第2章 三坐标测量机

2.1 三坐标测量机

2.1.1 三坐标测量机简介

三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining, CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展，为CMM的产生提供了技术基础。1960年，英国FERRANTI公司研制成功世界上第一台CMM，到20世纪60年代末，已有近10个国家的30多家公司在生产CMM，不过这一时期的CMM尚处于初级阶段。进入20世纪80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三丰、SIP、FERRANTI、MOORE等为代表的众多公司不断推出新产品，使得CMM的发展速度加快，出现了各种CMM。

1．三坐标测量机的分类

根据分类方法的不同，CMM主要有以下四种不同的分类方法：

1）按CMM的技术水平分类

（1）数字显示及打印型：这类CMM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，目前已基本被淘汰。

（2）计算机数据处理型：这类CMM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。

（3）计算机数字控制型：这类CMM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）按CMM的测量范围分类

（1）小型坐标测量机：这类CMM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CMM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CMM在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于2000 mm，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。

3）按CMM的精度分类

（1）精密型CMM：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CMM：低精度CMM的单轴最大测量不确定度在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, L为最大量程。这类CMM一般放在生产车间内，用于生产过程检测。

4）按CMM的结构形式分类

CMM的结构类型主要有以下几种：悬臂式、桥式、龙门式等，如图2-1所示。悬臂式结构的优点是开敞性较好，装卸工件方便，而且可以放置底面积大于工作台面的零件，不足之处是刚性稍差，精度低。桥式测量机承载力较大，开敞性较好，精度较高，是目前中小型测量机的主要结构形式。龙门式测量机一般为大中型测量机，要求有好的地基，结构稳定，刚性好。

2．CMM的功能及应用

1）CMM的功能

（1）柔性定位。三坐标测量机探头柔性强，能手动或自动实现X, Y, Z轴移动，探针带有角度旋转功能，能实现找正、旋转、平移及坐标存取等。

（2）几何元素测量。通过改变探头角度及软件编程，可实现点、直线、平面、圆、圆柱、圆锥、球、相交、距离、对称、夹角等几何元素的测量。

（3）形位公差的计算。包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平行度、位置度、对称度、同心度等形位公差的计算。

（4）位置误差评定。包括平行度、垂直度、平面度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度等位置误差评定。

（5）脱机编辑系统。包括自学习编程、脱机编程、自检纠错功能、CAD导入系统功能等。

（6）支持多种数据输出方式。包括传统的数据输出报告、图形化检测报告、图形数据附注、数据标签输出等。

2）CMM在工业中的应用

（1）在检测中的应用。随着现代科学技术的发展，工业生产自动化程度日益提高，对产品的可靠性及质量的要求越来越高，要求有测量效率高、精度高的检测手段与之相匹配。但长期以来测量的手段和工具都制约着工业生产率的提高。

作为近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，三坐标测量机已广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如，箱体、导轨、涡轮、叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。

（2）在逆向工程中的应用。高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，也是逆向工程中最基本、不可缺少的步骤。因此，逆向工程对数据采集仪器提出了极高的要求。CMM一直以测量精度高成为逆向工程中的主要三维数字化工具，同时它具有噪声低、重复性好、不受物体表面颜色和光照的限制等优点。对于不具有复杂内部型腔、特征几何尺寸多、只有少量特征曲面的零件，CMM是一种非常有效且可靠的三维数字化手段。

2.1.2 三坐标测量工作原理

本节以触发式测头为例对三坐标测量的工作原理进行说明。CMM的基本原理是将被测零件放入它的测量空间，精密地测出被测零件在X、Y、Z三个坐标的数值，根据这些点的数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算得出形状、位置公差及其他几何量数据。

如图2-2所示，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 为测量点数），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，CMM的这一工作原理使其具有很大的柔性与通用性。从理论上说，它可以测量工件上的任何几何元素的任何几何参数。

CMM通常就是一种测量设备，它在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台，测头可以用手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来。有了CMM的这些基本结构，测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。

