Y向平行四边形机构固定在由Z向片簧3构成的平行四边形机构的下方，依靠它的片簧，转接座可作Z向运动。为了增强片簧的刚度和稳定性，片簧中间为金属夹板。为保证测量灵敏、精确，片簧不能太厚，一般取0.1mm。由于Z向导轨是水平安装，故用三组弹簧2、14、15加以平衡。可调弹簧14的上方有一螺纹调节机构，通过平衡力调节微电机10转动平衡力调节螺杆11，使平衡力调节螺母套13产生升降来自动调整平衡力的大小。为了减小Z向弹簧片受剪切力而产生变位，设置了弹簧2和15，分别用于平衡测头Y向和X向部件的自重。
在每一层导轨中各设置有三个部件：①锁紧机构：如图9-7b所示，在其定位块24上有一凹槽，与锁紧杠杆22上的锁紧钢球23精确配合，以确定导轨的“零位”。在需打开时，可让电机20反转一角度，则此时该向导轨处于自由状态。需锁紧时，再使电机正转一角度即可。②位移传感器：用以测量位移量的大小，如图9-7c所示，在两层导轨上，一面固定磁芯27，另一面固定线圈26和线圈支架25。③阻尼机构：用以减小高分辨率测量时外界振动的影响。如图9-7d所示，在作相对运动的上阻尼支架28和下阻尼支架31上各固定阻尼片29和30，在两阻尼片间形成毛细间隙，中间放入粘性硅油，使两层导轨在运动时，产生阻尼力，避免由于片簧机构过于灵敏而产生振荡。
（3）光学测头
在多数情况下，光学测头与被测物体没有机械接触，这种非接触式测量具有一些突出优点，主要体现在：1）由于不存在测量力，因而适合于测量各种软的和薄的工件；2）由于是非接触测量，可以对工件表面进行快速扫描测量；3）多数光学测头具有比较大的量程，这是一般接触式测头难以达到的；4）可以探测工件上一般机械测头难以探测到的部位。近年来，光学测头发展较快，目前在坐标测量机上应用的光学测头的种类也较多，如三角法测头、激光聚集测头、光纤测头、体视式三维测头、接触式光栅测头等。下面简要介绍一下三角法测头的工作原理。
（二）测头附件
为了扩大测头功能、提高测量效率以及探测各种零件的不同部位，常需为测头配置各种附件，如测端、探针、连接器、测头回转附件等。
1．测端
对于接触式测头，测端是与被测工件表面直接接触的部分。对于不同形状的表面需要采用不同的测端。
2．探针
探针是指可更换的测杆。在有些情况下，为了便于测量，需选用不同的探针。探针对测量能力和测量精度有较大影响，在选用时应注意：1）在满足测量要求的前提下，探针应尽量短；2）探针直径必须小于测端直径，在不发生干涉条件下，应尽量选大直径探针；3）在需要长探针时，可选用硬质合金探针，以提高刚度。若需要特别长的探针，可选用质量较轻的陶瓷探针。
3．连接器
为了将探针连接到测头上、测头连接到回转体上或测量机主轴上，需采用各种连接器。常用的有星形探针连接器、连接轴、星形测头座等。
4．回转附件
对于有些工件表面的检测，比如一些倾斜表面、整体叶轮叶片表面等，仅用与工作台垂直的探针探测将无法完成要求的测量，这时就需要借助一定的回转附件，使探针或整个测头回转一定角度再进行测量，从而扩大测头的功能。
常用的回转附件为如图9-11a所示的测头回转体。它可以绕水平轴A和垂直轴B回转，在它的回转机构中有精密的分度机构，其分度原理类似于多齿分度盘。在静盘中有48根沿圆周均匀分布的圆柱，而在动盘中有与之相应的48个钢球，从而可实现以7.5o为步距的转位。它绕垂直轴的转动范围为360o，共48个位置，绕水平轴的转动范围为0o～105o，共15个位置。由于在绕水平轴转角为0o（即测头垂直向下）时，绕垂直轴转动不改变测端位置，这样测端在空间一共可有48×14＋1＝673个位置。能使测头改变姿态，以扩展从各个方向接近工件的能力。目前在测量机上使用较多的测头回转体为雷尼绍公司生产的各种测头回转体，

第四节 三坐标测量机控制系统
一、控制系统的功能
控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。
二、控制系统的结构
按自动化程度分类，坐标测量机分为手动型、机动型和CNC型。早期的坐标测量机以手动型和机动型为主，其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样，然后在计算机中进行数据处理。随着计算机技术及数控技术的发展，CNC型控制系统变得日益普及，它是通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样，同时在计算机中完成数据处理。
1．手动型与机动型控制系统
这类控制系统结构简单，操作方便，价格低廉，在车间中应用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过程是：每当触发式测头接触工件时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向CPU发出一个中断信号，CPU则执行相应的中断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计算出相应的空间长度，形成采样坐标值X、Y和Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续的数据处理使用。
2．CNC型控制系统
