三坐标测量机工作台或导轨水平精确调整的三点法及其必要性分析

　　近20年来,三坐标测量机已经广泛应用于机械制造企业和科研机构,它可以用来控制机械加工产品的质量,亦可辅助工艺分析,指导数控加工,验收数控加工中心的试验件,是理想的逆向工程数据采集设备,具有复杂几何形状表面零部件的检测更是离不开它。三坐标测量机的应用不但提高了检测效率,而且迫使操作者不断学习新知识,提高了计量人员的计量知识和检测技术水平。

　　尤其在航空、航天等军工企业,汽车、模具等行业,三坐标测量机的应用显得更重要。它的精度高低和稳定性是测量机用户最为关心的项目,其次就是如何应用好测量机。影响测量机精度的因素很多,包括温度、湿度、振动、空气轴承的压力高低和稳定性、压缩空气的纯净度等,另外测量机的材料和结构、运动部件的制造质量、运动平稳性、光栅尺和读数系统的选用、自身发热部件形成温场的高低和均匀性、测量机的安装调试等,都会影响到测量机的精度。增强测量机的环境适应性,提高测量机精度的鲁棒性,需要从上述各方面思考和改进。

　　本文重点讨论测量机在安装调试时,三坐标测量机工作台或导轨调至水平位置的必要性,以及对测量机精度的影响。然后给出了基于单数字式电子水平仪的平面水平三点调整法。推导出被测平面偏离水平位置的最大角值计算公式,也提供了最大角值所在方向和位置的确定方法。

　　1　精密测量或加工设备调至水平的必要性

　　目前,在提高测量机精度方面采用了很多措施。例如选用刚性好、膨胀系数小的材料制作导轨和工作台及桥形构件,提高零部件的加工质量,优化设计测量机的结构,选择高精度的光栅和读数系统,使用精密的测头系统提高探测精度,针对具体测量机正确选择运动参数,科学的安装和调整方法等。

　　另外,使用功能强大的激光干涉仪检测三坐标测量机的21项几何误差,之后对部分或全部项目进行软件补偿,在一定程度上提高测量机精度。还可以设计温度自动补偿系统,对测量机自身温度和外界环境温度影响综合补偿。

　　在测量机交付用户,且正常投入使用后,影响测量机精度稳定性的因素很多,如测量机各栓接处应力张驰引起的蠕变、桥形构件和工作台或导轨的自重变形、材料的物理变化、外界振动和自身运动产生的振动、空气轴承的腐蚀或轻微磨损、温湿度的影响等,均可导致测量机21项几何误差发生变化,从而影响到测量机精度的长期稳定性。

　　最初安装时将工作台和导轨精确调至水平状态,使导轨受力均匀(工作台或桥式结构的自重),最大程度减小各栓接处的应力,加上合理的支撑点选择,可以减缓上述蠕变和变形,而且可以提高测量机高速测量时的运动平稳性。由此可见,工作台和导轨的精确调平,这一控制方法亦可提高测量机精度的鲁棒性,本文将重点分析和介绍此方法。