CMM的采点发信装置是测头，在沿X、Y、Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头，其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理。

在测头内部有一个闭合的有源电路，该电路与一个特殊的触发机构相连接，只要触发机构产生触发动作，就会引起电路状态变化并发出声光信号，指示测头的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是测头的测针产生微小的摆动或向测头内部移动，当测头连接在机床主轴上并随主轴移动时，只要测针上的触头在任意方向与工件（任何固体材料）表面接触，使测针产生微小的摆动或移动，都会立即导致测头产生声光信号，指明其工作状态。

在测量过程中，当测针的触头与工件接触时，测头发出指示信号，该信号是由测头上的灯光和蜂鸣器鸣叫组成，这种信号主要是向操作者指明触头与工件已经接触。对于具有信号输出功能的测头，当触头与工件接触时，测头除发出上述指示信号外，还通过电缆向外输出一个经过光电隔离的电压变化状态信号。

2.1.3 三坐标测量机的硬件及软件系统

三坐标测量系统由硬件系统和软件系统组成，其中硬件可分为主机、测头、电气系统三大部分，如图2-3所示。

1．主机

主机结构主要有框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件和转台与附件。

1）框架机构

指测量机的主体机械结构架子，它是工作台、立柱、轿框、壳体等机械结构的集合体。

2）标尺系统

它是测量机的重要组成部分，包括线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺和光波波长及数显电气装置等。

3）导轨

实现二维运动，多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，以气浮导轨为主要形式。

4）驱动装置

实现机动和程序控制伺服运动功能，由丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮、伺服电机等组成。

5）平衡部件

主要用于Z轴框架中，用于平衡Z轴的质量，使其上下运动时无偏重干扰，Z向测力稳定。

6）转台和附件

使CMM增加一个转动运动的自由度，包括分度台、单轴回转台、万能转台和数控转台等。

2．测头

测头是CMM进行测量时发送信号的装置，它是测量机的关键部件。为了便于检测物体，测头的底部部分可以自由旋转。测头精度的高低很大程度上决定着CMM的测量重复性及精度。测头按工作原理可分为机械式、光学式和电气式；按测量方法可分为接触式和非接触式。接触式测头（硬测头）需与待测表面发生实体接触来获得测量信号；非接触式测头则不必与待测表面发生实体接触，如激光扫描。在实验室一般只测量尺寸及位置要素的情况下通常采用接触式测量头。

3．电气系统

电气系统是CMM的电气控制部分，主要用于控制CMM的运动，并对测头系统采集的数据进行处理及数据和图形的输出。具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护以及逻辑控制等。

4．软件系统

CMM的测量精度不仅取决于硬件的精度，而且还取决于软件系统的质量。过去，人们一直认为精度高、速度快完全是由测量机硬件部分决定，实际上，由于补偿技术的发展，算法及控制软件的改进，CMM精度在很大程度上依赖于软件。CMM软件成为决定其性能的主要因素，这一点已普遍被人们所认识。从软件功能上大致可分为以下两种：通用测量软件和专用测量软件。

通用测量软件是坐标测量机必备的基本配置软件，它负责完成整个测量系统的管理，包括探针校正、坐标系的建立与转换、输入/输出管理、基本几何要素的尺寸与形位公差评价，以及元素构成基本功能。形位公差包括：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴（心）度、对称度、圆跳动、全跳动。

专用测量软件是针对某种具有特定用途的零部件测量问题而开发的软件，如齿轮、螺纹、自由曲线和自由曲面等。一般还有一些附属软件模块，如统计分析、误差检测、补偿、CAD等。

2.2 三坐标测量机的操作流程

CMM的操作流程如图2-4所示。

1．测头的选择与校准

根据测量对象的形状特点选择合适的测头。在对测头的使用上，应注意以下几点。

（1）测头长度尽可能短。测头弯曲或偏斜越大，精度越低，因此，在测量时，尽可能采用短测头。

（2）连接点最少。每次将测头与加长杆连接在一起时，就额外引入了新的潜在弯曲和变形点，因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。

