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

經(jīng)過近50年的發(fā)展歷程，三坐標(biāo)測量機(jī)已經(jīng)趨向于高速度、高精度、新材料等趨勢。計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和精密機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，推進(jìn)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(jī)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)?，F(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(jī)的坐標(biāo)測量精度可達(dá)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(jī)的精度遠(yuǎn)低于鉆石切削或其它超精加工機(jī)床。只能在超精加工后，在原機(jī)床上將刀具換成測頭，進(jìn)行檢測。這在原理上是不合理的，因?yàn)橛性S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(jī)的精度提出進(jìn)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(yùn)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(jī)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(yùn)行的三坐標(biāo)測量機(jī)。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(bǔ)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(diǎn)，正在開發(fā)各種人工合成陶瓷?？梢园葱枰龀筛鞣N所需形狀。還可以通過適當(dāng)?shù)牟牧稀霸O(shè)計(jì)”，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(jī)部件中得到應(yīng)用，例如，在超高精度的三坐標(biāo)測量機(jī)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(jī)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(jī)就能測量。每一個(gè)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(jī)的配置和解決方案都必須與時(shí)俱進(jìn)，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?，F(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(jī)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(qiáng)三坐標(biāo)測量機(jī)功能，還將發(fā)展計(jì)算機(jī)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(gè)相互垂直軸回轉(zhuǎn)的分度臺)，使三坐標(biāo)測量機(jī)變?yōu)樗淖鴺?biāo)或五坐標(biāo)測量機(jī)。精密回轉(zhuǎn)臺還使三坐標(biāo)測量機(jī)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(jī)在保證測量精度的同時(shí)，還要有較高的效率。為了提高測量機(jī)的效率，需從以下各個(gè)方面采取措施。

(1)改進(jìn)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減輕運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jī)能以較高速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)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(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差與測量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn) 動(dòng)規(guī)程有關(guān)。在研究這些特性的基礎(chǔ)上，既可以改進(jìn)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又可以按照測量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與 運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。在實(shí)現(xiàn)高效率同時(shí)保證高精度。

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

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

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