三坐标测量机的最新动向与新技术

　　1　前言

　　三坐标测量机简称CMM,自1960年英国开发以来,已有35年历史,在此期间,机械设计技术与机械加工技术的进步,空气轴承的工业化,计算机的进步及其应用技术的开发,以及控制技术的发展,接触式和仿形测头的开发等,为三坐标测量机不断应用新技术提供了技术前提,使CMM有可能直接采用几种现代先进技术,在近年有了惊人的进步,使其在产业所普及的精密测量机中,构成了不可动摇的地位。

　　CMM按测量方式可分为接触测量和非接触测量,以及接触和非接触并用式。接触测量常用于测量机械加工产品以及压制成形品、金属模等,采用机械式的坚硬的探针以及接触信号控针,在测量物进行接触测量,然后进行数据数理;非接触测量用于精密树脂成形品等件,由显微镜以及CCD摄影测定物,这种方法在进入测定点测量时不接触测量物。

　　按使用目的分类,可分为用于测量已加工好的被测量物,通过测量可得到各种尺寸以及形状为主,最近有用CMM把测定物的坐标值,向CAD进行数据传送,作为模拟数字转换器,为工作机械提供加工数据,而三坐标测量机本身不作数据处理求尺寸或形状。此外,三坐标测量机,过去用于计量室为主体,最近用于加工线的情况增加,故对高速测量以及耐环境性等要求提高。根据以上背景,近年对CMM的要求主要是高速、高精度化,耐环境性以及低价格化等方面,并在此做了大量的研究和开发,下面就这些方面的最新动向和新技术作介绍。

　　2　三坐标测量机在高速、高精度化、耐环境性及低成本方面的发展

　　2.1　高速、高精度化的现状与发展

　　为实现高精度的要求,首先采用CARAT(Coated Aiging Resistant Alloy Technolo-gy)技术,即构造材料,采用性能稳定性很高的特殊合金,其热传导率大,使温度分布变小、热膨胀系数小的材料。此外,结构及表层设法涂层,对环境力图热绝缘,测量机的刻度误差,装配误差以及对测量机内部温度分布引起的变形等,均由计算机修正,并考虑到动力学特性,驱动机构安排在重心附近等多方面措施来提高三坐标测量机的精度。目前高精度型CMM,如Carl Zeiss UPMC 850 CARAT[1],空间精度可达U3=0.8+L/600(μm)。

　　为高速化,并要求高的信赖性,通用的CNC三坐标测量机FHN906,采用了世界上先进的AC伺服马达,这种马达带有全部数字化的控制装置,而对DC伺服马达,电刷交换的维修是必要的,正谋求维修自由化。

　　由于开发了独自专用的LSI(ASIC:Application Specific Integrated Circuit),全部为数字控制,实现了小型化、低价格化,运行中没有冲击,全部信赖性提高,在确保高精度的情况下,达到了最大驱动速度430 mm/s,最大加速度2000 mm/s2。