（3）使测球尽可能大，主要原因有两个：使得球/杆的空隙最大，这样减少了由于“晃动”而误触发的可能，测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响。

系统开机、程序加载后，需在程序中建立或选用一个测头文件，在测头被实际应用前，进行校验或校准。

测头校准是CMM进行工件测量前必不可少的一个重要步骤，因为一台测量机配备有多种不同形状及尺寸的测头和配件，为了准确获得所使用测头的参数信息（包括直径、角度等），以便进行精确的测量补偿，达到测量所要求的精度，必须要进行测头校准。一般步骤如下：

（1）将探头正确地安装在CMM的主轴上。

（2）将探针在工件表面移动，看待测几何元素是否均能测到，检查探针是否清洁，一旦探针的位置发生改变，就必须重新校准。

（3）将校准球装在工作台上，要确保不移动校准球，并在球上打点，测点最少为5个；测完给定点数后，就可以得到测量所得的校准球位置、直径、形状偏差，由此可以得到探针的半径值。

测量过程所有要用到的探针都要进行校准，而且一旦探针改变位置，或取下后再次使用时，要重新进行校准。

2．装夹工件

CMM对被测产品在测量空间的安装基准无特别要求，但要方便工件坐标系的建立。由于CMM的实际测量过程是在获取测量点的数据后，以数学计算的方法还原出被测几何元素及它们之间的位置关系，因此，测量时应尽量采用一次装夹来完成所需数据的采集，以确保工件的测量精度，减少因多次装夹而造成的测量换算误差。一般选择工件的端面或覆盖面大的表面作为测量基准，若已知被测件的加工基准面，则应以其作为测量基准。

3．建立坐标系

在测量零件之前，必须建立精确的测量坐标系，便于零件测量及后续的数据处理。测量较为简单的几何尺寸（包括相对位置）使用机器坐标系就可以了，而测量一些较为复杂的工件，需要在某个基准面上投影或要多次进行基准变换，测量坐标系（或称为工件坐标系）的建立在测量过程中就显得尤为重要了。

使用的坐标对齐方式取决于零件类型及零件所拥有的基本几何元素情况，其中用最基本的面、线、点特征来建立测量坐标系有三个步骤，并且有其严格的顺序。

（1）确定空间平面，即选择基准面；通过测量零件上的一个平面来找准被测零件，保证Z轴垂直于该基准面。

（2）确定平面轴线，即选择X轴或Y轴。

（3）设置坐标原点。

实际操作中先测量一个面将其定义为基准面，也就是建立了Z轴的正方向；再测一条线将其定义为X轴或Y轴；最后选择或测一个点将其设置为坐标原点，这样一个测量坐标系就建立完成了。以上是测量中最常用的测量坐标系的建立方法，通常称为3-2-1法。若同时需要几个测量坐标系，可以将其命名并存储，再以同样的方法建立第二个、第三个测量坐标系，测量时灵活调用即可。

4．测量

CMM所具有的测量方式主要有手动测量、自动测量。手动测量是利用手控盒手动控制测头进行测量，常用来测量一些基本元素。所谓基本元素是直接通过对其表面特征点的测量就可以得到结果的测量项目，如点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球、环带等。如果手动测量圆，只需测量一个圆上的三个点，软件会自动计算这个圆的圆心位置及直径，这就是所谓的“三点确定一个圆”，为提高测量准确度也可以适当增加点数。

某些几何量是无法直接测量得到的，必须通过对已测得的基本元素进行构造得出（如角度、交点、距离、位置度等）。同一面上两条线可以构造一个角度（一个交点），空间两个面可以构造一条线。这些在测量软件中都有相应的菜单，按要求进行构造即可。

自动测量是在CNC测量模式下，执行测量程序控制测量机自动检测。

5．输出测量结果

CMM做检测用需要出具检测报告时，在测量软件初始化时必须设置相应选项，否则无法生成报告。每一个测量结果都可以选择是否出现在报告中，这要根据测量要求的具体情况设定，报告形成后就可以选择“打印”来输出。

