三坐标测量机的开发与应用

　　0 引 言

　　三坐标测量机是近20年来新发展的一种高效率的精密仪器，在各工业部门中已得到广泛的应用。它不但用作复杂零部件的几何尺寸及相互位置的测量， 例如箱体、凸轮、汽轮机叶片、飞机型体等空间型面的测量，将x、y、z、三个坐标值显示和打印出来;还可对空间型面进行扫描， 绘出轮廓曲线图， 确定各部分的误差值等。此外还可划线、钻孔、铣切模型和样板、光刻集成线路板等等。

　　三坐标测量机是一种以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光栅与激光干涉等先进技术的检测仪器， 三坐标测量机一般都还带有数据处理或自动控制用计算机及其软件系统和输出用打印机和绘图仪等外部设备。 它的主题结构如图1所示， 测头7可以沿三个坐标轴x、y、z、方向自由移动， 到达任意一个测点， 并由测量系统测出该点的坐标位置。

　　此按其测量范围可分为大型、 中型和小型三类。中型测量机在机械制造中用的最广泛， 品种规格很多，其x坐标测量范围一般为600~1 200 mm。它按其测量精度可分为精密型和生产型两大类。精密型万能测量机一般放在有恒温条件的计量室内，用于精密测量，其空间任意方向上的测量误差在1m范围内不大于5 um。 生产型测量机一般放在生产车间，用于生产过程的检测，其空间任意方向上的测量误差1 m范围内大于5 um。

　　此按技术水平大致可以分为以下三种：1) 较低水平的是手动或机动测量， 数显或打印输出测量数据，测量结果需要另行处理。2) 带有小型电子计算机进行数据处理，目前应用较多。 例如可以进行工件安装倾斜的自动校正计算、超差计算、坐标变换、确定被测件各部分的形状、位置、中心和尺寸等，还可以进行扫描测量和制作数控加工用的穿孔带。3) 是计算机数字控制的坐标测量机， 成为与加工中心对应的测量中心。这种测量机像数控机床一样可按照编制的程序进行自动测量;还可按照实物自动编制出供各种数控机床加工用的穿孔带。

　　测量系统是三坐标测量机的重要组成部分， 它直接影响着坐标测量机的精度、成本和使命寿命。测量系统种类很多， 下面简单介绍应用较广泛的光栅和激光干涉仪测量系统，它们不但使用在坐标测量机上，还广泛使用在近代计量仪器上，体现了近代计量的新技术。

　　1 光栅测量系统

　　计量中应用的光栅，即计量光栅可分为长光栅和原光栅，前者用于测量直线位移、后者用于测量角位移;也可分为透射光栅和反射光栅等。 这里介绍最基本的透射长光栅。 透射长光栅是在透明的玻璃尺上制有很多间距相等的不透光的平行线条， 常用的是在1mm上有25条、50条、100条或者更多的线条。