CNC型控制系统的测量进给是计算机控制的。它可以通过程序对测量机各轴的运动进行控制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。另外，它也可以通过操纵杆进行手工测量。CNC型控制系统又可分为集中控制与分布控制两类。
（1）集中控制
集中控制由一个主CPU实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动控制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制CPU既要完成数字调节器的运算，又要进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于CPU的速度。
（2）分布式控制
分布式控制是指系统中使用多个CPU，每个CPU完成特定的控制，同时这些CPU协调工作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是多CPU并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系统中再扩充一个单轴控制单元，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了。
三、测量进给控制
手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或CNC程序对伺服电机进行速度控制，以此来控制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动，从而实现对工件的测量。三坐标测量机的测量进给与数控机床的加工进给基本相同，但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。单轴伺服控制较为简单，各轴的运动控制由各自的单轴伺服控制器完成。但当要求测头在三维空间按预定的轨迹相对于工件运动时，则需要CPU控制三轴按一定的算法联动来实现测头的空间运动，这样的控制由上述单轴伺服控制及插补器共同完成。在三坐标测量机控制系统中，插补器由CPU程序控制来实现。根据设定的轨迹，CPU不断地向三轴伺服控制系统提供坐标轴的位置命令，单轴伺服控制系统则不断地跟踪，从而使测头一步一步地从起始点向终点运动。
四、控制系统的通信
控制系统的通信包括内通信和外通信。内通信是指主计算机与控制系统两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等，这些是通过联接主计算机与控制系统的通信总线实现的。外通信则是指当三坐标测量机作为FMS系统或CIMS系统中的组成部分时，控制系统与其它设备间的通信。目前用于坐标测量机通信的主要有串行RS－232标准与并行IEEE－488标准。
第五节 三坐标测量机软件系统
现代三坐标测量机都配备有计算机，由计算机来采集数据，通过运算输出所需的测量结果。其软件系统功能的强弱直接影响到测量机的功能。因此各坐标测量机生产厂家都非常重视软件系统的研究与开发，在这方面投入的人力和财力的比例在不断增加。下面对在三坐标测量机中使用的软件作简要介绍。
一、编程软件
为了使三坐标测量机能实现自动测量，需要事前编制好相应的测量程序。而这些测量程序的编制有以下几种方式。
（一）图示及窗口编程方式
图示及窗口编程是最简单的方式，它是通过图形菜单选择被测元素，建立坐标系，并通过“窗口”提示选择操作过程及输入参数，编制测量程序。该方式仅适用于比较简单的单项几何元素测量的程序编制。
（二）自学习编程方式
这种编程方式是在CNC测量机上，由操作者引导测量过程，并键入相应指令，直到完成测量，而由计算机自动记录下操作者手动操作的过程及相关信息，并自动生成相应的测量程序，若要重复测量同种零件，只需调用该测量程序，便可自动完成以前记录的全部测量过程。该方式适合于批量检测，也属于比较简单的编程方式。
（三）脱机编程
这种方式是采用三坐标测量机生产厂家提供的专用测量机语言在其它通用计算机上预先编制好测量程序，它与坐标测量机的开启无关。编制好程序后再到测量机上试运行，若发现错误则进行修改。其优点是能解决很复杂的测量工作，缺点是容易出错。
（四）自动编程
在计算机集成制造系统中，通常由CAD/CAM系统自动生成测量程序。三坐标测量机一方面读取由CAD系统生成的设计图纸数据文件，自动构造虚拟工件，另一方面接受由CAM加工出的实际工件，并根据虚拟工件自动生成测量路径，实现无人自动测量。这一过程中的测量程序是完全由系统自动生成的。
测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。通用测量软件包主要是指针对点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互关系进行测量的软件包。通常各三坐标测量机都配置有这类软件包。专用测量软件包是指坐标测量机生产厂家为了提高对一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而开发的各类测量软件包。如有不少三坐标测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量软件包。