逆向工程中用CMM完成零件表面数字化后，为了转入主流CAD软件中继续完成数字几何建模，需要把测量结果以合适的数据格式输出，不同的测量软件有不同的数据输出格式。

2.3 三坐标测量实训范例

采用意大利COORD3公司生产的ARES 7-7-5 CMM进行实训，如图2-5所示。ARES 7-7-5测量范围：X方向700 mm, Y方向650 mm, Z方向500 mm，测量精度为（3.0 +3.5 L）μm。测量机采用铝合金结构，在获得高刚性的同时，也具有十分出色的热传导性能。测量机测头下面有足够的测量空间，容易装卸工件，方便操作，可以方便地在手动和自动模式之间切换。

测量系统配备的软件ARCO CAD是一种基于最新版本DMIS语言的交互式测量软件，既适合于实体零件的检测，也适合于曲面的检测。并可读入CAD设计数模，在数模上直接编程或测量，同时具有丰富的输出格式和强大的图形报告功能，可以满足客户的多种输出要求。

2.3.1 基于CAD模型的零件检测实例

根据零件有无对应的CAD数模，检测又可分为无CAD数模和基于CAD数模两类。CMM可实现基于CAD数模的零件自动检测，不但精度高、重复性好，而且智能化程度高。

用CMM实现基于CAD数模的零件检测流程如图2-6所示。首先要在测量软件中导入CAD数模，进行坐标对齐，然后进行测量程序的编写，指导CMM进行自动测量。基于CAD数模的检测，程序编写有两种方法：提取CAD数模上的理论点手工编写测量程序；用CAD数模指导CMM进行自动学习生成测量程序。其中自学习方法使测量程序的编写更便捷，执行自动测量程序即可得到检测结果，大大提高了CMM的工作效率。

1）数模的导入

利用数模进行检测的首要任务是正确地将数模导入到测量软件。ARCO CAD可以读入多种格式的CAD数据文件，其中，中性CAD文件格式有IGES、VDA-FS、DXF、STL。直接接受由CATIA V4、CATIA V5、Pro/E、UG系统生成的数模文件。通过菜单操作导入零件数模，其理论CAD数模坐标系如图2-7所示，Z轴垂直于上平面，X轴为两圆孔圆心的连线，原点在上平面中心圆圆心处。

2）坐标对齐

对照理论CAD数据对零件进行检测，必须将实际零件的坐标系和理论CAD数模坐标系对齐，所以，首先要在零件上建立零件坐标系。ARCO CAD软件有专门的零件坐标系管理功能，支持多种建立坐标系的方法，可实现创建零件坐标系、坐标系交换、一面两孔找正、最佳拟合坐标找正和优化RPS找正等，如图2-8所示。使用的坐标对齐方式取决于零件类型及零件所拥有的基本几何元素情况。对图2-7所示的零件，采用3-2-1方式建立坐标系，利用面、线、点特征来确定坐标轴和圆点最简便。

首先利用CMM测量基本元素的功能，手动测量图2-7中零件上表面1和圆孔2、圆孔3这三个建立坐标系的基本元素，结果如图2-9所示，得到平面1和圆2、圆3，再将圆2、圆3投影到平面1上，圆心分别为Pot2、Pot3，利用Pot2和Pot3构造直线Lin1。为了在零件上建立三轴垂直的坐标系，可以首先利用面元素确定Z轴，因为面元素的方向矢量始终是垂直于该平面的。利用投影到平面1上的直线Lin1来建立X轴时，这时Z轴和X轴能够保证绝对垂直，再由软件自动生成垂直于前两轴的第三轴Y轴。把点Pot2定为坐标系的原点，这样测量机软件就建立了互相垂直的、符合直角坐标系原理的零件坐标系，如图2-10所示。执行数模同步，将CAD数模上的坐标系和建立的零件坐标系进行统一，这样CMM工作在零件坐标系下，就可用CAD数模来指导CMM测量。

