坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高效且精準(zhǔn)的測(cè)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(cè)量 3D 尺寸、GD&T 特征，并與醫(yī)療保健、汽車(chē)、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(cè)量都是一樣的——但這是個(gè)好消息！三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有不同的測(cè)量區(qū)域、軟件和精度。在為您的檢查或測(cè)量需求選擇合適的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮這些因素中的每一個(gè)。

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

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的類(lèi)型

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 有很多種類(lèi)型。類(lèi)型基于用于分類(lèi)的特征。

一般來(lái)說(shuō)，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有兩種分類(lèi)：

l l根據(jù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)分類(lèi)

l l根據(jù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與零件表面的相互作用分類(lèi)

笛卡爾坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分為四個(gè)子類(lèi)別：移動(dòng)橋式、固定橋式、懸臂式、龍門(mén)式。

各種類(lèi)型的笛卡爾坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。

圖 1 中所示的各種類(lèi)型的笛卡爾坐標(biāo)測(cè)量機(jī)解釋如下：

移動(dòng)橋式

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

這種類(lèi)型的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有兩條腿，它們一起沿一個(gè)方向或一個(gè)軸移動(dòng)。另外兩個(gè)軸來(lái)自橋的運(yùn)動(dòng)及其垂直軸（z 方向運(yùn)動(dòng)）。

移動(dòng)橋具有“行走”現(xiàn)象（微米或更小的尺度），其中兩個(gè)腿并不完全同時(shí)移動(dòng)。這種“行走”現(xiàn)象會(huì)引入此類(lèi) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 特有的誤差。

對(duì)于五軸移動(dòng)橋式 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其他兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸主要來(lái)自觸針系統(tǒng)，可以沿兩個(gè)不同的軸旋轉(zhuǎn)。

固定橋式

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

截至 2017 年，這種類(lèi)型的三坐標(biāo)測(cè)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(cè)量機(jī) 相比，這種機(jī)型的測(cè)量速度較低。

這種類(lèi)型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 有兩個(gè)固定支腿（固定橋），因此 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 工作臺(tái)移動(dòng)以提供由移動(dòng)支腿提供的單向軸，就像移動(dòng)橋式 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 的情況一樣。

因此，固定橋式 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)橋式 三坐標(biāo)測(cè)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(cè)量機(jī)比移動(dòng)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(cè)量機(jī)經(jīng)常用于汽車(chē)行業(yè)。這種類(lèi)型的 三坐標(biāo)主要用于測(cè)量組裝汽車(chē)的車(chē)身。

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

但是，與移動(dòng)橋式和固定橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相比，懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度較低。因?yàn)椋?dāng)懸臂處于最遠(yuǎn)位置時(shí)，懸臂會(huì)產(chǎn)生彎曲效應(yīng)。這種彎曲效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差并降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度。

龍門(mén)式

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

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

基于 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 和零件表面之間相互作用的分類(lèi)

基于 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 與零件表面相互作用方式的 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 類(lèi)型包括：

觸覺(jué)（接觸）

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

觸覺(jué)（接觸式）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本優(yōu)勢(shì)在于，這種類(lèi)型的坐標(biāo)測(cè)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(guò)程可以通過(guò)分析建模。也就是說(shuō)，可以建立在表面上滾動(dòng)的球體的模型。

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

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

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

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

例如，使用觸覺(jué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，可能需要數(shù)小時(shí)的測(cè)量時(shí)間才能從測(cè)量表面產(chǎn)生數(shù)千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。而對(duì)于相同數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，光學(xué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 可能只需要幾分鐘的測(cè)量時(shí)間。

觸覺(jué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 的另一個(gè)明顯缺點(diǎn)是，由于針端尺寸有限，觸覺(jué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 對(duì)測(cè)量部件特征的訪問(wèn)有限。例如，具有 1 毫米觸針針端直徑的 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 無(wú)法測(cè)量直徑小于 1 毫米的孔。

光學(xué)（非接觸式）

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

光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是它可以在相對(duì)較短的測(cè)量時(shí)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(shí)間內(nèi)，它可以訪問(wèn)部件上的小特征，并且不會(huì)損壞被測(cè)部件的表面。

同時(shí)，光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的缺點(diǎn)如下。根本的缺點(diǎn)是光學(xué)坐標(biāo)測(cè)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(cè)器，然后通過(guò)一定的算法和分析，從傳感器上檢測(cè)到的反射光重建表面。

問(wèn)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(cè)量機(jī) 測(cè)量的表面無(wú)法進(jìn)行分析驗(yàn)證，并且對(duì)光學(xué) 三坐標(biāo)測(cè)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(píng)估測(cè)量的不確定度。

下一個(gè)缺點(diǎn)是光學(xué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 受測(cè)量部件材料類(lèi)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(cè)量機(jī) 測(cè)量。因?yàn)楣鈱W(xué) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 的傳感器很難檢測(cè)到這些表面的反射光（由于飽和）。

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