直角坐标与非直角坐标测量机的特点及发展

　　0 引 言

　　三坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Mach-ine)的产生已有40余年，随着精密机械、光学、电子、数控技术、计算机技术的发展，三坐标测量机越来越成为通用、精密、柔性、智能的“测量中心”和现代制造技术中的重要组成部分, 其技术水平的高低也成为衡量一个国家现代测量技术和制造技术水平的重要标志[1]。

　　目前广泛研究和普遍应用的坐标测量机，是建立在笛卡尔坐标系之上的。 相互垂直的X、Y、Z三个方向的直线运动导轨，保证了测头在其测量范围内任意点之间的移动。 与金属切削机床类似，坐标测量机的各坐标(导轨)之间也存在着相互叠加，因而这种传统的结构型式也被称为串联运动机构。 近些年来，各种非直角坐标结构的坐标测量机的不断问世，各个高校和科研机构出现了许多的跟踪研究。 应当承认，任何新生事物都有其积极的方面和存在的合理性，但我们也必须冷静分析，避免盲目跟风和低水平重复。 本文对于直角坐标与非直角坐标测量机各自的特点和优势进行了分析比较，对其发展趋势做出预测。

　　1 直角坐标测量机

　　“坐标测量” 的概念由1959年由英国公司首次提出。 长期以来，人们对直角坐标CMM的测量原理、机械结构、运动控制、测量数据处理、测量精度进行了广泛深入的研究，达到了很高的技术水平。 主要表现在以下方面。

　　1.1 主机

　　为了满足不同测量对象和测量精度的需要，测量机的主体结构已发展有悬臂式、桥框式、龙门式、立柱式、卧镗式等形式。图1为常用的桥式三坐标测量机。主机的结构材料也有很大变化， 已从黑色金属 (铸铁、钢)、非金属(花岗岩、陶瓷)发展到目前的高强度铝合金;铝合金的突出优点是质量轻、强度高、变形小、导热性好、工艺性能优良。国外近几年发展的带陶瓷涂层的抗老化铝合金CARAT (Coated Aging-Resistant AlloyTechnology)， 已使某些生产型测量机对环境温度的要求降低到(20±4℃)。 试验表明，全铝结构的热变形比钢结构小50%， 比花岗石小80%; 在有温度梯度的环境中，达到热平衡的时间比钢快75%，比花岗石和陶瓷快91%[2]。

　　1.2 测量头

　　测量头是坐标测量机的重要部件，它的基本功能是测微和触发瞄准，对测量机的测量功能、效率、精度有着重要的影响。 测量头按结构原理分为机械式、光学式、电气式;按测量方法分为接触式和非接触式等。目前主要发展的采用光电原理进行信号转换的各类非接触测头，以及测端、探针、测头回转体等各种附件，对提高测量机的效率和功能起到了重要的作用。