3）CAD数模指导CMM测量

数模导入和对齐后，可从CAD数模上获取理论值，对于点、直线、圆、圆柱、圆锥等标准特征，只需用鼠标选取该特征，就能直接提取理论值，对自由曲面可得到曲面上任意点的坐标和法矢的理论值，所以可以根据提取的理论值用DIMS语言手工编写自动测量程序。ARCO CAD软件提供了自学习编程功能，手动测量一次后，自动记录运动和操作，保存为测量程序，对于此后的同一批零件，坐标对齐后，都可以按生成的检测程序驱动测量机自动检测。最便捷的方法是在CAD模型上编程，直接在数模上获取并产生测量点，以创建测量路径。

ARCO CAD软件提供两种方式获取测量点：用鼠标在CAD数模上选取采样点，测量机会跟随鼠标自动测量实体零件上相应的点；根据所选CAD数模上几何元素的特征自动分布采样点，并可以修改自动分布点的位置。如测量圆，在数模上选取测量对象后，软件能自动分布采样点，如图2-11所示，操作人员可在软件中任意指定采样点的个数和位置。同时软件自动规划测头的移动路径，如图2-12所示。这种在CAD数模上的编程方法大大简化了编程人员的工作，使操作方式和工作效率有了革命性的改变。

4）检测报告

CMM提供了多种测量结果输出格式：文本格式、HTML格式、图形格式。其中图形报告最为直观明了，可同时将测量数据和理论值及误差等信息直接标注在图形上，可清楚地看到零件的加工质量。图2-7检测结果的图形报告如图2-13所示。

2.3.2 基于三坐标测量机的曲面数字化实例

零件表面数字化是逆向工程中的关键技术，需要利用专用设备从实体中采集数据。用CMM进行实物表面的数字化进行点云数据采集的流程如图2-14所示，其中每一步骤都会影响测量的效率及测量结果的精度。

以鼠标模型为例进行逆向工程数字化，实物模型如图2-15所示。根据测头选择原则选择测头并进行校准，采用3-2-1的方法建立零件坐标系，然后进行数据采集规划。

数据采集规划是指确定数据采集的方法及采集哪些数据点，其目的一是在一定采样点数目下尽可能真实地反映曲面原始形状，二是在给定一定采样点精度下选取最少的采样点。测量路径规划的任务包括测头和测头方向的选择、测量点数的确定及其分布等，一般原则是：

（1）顺着特征方向走，沿着法线方向采；

（2）重要部位精确多采，次要部位适当取点；

（3）复杂部位密集取点，简单部位稀疏取点；

（4）先采外廓数据，后采内部数据。

由于反求对象的几何形状受诸多因素的影响，所以在采集数据时，不仅应考虑形状特征，还应考虑产品形状的变化趋势。对于直线，最少采集点数为2，要注意方向性；对于圆柱、圆锥和球，最少采集点数为4，要注意点的分布；对于平面部分，可以只测量几条扫描线即可；对于孔、槽等部分，要单独测量；对非规则形状特别是复杂自由形状，数据采集用扫描式测头、非接触式测头或组合式测头，要特别注意工件的整体特征和趋势，顺着特征走，沿法向特征扫。

离散点数据应和自由曲面的特征分布相一致，即在曲率变化大的区域测量点的分布较密，在曲面曲率变化小的地方测量点的分布应较为稀疏。若产品由多张曲面混合而成，则必须在充分分析曲面构成的基础上，分离出多个曲面的控制点和角点，在容易出现曲面畸变的角点位置密集取样，在平滑曲面处稀疏取样。实际测量中，每个样件依据其表面曲率变化的不同，其测量区域的划分是不同的。

