[精品]三坐标测量机(仪)的发展趋势

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1、三坐标测量机(仪)的发展趋势三坐标测量机作为-•种通用性强、口动化程度高、高精度测量系统在先进制造技术打科学研究中冇极广泛的应用。它首先将各种几何元素的测量转化为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證后，再由软件按一定的评定准则算出这些儿何元索的尺寸、形状、相对位置等。这一工作原理，使三他标测量机具有很大的通用性与柔性。从原理上说，它可以测虽任何工件的任何儿何元索的任何参数。科技与生产的发展对三坐标测最机不断提出新的、更高的要求［1］。一、提高测量梢度精密级的三坐标测量机的坐标测量精度可达到微米级。但是现代的超精加工、科学研究往往提出纳米级的精度要求。在生产中一般要

2、求测呆不确定度小于制造公差的1/3〜1/5。但冃前商品三坐标测屋机的精度远低于钻石切削或其它超精加工机床。只能在超精加工后,在原机床上将刀具换成测头，进行检测。这在原理上是不合理的，因为有许多共同的因素影响，使许多误差不能被发现。应该对三处标测量机的梢度提出进一步的要求，以适应超精加工与科学技术发展的需耍。为了提高测罐机的测量精度，需要采取一系列综合性措施：(1)提高标尺精度随着廉价、便于使用的半导体激光器的发展，激光干涉标尺将在测量机中得到较多应用。特别是对于大型三坐标测屋机，这种“无形"标尺更有其独特的优点。在采用激光干涉标尺时，一是不要让激光产生的热影响测量机的精度，激光器常放在隔

3、热舱外；二是要注意折射率的补偿。在大气小进行测量的激光干涉仪的综合精度很难优于lxl()-7o美国劳伦斯利物莫尔实验室采用了让光束在氨气屮通过的办法［2］。由于氨气性能稳定，使温度、气压对折射率的影响仅为大气的1/10。诚然，最理想的是让光束在真空中通过。许多国家也在进行这方面的研究，但口前还没有成功的例子。问题是靶标要在密闭光路内移动，光路内部为真空，外部为大气。当大气压力变化时，滑座会产生附加变形，产生测量误差。(2)提高结构粹度其中包括测量机主机、分度台、测头及其附件的梢度。这里尤为重要的是提高它的重复精度。系统误差可以通过软件补偿的方法来减小其影响。(3)减小环境因素带来的彩响特

4、别要注意避免复杂力变形与热变形，这要从结构和环境控制两方面采取措施。(4)适当的采样策略［3］采样策略对被测参数的测量不确定度有很大影响。应当说,目前对采样策略的研究还很不够。测量机应具有智能功能，能针对被测参数及精度要求，实现最佳采样策略。二、提高效率牛产节奏不断加快，要求测量机在保证测量梢度的同时，还要有较高的效率。为了提高测量机的效率，需从以下各个方面釆取措施。(1)改进测量机的结构设计，减轻运动部件的质量包括采用密度与杨氏模数之比低的材料、簿壁空心结构等。铝、陶瓷、人工合成材料在测量机屮获得了越來越多的应用。(2)提高控制系统性能使测量机能以较高速度运动，同吋运动平稳，准确定位，

5、不产生振荡、过冲等现彖。(3)釆用飞测与扫描测量方式在触测情况下，由于工件与测头的接触速度不能太大，这就给探测速度带来很大限制。扫描测量方式虽比点位测量方式效率高得多，但仍受触测的限制。采用非接触测头，特别是在测虽机连续运动过程中实现“飞测”，可避免频繁加速、减速、碰撞等，可大大提高效率。(1)対动态误差进行补偿［4］动态误差与测量机的结构参数和运动规程有关。在研究这些特性的基础上，既可以改进测量机的结构设计，又可以按照测量机的结构参数与运行规程进行动态误差补偿。在实现高效率同时保证高精度。（5）提高软件的运行速度一般情况下软件运行速度不是限制测量机效率的主耍因索，但对高速运动的三坐标测

6、量机，必须同时提高软件运行速度，使它不影响测量机效率。（6）对可靠性与安全保护提出更高的要求从保护看，非接触测头有很人优越性。三、发展探测技术，完善测虽机配置探测技术在三坐标测量机中占有重要位置。从原理上说只要测头能探及，三坐标测屋机就能测量。三处标测量机的测量效率也首先収决于探测速度。为了完善测量机功能，还必须发展各种附件。探测技术发展的第一个重要趋势是，非接触测头将得到广泛的应用。非接触测头具有许多优点：①允许高的探测速度，还可以用摄像头或莫尔条纹形成的等高线等，对一个面进行测量；②它少工件不接触，没有测量力，从而可以测量各种柔软的、易于变形、划伤的工件；③它町以形成很小的光斑，对一

7、些接触测端不易伸入的部位或细节进行测量；④在不少情况下，它具有较大的量程。1分重要的是，在微电了工业屮有许多二维图案，如人规模集成电路掩模，它们是用接触测头无法测量的。近年来国外光学三坐标测量机发展I•分迅速。光学三坐标测虽机的核心就是非接触测量。正因为非接触测头貝-有这样一些突出的优点，欧洲共同体已专门立项对非接触测头的性能检定方法进行研究，以期在短期内制订相应标准和规程［5］。他们将非接触光学测头分为一维测头（包括三角法、离焦法