三坐标测量机的发展趋势

　　三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、高精度测量系统在先进制造技术与科学研究中有极广泛的应用。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置后,再由软件按一定的评定准则算出这些几何元素的尺寸、形状、相对位置等。这一工作原理,使三坐标测量机具有很大的通用性与柔性。从原理上说,它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。科技与生产的发展对三坐标测量机不断提出新的、更高的要求[1]。

　　1　提高测量精度

　　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。在生产中一般要求测量不确定度小于制造公差的1/3～1/5。但目前商品三坐标测量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。应该对三坐标测量机的精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要。

　　为了提高测量机的测量精度,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量机,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,激光器常放在隔热舱外;二是要注意折射率的补偿。在大气中进行测量的激光干涉仪的综合精度很难优于1×10-7。美国劳伦斯利物莫尔实验室采用了让光束在氦气中通过的办法[2]。由于氦气性能稳定,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,但目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)提高结构精度　其中包括测量机主机、分度台、测头及其附件的精度。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影响　特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。