图2-15所示的鼠标模型表面的大部分曲率变化不大，但在上部有两个明显的特征凹陷处曲率变化较大。为了提高反求的精度，用手动方式测量出凹陷部分的边界，把测量区域划分成6个部分，如图2-16所示。在每一测量区域内测量点数应随曲面的曲率而定，曲率变化较大的测量区域，测量点数取密一些，如区域3、5；曲率变化较小的测量区域，测量点数取疏一些，如区域1、2、4、6。

除此之外还包括检测路径的规划，在测量路径规划中，如何减少测头运转的空行程和测头的旋转，提高三坐标测量机的测量效率，是主要考虑的问题。在具体的工艺规划中，测量路径优化可分为两种情形：一种是测量面的测量顺序优化，以减少测头在测量面间移动的路径长度；另一种是同一测量面上测点的路径优化，以减少测头在测点间移动的路径长度。在具体的工件测量规划中，为了防止在测量过程中发生碰撞，有时需要旋转一定的角度进行测量，测头要完成从一个方向到另一个方向的旋转。在完成旋转一系列动作中，解锁和锁定占有相当一部分时间，且这段时间在整个检测时间中所占比重也相当可观，所以在生成测头路径时要尽可能减少测头旋转的次数。这样一来，仅仅生成最短的检测路径并不能达到测量时间最少的要求，因此要综合考虑这些因素。

图2-16所示的测量区域的测量顺序为1→2→3→4→5→6。在每一测量区域内采取沿生长线往复扫描路径，如图2-17所示。进行测量规划后，用CMM的DIMS语言编制程序，完成CMM的自动测量，在测量过程中采用微平面法进行测头半径补偿，使测头顺着法向方向测量，以提高点云数据的精度。

由CMM得到实物表面数字化的点云数据后进行曲面重构，用Geomagic Studio软件对点云数据进行处理，得到实物表面的曲面模型如图2-18所示。

2.4 三坐标测量机的使用注意事项

CMM作为一种精密的测量仪器，如果维护及保养做得及时，就能延长机器的使用寿命，并使精度得到保障，降低故障率。为使读者更好地掌握和用好CMM，现列出CMM简单的维护及保养规程。

1）开机前的准备

（1）CMM对环境要求比较严格，应按说明书的要求严格控制温度及湿度。

（2）CMM使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油、水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤，后果严重，所以要经常检查机床气源，放水放油。定期清洗过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，空气压缩机或集中供气的储气罐也要定期检查。

（3）CMM的导轨加工精度很高，与空气轴承的间隙很小，如果导轨上面有灰尘或其他杂质，就容易造成气浮轴承和导轨划伤，所以每次开机前应清洁机器的导轨。

（4）定期给光杆、丝杆、齿条上少量防锈油。

（5）切记在保养过程中不能给导轨上任何性质的油脂。

（6）在长时间没有使用CMM时，开机前应做好准备工作：控制室内的温度和湿度，在南方湿润的环境中还应该定期把电控柜打开，使电路板得到充分的干燥，避免电控系统由于受潮突然加电后损坏。并检查气源、电源是否正常。

（7）开机前检查电源，如有条件应配置稳压电源，定期检查接地。

2）工作过程中的注意事项

（1）被测零件在放到工作台上检测之前，应先清洗去毛刺，防止在加工完成后零件表面的加工残留物影响测量机的测量精度及测头使用寿命。

（2）被测零件在测量之前应在室内恒温，如果温度相差过大会对测量精度造成影响。

（3）小型及轻型零件放到工作台后，应紧固后再进行测量，否则会影响测量精度。

（4）大型及重型零件放到工作台上的过程应轻放，以避免造成剧烈碰撞，致使工作台或零件损伤。必要时可以在工作台上放置一块厚橡胶以防止碰撞。

（5）在工作过程中，测量座在转动时一定要远离零件，特别是在带有加长杆的情况下，以避免碰撞。

3）操作结束后的注意事项

（1）将Z轴移动到上方，同时避免测头与工作台相碰撞。

（2）工作完成后要清洁工作台面。

（3）检查导轨，如有水印应及时检查过滤器。

（4）工作结束后将机器总气源关闭。