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现代工业生产对三坐标测量机提出新要求

发布时间:2016-03-25

经过近50年的发展历程,三坐标测量机已经趋向于高速度、高精度、新材料等趋势。计算机技术、传感技术和精密机械在工业生产的应用,推进了三坐标的快速发展。三坐标测量仪广泛应用于机械、汽车、航空、军工、模具等行业,完成零件检测 、外形测量、过程控制等任务。现代工业生产的超精加工、科学研究对三坐标检测技术又提出了新的要求。

一、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。

二、采用新材料,运用新技术

近年来,铝合金、陶瓷材料以及各种合成材料在三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。

铝合金特别适合于制作高速运行的三坐标测量机。它导热好,不易产生复杂热变形。尽管它线膨胀系数较大,但简单热变形比较容易补偿。它耐磨性差,可在其表面涂覆一层耐磨的陶 瓷材料,德国Zeiss公司的CARAT技术就是一例。

为了克服陶瓷导热性能差、难以加工的缺点,正在开发各种人工合成陶瓷。可以按需要做成各种所需形状。还可以通过适当的材料“设计”,使它具有所需的性能。

还有一些材料将在制作一些有特殊要求的测量机部件中得到应用,例如,在超高精度的三坐标测量机中,采用零膨胀系数的微晶玻璃制作一些关键部件;利用膨胀系数小、具有高的弹性模量与密度小的碳化纤维制作探针与接长杆等。

其它一些新技术,例如磁悬浮技术也会在三坐标测量机及其测头中获得应用。

三、发展测量技术、完善测量仪配置

从原理上说只要测头能探及,三坐标测量机就能测量。每一个客户需要测量的部件不同,三坐标仪的测头以及测量程序就会有很大的差异。为了满足客户的特殊测量要求,测量机的配置和解决方案都必须与时俱进,快速发展。

非接触式测量是测量技术发展的一大趋势。现在很多三坐标厂商已经研发出影像测量仪、激光扫描仪、复合型测量仪,甚至是便携式测量仪、关节臂式测量机等新型产品。这在一定程度上满足了某些客户的测量要求。

为了增强三坐标测量机功能,还将发展计算机数控的分度台与回转台。配置一维或二维分度台(能绕两个相互垂直轴回转的分度台),使三坐标测量机变为四坐标或五坐标测量机。精密回转台还使三坐标测量机具有圆度测量功能。

四、提高效率

生产节奏不断加快,要求测量机在保证测量精度的同时,还要有较高的效率。为了提高测量机的效率,需从以下各个方面采取措施。

(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中获得了越来越多的应用。

(2)提高控制系统性能使测量机能以较高速度运动,同时运动平稳,准确 定位,不产生振荡、过冲等现象。

(3)采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,特别是在测量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。

(4)对动态误差进行补偿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要因素,但对高速运动的三坐标测量机,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,非接触测头有很大优越性。

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