現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對三坐標(biāo)測量機提出新要求

經(jīng)過近50年的發(fā)展歷程，三坐標(biāo)測量機已經(jīng)趨向于高速度、高精度、新材料等趨勢。計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和精密機械在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，推進了三坐標(biāo)的快速發(fā)展。三坐標(biāo)測量儀廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空、軍工、模具等行業(yè)，完成零件檢測 、外形測量、過程控制等任務(wù)。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的超精加工、科學(xué)研究對三坐標(biāo)檢測技術(shù)又提出了新的要求。

一、提高測量精度

精密級的三坐標(biāo)測量機的坐標(biāo)測量精度可達到微米級。但是現(xiàn)代的超精加工、科學(xué)研究往往提出納米級的精度要求。在生產(chǎn)中一般要求測量不確定度小于制造公差的1/3～1/5。但目前商品三坐標(biāo)測量機的精度遠低于鉆石切削或其它超精加工機床。只能在超精加工后，在原機床上將刀具換成測頭，進行檢測。這在原理上是不合理的，因為有許多共同的因素影響，使許多誤差不能被發(fā)現(xiàn)。應(yīng)該對三坐標(biāo)測量機的精度提出進一步的要求，以適應(yīng)超精加工與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。

二、采用新材料，運用新技術(shù)

近年來，鋁合金、陶瓷材料以及各種合成材料在三坐標(biāo)測量機中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

鋁合金特別適合于制作高速運行的三坐標(biāo)測量機。它導(dǎo)熱好，不易產(chǎn)生復(fù)雜熱變形。盡管它線膨脹系數(shù)較大，但簡單熱變形比較容易補償。它耐磨性差，可在其表面涂覆一層耐磨的陶 瓷材料，德國Zeiss公司的CARAT技術(shù)就是一例。

為了克服陶瓷導(dǎo)熱性能差、難以加工的缺點，正在開發(fā)各種人工合成陶瓷。可以按需要做成各種所需形狀。還可以通過適當(dāng)?shù)牟牧稀霸O(shè)計”，使它具有所需的性能。

還有一些材料將在制作一些有特殊要求的測量機部件中得到應(yīng)用，例如，在超高精度的三坐標(biāo)測量機中，采用零膨脹系數(shù)的微晶玻璃制作一些關(guān)鍵部件；利用膨脹系數(shù)小、具有高的彈性模量與密度小的碳化纖維制作探針與接長桿等。

其它一些新技術(shù)，例如磁懸浮技術(shù)也會在三坐標(biāo)測量機及其測頭中獲得應(yīng)用。

三、發(fā)展測量技術(shù)、完善測量儀配置

從原理上說只要測頭能探及，三坐標(biāo)測量機就能測量。每一個客戶需要測量的部件不同，三坐標(biāo)儀的測頭以及測量程序就會有很大的差異。為了滿足客戶的特殊測量要求，測量機的配置和解決方案都必須與時俱進，快速發(fā)展。

非接觸式測量是測量技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。現(xiàn)在很多三坐標(biāo)廠商已經(jīng)研發(fā)出影像測量儀、激光掃描儀、復(fù)合型測量儀，甚至是便攜式測量儀、關(guān)節(jié)臂式測量機等新型產(chǎn)品。這在一定程度上滿足了某些客戶的測量要求。

為了增強三坐標(biāo)測量機功能，還將發(fā)展計算機數(shù)控的分度臺與回轉(zhuǎn)臺。配置一維或二維分度臺(能繞兩個相互垂直軸回轉(zhuǎn)的分度臺)，使三坐標(biāo)測量機變?yōu)樗淖鴺?biāo)或五坐標(biāo)測量機。精密回轉(zhuǎn)臺還使三坐標(biāo)測量機具有圓度測量功能。

四、提高效率

生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快，要求測量機在保證測量精度的同時，還要有較高的效率。為了提高測量機的效率，需從以下各個方面采取措施。

(1)改進測量機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕運動部件的質(zhì)量包括采用密度與楊氏模數(shù)之比低的材料、簿壁空心結(jié)構(gòu)等。鋁、陶瓷、人工合成材料在測量機中獲得了越來越多的應(yīng)用。

(2)提高控制系統(tǒng)性能使測量機能以較高速度運動，同時運動平穩(wěn)，準(zhǔn)確 定位，不產(chǎn)生振蕩、過沖等現(xiàn)象。

(3)采用飛測與掃描測量方式在觸測情況下，由于工件與測頭的接觸速度 不能太大，這就給探測速度帶來很大限制。掃描測量方式雖比點位測量方式效率高得多，但仍受觸測的限制。采用非接觸測頭，特別是在測量機連續(xù)運動過程中實現(xiàn)“飛測”，可避免 頻繁加速、減速、碰撞等，可大大提高效率。

(4)對動態(tài)誤差進行補償動態(tài)誤差與測量機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運 動規(guī)程有關(guān)。在研究這些特性的基礎(chǔ)上，既可以改進測量機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，又可以按照測量機的結(jié)構(gòu)參數(shù)與 運行規(guī)程進行動態(tài)誤差補償。在實現(xiàn)高效率同時保證高精度。

(5)提高軟件的運行速度一般情況下軟件運行速度不是限制測量機效率的主要因素，但對高速運動的三坐標(biāo)測量機，必須同時提高軟件運行速度，使它不影響測量機效率。

(6)對可靠性與安全保護提出更高的要求從保護看，非接觸測頭有很大優(yōu)越性。

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